aPLI腿型行人保护分析研究
作者：曹国洋 王月 王淼 芦莲 王鹏翔
来源：《时代汽车》2024年第02期
摘 要：本文通过对aPLI腿型的理论研究，总结出对其结果影响的主要因素，基于对不同因素的研究，总结了一系列规律：机罩前端X向越向后，腿部整体得分越高；机罩前端刚度越低，腿部得分越高。通过实际车型设计中遇到的问题并对问题的分析及优化，大腿的弯矩及韧带的变形量明显得到改善，证明了理论研究结果的正确性，为其他车型的结构设计提供了参考。
关键词：aPLI 大腿弯矩 机盖
1 引言
近年来，随着对碰撞法规研究的深入，车外行人的安全也取得了一系列的进展，碰撞过程中人体上半身对下肢的影响，其响应与真实行人碰撞中的差异越发引起重视[1-4]。2021版C-N
CAP（China-New Car Assessment Program）首次采用aPLI腿型进行测试，腿型得分5分，占总体得分的1/3[5]。Euro-NCAP和C-IASI行人保护计划在2022年引入aPLI腿型进行测试，并且C-IASI会将腿部aPLI得分调整为12分，占总得分的1/3。采用aPLI腿型后，腿部得分将变得更加困难，碰撞器质量增加12kg，碰撞的能量将增加90%。
本文以对aPLI腿型理论研究为基础，总结出aPLI腿型开发的关键因素，结合实际车型开发中遇到的问题及对问题的分析和改善建议，证明了对aPLI腿型研究结果的有效性，为其他车型的开发提供参考。
2 aPLI腿型介绍
从图1及表1可以看出：相比之前采用的Flex PLI 腿型，aPLI腿型质量更大，碰撞能量也越高，腿型的离地高度变得越来越低，由原来的75mm变到25mm，同时评价的指标也发生了变化：原来的膝盖部位和小腿，又增加了大腿部位的评价，大腿部位包含3个位置受力评价，膝盖由原来的3个评价项调整为1个。
3 aPLI腿型理论研究
基于整车碰撞分析结果将模型进行简化，并对简化模型进行对标，再在对标后的简化模型上进行关键参数敏感性研究，简化模型对标结果如表2。
设发动机盖前缘距离前保最前端距离为∆X，发动机盖前缘距离前防撞梁中面高度为∆Z，发动机盖前缘刚度定义为上横梁的厚度为t，选取各研究参数范围如表3所示。
3.1 ∆X与大腿受力之间关系研究
结合对标结果，设定防撞梁中心面到发动机盖Z向高度为一恒定值251mm，研究不同∆X对大腿力的影响，如图3所示：
在图4中红线表示低性能限值，绿线表示高性能限值，从图4（a）中可以看出发动机盖距离前保越远，即∆X越大，则腿部F1位置伤害值越低。从图4（b）中可以发现在F2位置距离前保小于122mm之内总体伤害呈明显下降趋势，在之后由一部分伤害值稍有增加，但之后有明显降低，总体近似线性递减趋势；从图4（c）中可以发现在F3位置变化趋势与F2相似。
基于以上分析，发动机盖前缘距离前保最前端的距离越远，aPLI大腿位置弯矩越小，行
人腿部受到的伤害越小，对行人保护越有利。
3.2 ∆Z与大腿受力之间关系研究
根据上面分析，取发动机盖前缘到前保距离∆X为研究的中值，即∆X=122mm，研究发动机盖前缘距离前防撞梁中面高度为∆Z对aPLI大腿弯矩的影响。如图5。
在图6中红线表示低性能限值，绿线表示高性能限值，从图6（a）中可以看出发动机盖前缘距离前防撞梁中面高度为∆Z与F1位置弯矩之间近似呈线性关系，即∆Z越大，F1受到的弯矩越小，对行人腿部的伤害越小；从图6（b）中可以看出，在大腿F2高度区域内，∆Z越大，腿部弯矩越大，在远离F2高度区域内，∆Z越大，腿部弯矩反而越小；F3位置弯矩的变化与F2位置变化趋势相同。
