行人碰撞腿部保护研究

基于某款SUV车型的行人保护aPLI腿碰研究发布时间：2023-01-31T02:16:21.155Z 来源：《中国科技信息》2022年第18期作者：何义[导读] 行人保护是汽车主被动安全关注的热点问题之一何义安徽江淮汽车技术中心安徽合肥 230000摘要：行人保护是汽车主被动安全关注的热点问题之一，在车辆与行人的交通事故中，碰撞中对行人的伤害主要集中在头部和下肢。

下肢中的下腿型伤害与保险杠结构、及其与车身空间设计关联性较大，主要集中在造型、防撞梁与保险杠空间、车体防撞梁设计。

本文通过对某款SUV进行仿真分析优化，对空间结构提出相应的建议，为后期造型的空间校核要求、防撞梁结构设计提供参考。

关键词：行人保护腿碰空间结构1、引言在2022年初我国汽车保有量已经达4亿辆，巨大保有量的机动车产生一系列问题成为社会的焦点，其中就包括汽车交通事故中乘客以及行人碰撞的安全问题。

中国公路交通人车混行的情况较多，导致国内汽车与行人或自行车、电动车以及摩托车的事故几率较高，并且国内弱势道路使用群体的交通安全意识淡薄，违章违法现象时有发生[1] 。

行人保护起源于20世纪六、七十年代，欧、美及澳大利亚的汽车安全专家最早提出在汽车设计过程中考虑行人保护这一概念。

2009年我国参照 GTR9指令，颁布了GB/T 24550-2009《汽车对行人的碰撞保护》法规[2]。

21版C-NCAP规定行人保护在5星级评价中的最低得分率要达到65%,并且考虑二轮车头碰及引入aPLI腿。

预计2025年将增加胸部冲击器对行人胸部进行考察，新车评价体系（C-NCAP）对行人保护方面进行试验考察越来越严格[3]，行人保护法规演变见图1。

2、行人保护模型建立本文利用前处理软件HyperMesh及Oasys建立行人保护aPLI腿碰分析的有限元模型，利用LS-DYNA求解器对aPLI腿型与汽车碰撞过程进行计算机模拟，并通过后处理软件HyperView对仿真结果进行分析，再根据分析结果，提出改进方案，使得最终优化方案满足aPLI腿碰开发的目标得分要求。

基于HyperStudy行人与车辆碰撞腿部伤害分析1 引言近年来与行人有关的人车碰撞安全问题，已经成为车辆安全性能开发的热点[1]。

据日本调查统计，在非致命的汽车与行人碰撞交通事故中，下肢损伤占40%[2]。

为了降低行人腿部所受的伤害通常在车辆前端增加防护结构吸收行人腿部的碰撞能量，来减轻行人腿部所受伤害。

腿部防护结构的材料、厚度及相对与小腿模型的碰撞位置关系均对行人小腿伤害产生影响。

因此本文利用HyperStudy 软件对影响小腿伤害值的关键参数进行DOE 实验设计，通过分析找出主要影响参数进而进行设计改进。

2 Study 模型建立本文首先利用Altair 公司HyperMesh 软件进行行人与车辆有限元仿真模型搭建，如图1 所示。

建模时仅考虑前端结构对小腿碰撞的影响，基本网格尺寸控制在5mm×5mm[3]。

图1 行人小腿碰撞有限元模型将搭建好的有限元模型导出.K 文件格式并利用LS-DYNA 求解器进行计算。

因此在HyperStudy 中需要配置LS-DYNA 求解器执行脚本，并设置求解器输入相关要求，包括存储路径、CPU 个数设置、运算内存设置。

2.1 设计变量定义腿部防护结构通常由前横梁吸能泡沫和安装在发动机底部护板上方的塑料支撑件组成，吸能泡沫压缩刚度及支撑件的X 向刚度的设计尤为重要。

另外小腿碰撞模型与车辆前端第一接触时刻，小腿底部离地面间隙也会对小腿伤害产生一定影响。

如图2 所示，黄色部分为小腿冲击模块、绿色部分为缓冲块泡沫、蓝色部分为下支撑件。

图2 腿部防护结构示意图因此考虑以上因素，选取DOE 设计变量为小腿底部离地面间隙H、吸能泡沫密度RO、发动机底部支撑件厚度T。

设计变量及其水平见表1 所示。

NCAP行人保护下腿型碰撞发展概述摘要：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.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。

