何义
安徽江淮汽车技术中心-碰撞分析主管工程师 安徽合肥 230000
摘要：行人保护是汽车主被动安全过关注的热点问题，在车辆与行人的交通事故中，行人头部与下肢是最容易受到伤害的部位，由于下肢损伤通常较为严重，极容易造成腿部的长期残疾[1]。本文通过综述了行人保护下腿型发展的历史，为后期从事行保领域的专业人员提供研究腿碰发展的理论简介。
关键词：行人保护 下腿型
1、引言
为了保护行人安全，欧洲车辆安全促进委员会（EEVC）对欧洲国家道路安全进行了长达22年的调查、分析和研究。欧洲WG10工作组在20世纪初制定了行人保护的实验方法，通过大量的事故数据分析得出，当行人与车辆发生碰撞时，造成严重伤害的部位主要集中在头部、腿部及腰部。因此研发出三种行人保护试验装置：头部冲击器、上腿型冲击器和下腿型冲击器[2]。
2003年EEVC颁布了基于行人保护的法规“Directive 2003/102/EC”。根据 EEVC 的研究成果自2009年起ENCAP 添加了行人保护试验程序，车型安全性的评价由成人保护、儿童保护、行人保护和安全辅助系统四部分组成。2009年10月我国发布了《汽车对行人的碰撞保护》(GB／T24550—2009)，并于 2010年7月1日作为推荐性法规开始实施.
.png)
2、行人保护下腿型TRL
行人保护法规和新车评价规程均要求行人保护试验采用模块化试验方法，即头部和腿部分别使用相应冲击器与车辆前端发生碰撞。自2009年起，EuroNCAP车型安全性的评价由四部分组成，成人保护、儿童保护、行人保护和安全辅助系统，其中新增的行人保护腿碰采用刚性腿型TRL。
在行人生物学损伤的研究基础上英国TRL（Transport Research Laboratory）开发了行人保护腿型碰撞器。主要集中在膝盖部分，分别是胫骨上端加速度、膝部弯曲角度和膝部剪切位移三个指标评价下肢伤害。
.png)
采用刚性体下腿模型，下腿模型质量为 13.4kg，下腿模型下端离地距离为25±10 mm，下腿模型以11.1±0.2 m/s 的速度正面撞击汽车前端结构的中心，通过胫骨加速度，膝关节弯曲角度和剪切位移峰值来评价腿部模型受到的伤害[3]，具体评价指标如表 1所示
.png)
3、行人保护下腿型Flex_PLI
随着对行人安全性研究的深入，研究发现TRL刚性腿仅在膝盖区域较好的反映出行人腿部伤害，并没有考虑到胫骨所受到弯曲的影响，不能完全反映行人被撞击后胫骨的伤害情况，在测量伤害值时存在一定局限性。
2000年日本首先提出了柔性腿型的研究，2002年研发了新的腿部冲击器-Flex-PLI柔性腿。该模型腿骨由股骨骨节、胫骨月牙板、弹簧和张紧的钢丝绳四部分组成，弹簧和钢丝绳用于模拟韧带，具有良好的柔韧性，在撞击过程中Flex-PLI可以根据各阶段的受力情况，股骨和胫骨的变形情况，能够可以很好的反映行人腿部伤害。
E-NCAP和C-NCAP分别在2014年、2018年采用柔性腿Flex_PLI作为行人保护下腿型试验的冲击器,模拟碰撞后腿部伤害程度。
.png)
柔性腿Flex_PLI总质量13.2±0.4kg,下腿模型离地高度75±10mm, 下腿模型以11.1±0.2 m/s 的速度正面撞击汽车前端结构的中心,通过对其评价指标包括小腿的弯矩Ti以及膝部韧带MCL、ACL、PCL 的伸长量共七个指标进行考察[4]，具体指标如下表2所示
.png)
4、行人保护APLI腿
人体与车辆碰撞时，上肢的运动会影响腿部运动，Flex_PLI柔性腿缺少替代上肢运动的模块，不能充分模拟下肢的损伤。APLI腿型在研究中加入代表上肢运动的模块,以此来提高生物仿真度。
和FlexPLI腿型相比， APLI模型的外形与人体更为接近，并且调整了各部位质量分布。通过与完整人体假人伤害值对比，APLI较FlexPLI的生物仿真度有明显提高，尤其对于股骨和MCL的改进尤其显著。
.png)
2021版C-NCAP首次明确了C-NCAP法规中行人保护腿型测试采用APLI腿型，预计2022年E-NCAP行人保护将采用APLI腿型作为腿部试验的冲击器。APLI 腿型应由皮肤、肌肉、大腿、小腿、膝部、上体模块（Simplified Upper Body Part,SUBP）组成。冲击器总质量为 24.7kg±0.3kg, 腿模型离地高度25±10mm,以11.1±0.2 m/s 的速度正面撞击汽车前端结构的中心
C-NCAP中通过采集碰撞过程中小腿弯矩Ti（4 个）、大腿弯矩Femur（3 个）以及膝部韧带延伸量MCL 共8 个指标[5]，来评价车辆对行人腿部的碰撞保护性能。
.png)
5、结论
腿部冲击器通过十几年的发展，实验室中的腿碰结果越来越接近真实行人腿碰。推动了汽车行人保护法规的开展和重视度，提升了行人保护技术发展的必要性。
参考文献
[1] 李玉华. 车辆与行人碰撞中行人下肢损伤防护技术研究[D]. 湖南大学, 2011
[1] 胡远志，曾必强，谢书港. 基于LS-DYNA和HyperWorks的汽车安全仿真与分析[M]. 清华大学出版社, 2012
[2] European New Car Assessment Programme (EuroNCAP). Pedestrian Testing Protocal (Version 5.3.1). January, 2011.
[3]中国新车评价规程（2018版C-NCAP）.中国新车评价规程官方网站，2018
[4]中国新车评价规程（2021版C-NCAP）.中国新车评价规程官方网站，2020