基于上述分析，发动机盖前缘距离前防撞梁中面高度在F1位置，高度越高aPLI大腿位置弯矩越小，行人腿部受到的伤害越小，对行人保护越有利。F2、F3位置，在远离腿部高度区域以外，∆Z越大，腿部弯矩越小。
3.3 t与大腿受力之间关系研究
设定发动机盖前缘距离前防撞梁最前端距离为122mm，防撞梁中心面到發动机盖Z向高度为251mm，研究上横梁厚度t对aPLI大腿的影响，如图7所示。
从图8可以看出，F1、F2、F3位置的弯矩均随厚度的增加而增大，即上横梁的强度越大对行人大腿保护不利。
根据上述影响因素研究发现规律如图9所示，即：
汽车罩 1）机罩前端X向越向后，腿部整体得分越高；
2）机罩前端Z向在腿部弯矩区域内时，腿部得分越低，避开腿部弯矩区域，得分越高；
3）机罩前端刚度越低，腿部得分越高。
4 案例分析优化
4.1 问题描述与分析
某车型在分析中出现大腿弯矩及小腿弯矩及韧带超标问题，如下图10、11所示：图中红
线为目标值；从图10可以发现大腿F1、F2位置（即大腿下部、中部位置）弯矩明显超出目标值；从图11可以看出韧带变形明显超标。
结合车型的实际高度情况，从图12可以看出，大腿F1、F2位置正对发动机盖前缘位置，刚度较大，是造成大腿超标的主要原因；小腿区域主要是下部吸能空间不足所导致。
4.2 方案优化及结果分析
结合对aPLI大腿部分的研究，最直接的办法即调整发动机盖的位置，考虑到车型的实际情况，将发动机盖向后向下分别移动50mm，同时调整小腿区域的吸能空间，优化后情况如图13所示：前保下部小腿区域前移，增加底部吸能空间，同时发改向后向下有明显调整。
从图14可以看出优化前后不同时刻腿型运动变化的差异，优化前在6ms时，大腿与前保、发动机盖前缘位置及前保下部几乎同时发生接触，优化后，小腿与前保下部首先接触，然后与前保接触，在接下来的时刻整个腿型从下向上向后倾倒，小腿部分被抬起。而优化前整个腿型由于几乎同时都有受力，而且发动机盖前缘位置刚度较大，导致腿型受到的弯矩也较大，小腿部分也很难及时的抬起。
从图15、16可以对比发现由于发动机盖后移及小腿吸能空间的提高，各位置受力情况的变化；其中实线为优化前曲线，虚线为优化后曲线；图15可以发现大腿区域的弯矩较优化后也有明显改善，均满足目标要求；图16中韧带变形量的减小效果明显，从最大的34mm减小到24mm，其他位置的变形量也有所降低。
5 总结
通过对aPLI腿型的大腿部分与发动机盖之间关系的理论研究及实际车型问题的分析，得出如下结论：
1）机罩前端X向越向后，腿部整体得分越高；
2）机罩前端Z向在腿部弯矩区域内时，腿部得分越低，避开腿部弯矩区域，得分越高；
3）机罩前端刚度越低，腿部得分越高。
同时基于实际车型中遇到的问题对该研究结论进行了验证，结果表明该结论是有效的。
参考文献：
[1]李海岩，杨振. 全球NCAP行人保护测评的对比研究及展望[J]. 汽车工程. 2021 年，第5期.
[2]刘玉光，刘志新. 各国新车评价规程（NCAP）测试评价技术的现状与发展［J］. 汽车安全与节能学报，2013，4（1）：16-22.
[3]崔洋洋，王译. 车辆行人保护技术概述［J］.科技资讯，2017，15（21）：214-215.
[4]孙小光，张二鹏，陈现岭，等. 行人安全评估发展趋势及应对策略探讨［J］. 北京汽车，2018（6）：31-34.
[5]C-NCAP管理中心.C-NCAP管理规则（2021版）[S].天津：中国汽车技术研究中心，2020.
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