行人保护腿型碰撞器发展历程

本文摘要（由AI生成）：

汽车普及导致行人安全问题日益严重，行人保护 法规随之形成。汽车撞击行人时，行人腿部损伤是主要关注点。行人保护腿型经历了从TRL刚性腿到Flex-PLI柔性腿，再到aPLI腿型的演变，生物仿真度和损伤模拟精度不断提高。这些变化对车辆前端设计提出了更高要求，影响车辆外观造型。为更好地保护行人，需紧跟法规步伐，不断提升车辆行人保护性能。

        汽车作为日常出行的重要交通工具越来越普及了，车辆和行人之间的矛盾也日益突出，行人作为弱势群体亟需保护，行人保护 法规因此形成。1994年全球第一个行人保护试验方法及碰撞模拟器EEVC WG10在欧洲的出现，在2003年出台了全球首个行人保护 法规，日本在2004年规定新车要安装行人保护装置。

        在汽车撞击行人的碰撞事故中，腿部主要损伤有：骨盆损伤、大腿损伤（股骨骨折）、小腿骨折（胫骨骨折、腓骨骨折）及膝关节损伤（包括股骨骨节骨折、胫骨骨节骨折、髌骨骨折及膝关节韧带撕裂），如图所示。 

一、TRL刚性腿阶段

        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-刚性腿型TRL，该冲击器将胫骨（tibia）和股骨（femur）采用刚性材料，膝部韧带采用钢板连接，在伤害指标上有三个指标，主要集中在膝盖部分，分别是胫骨上端加速度a、膝部弯曲角度bend angle和膝部剪切位移shear displacement。

        随着对行人安全性研究的深入，研究人员发现TRL刚性腿仅在膝盖区域可以较好的反映出行人腿部伤害，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的胫骨区域的伤害情况，在测量伤害值时存在一定局限性。

二、Flex-PLI柔性腿阶段

        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4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。

        Flex-PLI柔性腿评分指标是胫骨上端的加速度a，四个胫骨弯矩即上部弯矩、中上部、中下部、下部弯矩（Tibia-4Moment），3个膝部韧带位移量（内侧侧副韧带MCL，前十字韧带ACL和后十字韧带PCL elongation）。

        柔性腿Flex-PLI可以更加真实的反映行人腿部受到撞击后的伤害，在2014年E-NCAP行人保护试验规程开始采用Flex-PLI柔性腿代替TRL刚性腿，C-NCAP2018版行人保护试验规程也采用了Flex-PLI柔性腿型冲击器。 

三、aPLI腿型阶段

        人体与车辆碰撞时，上肢的运动会影响腿部运动，FlexPLI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，在近期公布的2021版C-NCAP征求意见稿中明确了C-NCAP法规行人保护腿型测试采用aPLI腿型。

        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。

        APLI腿型最大的变化是在上部增加了质量块，并且该质量块可以旋转，这就要求我们在进行车辆前端设计时进行刚度匹配：前端上部和下部分别支撑腿型的上部和下部，且刚度应当相似，以此来减少弯矩。 APLI的重量大于FlexPLI，动能更大，这就要求保险杠需要预留更大的变形空间。通常情况下SUV车型使用APLI腿型进行测试时得分明显高于“尖头车”。

        综上，行人保护测试使用的腿型经过了三次大调整，生物仿真度不断提升，对损伤的模拟精度也更高。与此同时，对车辆前端结构的工程设计要求也更为严苛，法规的变化甚至会影响车辆的外观造型。为了能够更好的保护弱势群体，让我们紧跟法规步伐，共同努力吧。