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行人保护试验用APLI腿型简介
2020-07-14 21:04:00· 来源：广汽研究院集成安全技术部 作者：黄宏滔
碰撞与安全今天点击蓝字 关注我们 一起摆摊在汽车与行人发生碰撞的事故中，相对于在车内被层层保护的乘员，在车外的行人更容易受到伤害。而下肢则是行人受伤的重
在汽车与行人发生碰撞的事故中，相对于在车内被层层保护的乘员，在车外的行人更容易受到伤害。而下肢则是行人受伤的“重灾区”，虽然通常不会危及生命，但是却容易致残，且康复周期长，给伤者带来沉重的负担。为此，相关机构对交通事故中行人的下肢损伤进行研究，并制定行人腿碰相关标准来评价汽车对行人下肢的保护性能。
腿型的发展过程
在腿碰试验中，最早采用的是TRL刚性下腿，并使用膝关节加速度、弯曲角度和剪切位移三个指标来评价行人下肢伤害。由于TRL刚性下腿难以反映真实人体下肢在碰撞中的运动状态，评价指标也只是间接反映人体组织的受伤风险，所以逐渐被FlexPLI腿型所取代。FlexPLI腿型使用柔性关节来模拟具有真实刚度的股骨和胫骨的变形，并增加四条金属线来模拟膝盖部位韧带的变形，评价指标为四个小腿弯矩、内侧副韧带（MCL）、前交叉韧带（ACL）和后交叉韧带（PCL）的伸长量。尽管FlexPLI腿型在仿生属性上有了巨大的进步，但由于没有考虑碰撞过程中人体上半身对下肢的影响等问题，其响应与真实人体下肢碰撞响应存在差异，在高前保车型的碰撞试验中表现尤为明显。因此，新一代aPLI腿型呼之欲出。
aPLI腿型的特性
新一代aPLI腿型在上部增加了一个可以转动和滑动的质量块——SUBP模块，该模块考虑了盆骨的形状、盆骨与股骨的连接和运动关系以及臀点以上的身体对下肢的弯矩作用，以模拟臀点以上的身体在碰撞过程中对下肢的作用。
此外，aPLI腿型还对下肢的仿生学性能作了以下优化。在质量上（Mass），调整了肌肉和骨骼的重量分布，使整个腿型的质量分布与人体下肢更接近。在结构上（Geometry），增加了股骨的偏移，同时把撞击面整条骨骼的几何形状改为与真实人体下肢相近的带曲面的形状，以模拟骨头的碰撞接触面，并把前交叉韧带（ACL）和后交叉韧带（PCL）改为平行布置，以更真实地模拟膝盖的前后十字韧带。在腿型下部增加了一个自由度较大的关节（Joint）用来模拟脚踝的运动。在刚度上（Stiffness），通过增大股骨关节中的骨核结构来增强股骨的弯曲刚度。
根据aPLI腿型的特性，为了更真实地模拟人体下肢的离地高度，试验时腿型的离地高度由75mm降到了25mm，并增加大腿弯矩作为评价指标。但是，在腿型的开发过程中发现，在运动状态上，第一代aPLI腿型（SBL-A）与完整有限元假人相比，其弯曲程度和回弹程度更大，在评价指标上表现为大腿弯矩和内侧副韧带（MCL）的伸长量有着更大的峰值。
研究人员发现，以上现象是aPLI腿型大腿股骨的质量比实际人体股骨大，而弯曲刚度却比实际要小所导致的。为了与真实人体碰撞过程中的运动状态一致，研究人员在第一代aPLI腿型（SBL-A）中，加入了两个左右对称的缓冲器（Bumper），用来吸收碰撞过程中大腿弯曲变形的能量，以减少大腿的弯曲程度和回弹程度，从而降低大腿弯矩和内侧副韧带（MCL）伸长量的峰值，第二代aPLI腿型（SBL-B）由此而来。目前，第二代aPLI腿型（SBL-B）仍在设计制造和功能测试中。
aPLI腿型的不足
虽然aPLI腿型较上代产品进行了很大的改进和优化，但仍存在一些不足。目前aPLI腿型的结构是对称结构，不能很好地模拟出腓骨的碰撞面，因此，在与车辆左右两侧发生带角度的碰撞时，不能很好地反映出两侧角度碰撞的差别，前交叉韧带（ACL）的响应差异尤为明显。未来的腿型中可能会增加非对称结构来消除这个缺陷。
结语
目前，为了保护道路交通事故中的行人，降低道路安全事故的伤亡率，国内各大车企都陆续增加行人保护研发上的投入，即使现阶段消费者还是更多地在关注车内乘员的安全。未来，中国新车评价规程也将采用aPLI腿型来促进汽车行人保护技术的发展。检测机构、车企都在努力扮演好保护道路上弱势群体安全最后一道关卡的角色，保护交通安全，我们在行动。
文章：黄宏滔
编辑：金玮
广汽研究院集成安全技术部
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