基于Flex—PLI腿型开发无吸能件车辆的可行性探讨

赵东辉++王菊++禹慧丽++崔泰松++赵会

摘 要：Flex-PLI腿型正逐步被各类行人保护法规和标准采用，Flex-PLI腿型较TRL-LFI腿型的评价指标发生了较大变化，不再考察腿型加速度等指标，这为在不影响腿部性能的前提下取消车辆腿部吸能件提供了可能性。以部分长安车型为例，对比多款车辆在有吸能件和无吸能件情况下的腿部性能差异，论述无吸能件车辆开发的可行性，并阐述了无吸能件车辆存在的问题，为相关车型开发提供了参考。

关键词：行人保护；下肢冲击器；吸能结构；Flex-PLI

中图分类号：U461.91文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.01.10

世界卫生组织统计数据表明，在道路交通中弱势道路使用者占总死亡人数的50%，其中行人占总死亡人数的22%，而中国由于混合式交通状况严重，行人往往受到更大威胁[1]。在车撞行人的事故中，行人下肢及膝盖作为第一碰撞接触位置，受伤几率分别高达52%和8.9%，且通常受伤严重，极易导致腿部的长期残疾[2-3]。因此，多国行人保护法规均已将车辆对行人下肢及膝部的保护情况纳入了考察范围。

目前，行人保护法规和标准中使用的评价腿型主要为以下两种：第一种为欧盟EC 78/2009法规[4]及全球技术法规GTR 9[5]所使用的TRL-LFI腿型；第二种为联合国欧洲经济委员会UNECE R127法规[6]及欧洲新车评价规程 Euro NCAP[7]所使用的Flex-PLI腿型。由于Flex-PLI腿型能够更好地表现行人下肢的生物力学性能，正逐步取代TRL-LFI腿型[8]。腿型的替代使相应的评价指标也发生了变化，以UNECE R127法规为例，其在2014年7月将TRL-LFI腿型替换为Flex-PLI腿型，替换前后的评价指标见表1。

TRL-LFI腿型和Flex-PLI腿型的伤害指标在评价方法上的不同，使两者在相应车辆设计上也没有必然的等同性，Flex-PLI腿型对保险杠蒙皮及格栅后部的刚度一致性提出了更高的要求[9]。从这一观点出发，取消车辆中部吸能件，避免中部出现刚度集中，会使保险杠及蒙皮形成更好的刚度一致性。如果该假设成立，则可在降低车辆制造成本的同时提高腿部保护性能，这对车辆的开发有着重要的意义。

本文以长安某款B级车、某款C级车以及某款SUV共三款车为例，参照UNECE R127法规要求，对比了取消中部吸能件前后车辆腿部保护性能的变化情况。

1 分析模型介绍

1.1 Flex-PLI模型介绍

本文所使用的Flex-PLI有限元模型为首美安全公司研发的2.0.2版本。该有限元模型总长928 mm，主要由四大部分组成：大腿、膝盖、小腿、皮肤及肌肉组织，四个模块的质量分别为2.411 kg、4.187 kg、2.669 kg、3.723 kg，总质量共13.04 kg，具体如图1所示。

该有限元模型共30个传感器，其中包含3个股骨弯矩传感器，4个胫骨弯矩传感器，以及4个膝盖韧带拉伸量传感器。股骨弯矩传感器从膝盖方向开始向上依次是femur-1、femur-2、femur-3，每个间隔80 mm；胫骨弯矩传感器从膝盖方向向下依次是tibia-1、tibia-2、tibia-3、tibia-4，每个间隔同样为80 mm；韧带拉伸量传感器分别是内侧韧带拉长量（MCL）、外侧韧带拉长量（LCL）、前韧带拉长量（ACL）、后韧带拉长量（PCL），具体如图2所示。

1.2 车辆模型建立

本文所使用的有限元模型截取自整车模型，模型A柱后端结构均删除，仅保留车辆前部相关结构，以减小计算耗时。模型中白车身建模所使用的网格尺寸为8 mm；对碰撞结果影响较大的零部件，如保险杠总成、大灯总成、雾灯总成、发动机舱底部护板等均采用5 mm的网格尺寸建模。