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。

实验设计的行人保护小腿优化汽车行人事故中行人腿部是最容易受到伤害的部位之一。

20XX 年10月发布的推荐性国家标准GB/T34550—20XX《汽车对行人的碰撞保护》规定，在行人腿部碰撞测试中评价行人小腿伤害程度时主要使用3个指标:胫骨加速度、膝部弯曲角度和膝部剪切位移。

针对如何减小行人小腿伤害的3个指标，国内外专家做了大量研究［1－7］，主要采用合理设计、布置和优化保险杠前部与小腿碰撞相关的零部件的方法。

本文针对某车型进行行人保护小腿碰撞仿真分析，提出了一种优化方法，即在原状态的基础上增加副保险杠和吸能盒，然后以吸能盒厚度、屈服强度以及吸能盒与保险杠蒙皮的距离为设计变量，以腿部伤害的3个评价指标最小化为目标进行全因子实验，并构造响应面模型，最后通过序列二次规划法优化得到最优的组合，并对其进行验证。

1行人保护小腿建模与仿真对本次仿真所使用的模型进行了正面碰撞对标分析，部分对标分析曲线如图1、2所示，可见模型具有较强的可信度。

汽车上与行人保护小腿有关的部分主要是在碰撞过程中会与小腿接触的部分，包括保险杠、翼子板、大灯、冷凝器、进气格栅和防撞横梁等部件。

对目标车型进行处理，保留上述主要部件，只截取车身前面部分，这样有助于节省计算时间。

将车辆底部和后面截断处的6个自由度全部约束。

按照法规要求，小腿冲击器以40km/h的速度撞击车辆保险杠区域，并以法规规定的3个评价指标对小腿伤害进行评价。

仿真模型及仿真碰撞结果如图3～6所示。

由图4～6可以看出:小腿弯曲角度(ANG)最大为9.67°，剪切位移(DISP)最大为1．569mm，符合法规要求，但是加速度(ACC)最大值为180．650g，超过法规规定值(170g)，最大的峰值出现在0.012s小腿撞击防撞横梁时，而加速度曲线在0.005s小腿冲击器碰撞保险杠蒙皮时出现小的峰值。

因此，为满足法规的要求，需要对车辆前端进行适当的结构优化。

2前端结构优化和全因子实验模型分析为了减小加速度，需要在保险杠蒙皮后、保险杠横梁前增加1个吸能盒，吸收碰撞能量，防止小腿直接撞上防撞横梁。

乘用车与行人碰撞腿部保护设计要素研究乘用车与行人碰撞是一种常见的事故类型，事故中行人的腿部往往是受伤最严重的部位。

因此，为了保护行人的安全，汽车制造商们在设计乘用车时，需要考虑到车辆与行人碰撞时的腿部保护设计要素。

第一个要素是车辆的车头设计。

车头设计对行人安全的影响非常大，因为车头是最有可能碰到行人的部位。

优秀的车头设计需要考虑到行人的保护，通常需要降低车头的整体高度和前部面积，使碰撞能量分散到更广的范围，从而减少对行人的冲击。

第二个要素是前挡板的设计。

前挡板的设计对车辆与行人碰撞造成的影响也非常大。

一些汽车制造商会采用可旋转的前挡板，以减少行人的受伤程度。

当车辆与行人发生碰撞时，可旋转的前挡板会旋转，而不是像传统的钢板那样直接撞击行人的腿部，从而减少行人的受伤。

第三个要素是车辆的车身材质。

在设计乘用车时，汽车制造商们通常会考虑车身材质的重量和强度等因素，以达到行人保护的目的。

一些车辆的车身材质采用可吸能材料，以吸收碰撞时的能量，从而减少对行人的冲击和损伤。

第四个要素是车辆的人行道上框架设计。

一些汽车制造商会在车辆的人行道上方设计框架，以减少行人与车辆发生碰撞时的伤害。

这种框架通常是由车辆的车身和前挡板组成，形成一个完整的形状，可以提高行人的安全性。

综上所述，乘用车与行人的碰撞时，为了保护行人的安全，车辆制造商需要考虑到车头设计、前挡板、车身材质以及人行道上框架设计等要素。

同时，一些辅助设备如行人保护气囊、保护膝盖的装置和气囊感应系统也可以用于额外的行人保护。

这些设计和技术的广泛应用可以更好地保护行人的安全。

除了上述的四个要素外，还有其他一些设计要素可以提高车辆与行人碰撞时行人的安全性。

第五个要素是车辆的引擎盖和前桥悬挂系统的设计。

一些汽车制造商在设计车辆的引擎盖时，使用可折叠的设计，以减少碰撞时对行人腿部的损伤。

在一些车型中，前桥悬挂系统采用低速冲击时可压缩的设计，从而减少对行人的冲击。

第六个要素是车辆的保险杠设计。

基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构优化【摘要】本文针对基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构进行了优化研究。

在阐述了研究的背景、目的和意义。

在分析了行人保护的需求，介绍了前保险杠结构的设计原理，进行了柔性腿碰撞的仿真模拟，并提出了前保险杠结构的优化方案以及材料选择和加工工艺。

在总结了基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构优化效果，展望了未来的研究方向，最终得出了结论。

本研究为提高车辆行人保护性能提供了重要参考，有望在汽车安全领域产生积极影响。

【关键词】行人保护、柔性腿碰撞、前保险杠、结构优化、仿真模拟、材料选择、加工工艺、效果评估、研究展望、结论总结1. 引言1.1 研究背景随着交通事故频繁发生，行人在道路交通事故中的伤亡情况也越来越引起人们的关注。

据统计，全球每年有数十万名行人死于道路交通事故。

而在这些事故中，行人与机动车辆之间的碰撞是最主要的事故形式之一。

由于行人被车辆前部保险杠碰撞而导致的伤亡情况尤为严重。

为了减少行人在道路交通事故中的伤亡风险，行人保护技术逐渐成为汽车安全设计的重要方向。

而在行人保护技术中，前保险杠结构设计的优化尤为关键。

如何设计出能够有效吸收碰撞能量、减轻行人受伤的前保险杠结构，成为当前汽车安全领域的研究热点之一。

在这样的背景下，本研究旨在基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构进行优化设计，提高前保险杠在碰撞时对行人的保护效果，减少行人受伤的风险。

通过对前保险杠结构设计原理、柔性腿碰撞仿真模拟等方面展开研究，为实现更加安全的道路交通环境提供技术支持和理论指导。

1.2 研究目的研究目的是通过对基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构进行优化设计，实现在车辆与行人碰撞时减少行人受伤的可能性，并提高行人的安全保护水平。

具体包括优化前保险杠的结构设计和材料选择，以增强其对行人碰撞时的吸能和减震能力，降低行人的受伤程度。

通过对柔性腿碰撞进行仿真模拟，研究不同参数对保险杠结构的影响，为后续的优化方案提供数据支持。

行人保护小腿冲击器有限元模型开发近年来，交通事故的发生率不断上升，其中行人被车辆撞击的情况越来越多见。

因此，对行人的保护成为了一项非常重要的工作。

行人保护小腿冲击器正是为此而开发的一项重要技术。

本文将介绍行人保护小腿冲击器的有限元模型开发。

有限元方法（Finite Element Method, FEM）是计算机辅助分析工程设计的一种先进技术。

它可以通过将结构划分为有限个小块，并在其中加以求解，从而得到整个结构的性能和应力分布情况，是一种非常有效而可靠的分析方法。

行人保护小腿冲击器的开发也是采用了有限元方法进行模拟分析。

行人保护小腿冲击器主要是为了保护行人在与车辆碰撞时，减轻对其腿部的伤害。

由于碰撞过程是一个非线性动态过程，因此需要建立一个符合实际情况的三维有限元模型。

根据小腿骨骼形态和力学特性，对其进行建模，并将其与冲击器进行耦合，在车辆撞击时对其进行力学分析。

为了确定小腿骨骼的力学特性，需要进行力学实验。

比如在实验中，可以将小腿骨骼放在机械臂之中，并通过扭转、拉伸等方式进行拉伸试验，从而得到小腿骨骼的应力应变曲线和材料参数。

通过这些参数，可以对小腿骨骼进行数值模拟分析。

接下来是模型的建立。

在模型中，小腿骨骼及其周围的软组织被建模为一系列三维有限元网格，并加入封闭型空气减震装置模拟冲击过程。

冲击器还需要考虑其内部结构对于冲击力的缓冲和分散的作用。

通过不断的迭代分析，得到符合实际情况的模型。

最后，需要进行验证实验，验证模型的准确性。

将模拟的冲击器安装在实际使用中的车辆上，并进行碰撞试验。

通过试验认证，可以确定行人保护小腿冲击器的可靠性，保证行人在与车辆碰撞时受伤率的降低。

总之，行人保护小腿冲击器的有限元模型开发是一项复杂的工程，需要以实验为基础，在此基础上，通过有限元方法构建出符合实际情况的模型。

通过此项技术的应用，可以保护行人的安全，减轻其在车辆事故中受伤的程度。

随着城市的发展和人口的增加，交通事故在日常生活中越来越常见。

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-NCAP（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。