模型后端采用*BOUNDARY_SPC_NODE关键字进行六自由度约束，并通过*LOAD_BODY_Z关键字增加全局重力作用。FLEX-PLI腿型下端距地面75 mm，初始速度设置为11.1 m/s，方向为+X向。FLEX-PLI腿型与车体前部结构之间设置面-面自动接触定义，且将动、静摩擦系数均设置为0.3。图3所示为三款车型所对应的仿真分析模型。

2 取消吸能件前后分析结果对比

本文研究的三款车型涉及不同级别，吸能件材料涵盖泡沫材料及塑料材料，样本覆盖范围较广。以下为各车型基于UNECE R127法规的分析结果对比。

2.1 B级车辆

该B级车腿部碰撞区域范围为Y=-364 mm至Y=+364 mm，吸能件材料为泡沫，吸能件结构及其安装位置如图4所示。表2和表3分别为该车装有吸能件和取消吸能件状态下的分析结果。

对比分析结果可知：该B级车在取消吸能件后，所有碰撞位置的内侧韧带拉长量（MCL）及后韧带拉长量（PCL）均下降；胫骨弯矩及前韧带拉长量（ACL）除碰撞区域边界位置（Y=-364 mm）小幅上升外，其余均下降。取消吸能件后的分析结果可满足UNECE R127法规要求，且整体性能优于有吸能件状态。

2.2 C级车辆

该C级车腿部碰撞区域范围为Y=-392 mm至Y=+392 mm，吸能件材料为泡沫，吸能件结构及其安装位置如图5所示。表4和表5分别为该车在装有吸能件和取消吸能件状态下的分析结果。

对比分析结果可知：该C级车在取消吸能件后，碰撞边界位置（Y=-392 mm）的评价指标小幅上升，其余位置的胫骨弯矩、后韧带拉长量（PCL）及前韧带拉长量（ACL）均下降，内侧韧带拉长量（MCL）无明显的规律性变化。该车取消吸能件后的分析结果可满足UNECE R127法规要求。

2.3 SUV车辆

该SUV腿部碰撞区域范围为Y=-420 mm至Y=+420 mm，吸能件材料为塑料，吸能件结构及其安装位置如图6所示。表6和表7分别为该车在装有吸能件和取消吸能件状态下的分析结果。

对比分析结果可知：该SUV在取消吸能件后，所有碰撞位置的内侧韧带拉长量（MCL）及后韧带拉长量（PCL）均下降；胫骨弯矩及前韧带拉长量（ACL）除碰撞区域边界位置（Y=-420 mm）未下降外，其余均下降。取消吸能件后的分析结果可满足UNECE R127法规要求，且整体性能优于有吸能件状态。

综上所述，三款不同级别车型，在取消吸能件后均可满足UNECE R127法规要求，且腿部保护性能无明显下降，甚至局部性能还有所提升。这对在不影响车辆性能的前提下，降低车辆成本有着重要的意义。

3 结论

本文通过对比三款不同级别车辆在取消吸能件前后的腿部性能变化情况，得出如下结论：

（1）在无吸能件的前提下，开发满足UNECE R127法规要求的车辆是可行的。

（2）部分车型取消吸能件会导致碰撞区域边界位置的腿部保护性能小幅下降，可根据车辆实际情况在该区域保留局部吸能件。

目前由于试验条件的欠缺，尚未针对上述结论进行试验验证，在后续的研究中，会进一步用试验来检验该结论。

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Abstract：At present， the flexible pedestrian legform impactor（Flex-PLI） is phased in by different pedestrian protection regulations and standards. Comparing with the TRL-LFI， the evaluation index of FLEX-PLI has changed greatly by ignoring acceleration index， which provides the possibility to remove the energy-absorbing part on the vehicle without affecting the performance of legform impactor. This paper took several Chang'an cars as examples， compared the different leg performances with or without the energy-absorbing part and discussed the feasibility of developing cars without the energy absorbing part as well as the resulting problems， providing a reference for the related vehicle development.

Keywords：pedestrian protection； legform impactor； absorbing energy structure； Flex-PLI