面向行人下肢碰撞保护的汽车前端结构快速优化设计研究汇报人：日期:contents•研究背景与意义•行人下肢保护与汽车前端结构优化设计理论基础目录•汽车前端结构对行人下肢碰撞保护性能的影响分析contents•基于快速优化设计的行人下肢碰撞保护汽车前端结构研究目录•实验验证与结果分析•结论与展望01研究背景与意义汽车保有量日益增长01随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，汽车已经成为越来越多人的出行工具。

行人碰撞事故频发02然而，在城市交通中，行人交通事故的发生率居高不下，其中与汽车碰撞是较为常见的一种。

碰撞保护需求迫切03对于行人来说，碰撞事故中的伤害程度取决于汽车前端的结构设计和碰撞速度。

因此，对汽车前端结构进行优化设计以减少对行人的伤害成为了一项重要任务。

减少医疗负担行人受伤后需要医疗救治，优化汽车前端结构可以减少医疗负担，为社会节省大量医疗资源。

推动汽车行业技术进步针对行人碰撞保护的汽车前端结构优化技术是汽车行业的一个重要研究方向，有助于推动汽车行业的技术进步。

提高行人安全性通过优化汽车前端结构，可以降低碰撞事故中行人受伤的风险，提高行人的安全性。

研究目的：本研究旨在通过计算机辅助设计（CAD）技术和有限元分析方法，对汽车前端结构进行快速优化设计，以提高对行人下肢的碰撞保护性能。

研究内容1. 建立汽车前端有限元模型；2. 根据碰撞保护性能指标，确定优化设计的目标函数；3. 利用遗传算法等优化算法对汽车前端结构进行快速优化设计；4. 通过实验验证优化设计的效果。

研究目的与内容02行人下肢保护与汽车前端结构优化设计理论基础行人下肢碰撞保护研究的起源和发展从早期的汽车设计只考虑车辆的安全性，到近年来随着行人保护法规的完善和对行人安全的关注，行人下肢保护研究得到了越来越多的重视。

行人下肢碰撞保护研究的主要方向包括对行人下肢的生物力学响应、碰撞过程中车辆与行人间的作用力、以及减轻行人伤害的汽车结构设计等方面的研究。

基于行人腿部保护的保险杠造型优化设计随着汽车保有量的不断增加，道路交通安全问题愈发引起人们的关注。

其中，行人安全问题是一个重要的方面。

行人在汽车行驶过程中，往往处于弱势地位，若汽车发生碰撞，很容易造成严重伤害，其中腿部部位尤为脆弱。

因此，为了解决这一问题，我认为进行行人腿部保护的保险杠造型优化设计非常必要。

在现有的汽车保险杠设计中，一般使用了松软的泡沫塑料材料，作为缓冲材料，以达到减缓碰撞力的目的。

然而，这种设计方式仍存在一些缺陷，比如松软的泡沫塑料材料不具有很好的撞击吸收能力，而在碰撞力相对较大的情况下，容易造成行人下肢部位的受伤。

因此，我们需要在保险杠的设计上寻求新的突破。

我认为优化保险杠的设计是一个非常关键的问题。

为了实现这一目的，可以从以下几个方面出发：首先，可以考虑改变保险杠的形状。

一般而言，车辆的前脸都是比较硬朗的，因此在碰撞时产生的冲击力非常大，容易对行人造成重大伤害。

而如果在前脸部分采用一些铝合金、塑料等材料，能够较好的降低发生碰撞时对行人造成的伤害。

在这个基础上，将保险杠部分的长度，在一定程度上延伸出前脸部位，可以有效地减少碰撞时对行人的冲击力。

其次，可以改进保险杠的内部结构。

即采用一定的抗压材料来填充保险杠，以提高保险杠的力学性能。

同时，通过改变内部结构的设计，可以进一步提高碰撞时保险杠的缓冲效果。

例如，可以采用钢板、压缩减震材料等材料，来有效提高保险杠的抗压性能。

最后，在保险杠的设计上还需要考虑实用性。

可以增加一些辅助功能，比如，安装照明灯、夜视显像等功能，使其在行车安全、节能环保等方面具有更好的表现。

同时，我们还可以根据车辆尺寸的不同，量身定制一系列不同的保险杠，以满足不同车型和尺寸的需求。

综上所述，通过对行人腿部保护的保险杠造型优化设计，可以从多个方面提高保险杠的安全性能和实用性。

在汽车领域，人身安全是十分重要的，相信这样的优化设计可以为行人的安全出行提供一定的保障。

为了更好地实现行人腿部保护的保险杠造型优化设计，还需要从以下几个方面出发：一方面，可以考虑加装辅助系统。