曹?chē)?guó)洋　王月　王淼　蘆蓮　王鵬翔

摘 要：本文通過(guò)對(duì)aPLI腿型的理論研究，總結(jié)出對(duì)其結(jié)果影響的主要因素，基于對(duì)不同因素的研究，總結(jié)了一系列規(guī)律：機(jī)罩前端X向越向后，腿部整體得分越高；機(jī)罩前端剛度越低，腿部得分越高。通過(guò)實(shí)際車(chē)型設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題并對(duì)問(wèn)題的分析及優(yōu)化，大腿的彎矩及韌帶的變形量明顯得到改善，證明了理論研究結(jié)果的正確性，為其他車(chē)型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：aPLI 大腿彎矩 機(jī)蓋

1 引言

近年來(lái)，隨著對(duì)碰撞法規(guī)研究的深入，車(chē)外行人的安全也取得了一系列的進(jìn)展，碰撞過(guò)程中人體上半身對(duì)下肢的影響，其響應(yīng)與真實(shí)行人碰撞中的差異越發(fā)引起重視[1-4]。2021版C-NCAP（China-New Car Assessment Program）首次采用aPLI腿型進(jìn)行測(cè)試，腿型得分5分，占總體得分的1/3[5]。Euro-NCAP和C-IASI行人保護(hù)計(jì)劃在2022年引入aPLI腿型進(jìn)行測(cè)試，并且C-IASI會(huì)將腿部aPLI得分調(diào)整為12分，占總得分的1/3。采用aPLI腿型后，腿部得分將變得更加困難，碰撞器質(zhì)量增加12kg，碰撞的能量將增加90%。

本文以對(duì)aPLI腿型理論研究為基礎(chǔ)，總結(jié)出aPLI腿型開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵因素，結(jié)合實(shí)際車(chē)型開(kāi)發(fā)中遇到的問(wèn)題及對(duì)問(wèn)題的分析和改善建議，證明了對(duì)aPLI腿型研究結(jié)果的有效性，為其他車(chē)型的開(kāi)發(fā)提供參考。

2 aPLI腿型介紹

從圖1及表1可以看出：相比之前采用的Flex PLI 腿型，aPLI腿型質(zhì)量更大，碰撞能量也越高，腿型的離地高度變得越來(lái)越低，由原來(lái)的75mm變到25mm，同時(shí)評(píng)價(jià)的指標(biāo)也發(fā)生了變化：原來(lái)的膝蓋部位和小腿，又增加了大腿部位的評(píng)價(jià)，大腿部位包含3個(gè)位置受力評(píng)價(jià)，膝蓋由原來(lái)的3個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)調(diào)整為1個(gè)。

3 aPLI腿型理論研究

基于整車(chē)碰撞分析結(jié)果將模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，并對(duì)簡(jiǎn)化模型進(jìn)行對(duì)標(biāo)，再在對(duì)標(biāo)后的簡(jiǎn)化模型上進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)敏感性研究，簡(jiǎn)化模型對(duì)標(biāo)結(jié)果如表2。

設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣距離前保最前端距離為?X，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣距離前防撞梁中面高度為?Z，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣剛度定義為上橫梁的厚度為t，選取各研究參數(shù)范圍如表3所示。

3.1 ?X與大腿受力之間關(guān)系研究

結(jié)合對(duì)標(biāo)結(jié)果，設(shè)定防撞梁中心面到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋Z向高度為一恒定值251mm，研究不同?X對(duì)大腿力的影響，如圖3所示：

在圖4中紅色線表示低性能限值，綠色線表示高性能限值，從圖4（a）中可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)蓋距離前保越遠(yuǎn)，即?X越大，則腿部F1位置傷害值越低。從圖4（b）中可以發(fā)現(xiàn)在F2位置距離前保小于122mm之內(nèi)總體傷害呈明顯下降趨勢(shì)，在之后由一部分傷害值稍有增加，但之后有明顯降低，總體近似線性遞減趨勢(shì)；從圖4（c）中可以發(fā)現(xiàn)在F3位置變化趨勢(shì)與F2相似。

基于以上分析，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣距離前保最前端的距離越遠(yuǎn)，aPLI大腿位置彎矩越小，行人腿部受到的傷害越小，對(duì)行人保護(hù)越有利。

3.2 ?Z與大腿受力之間關(guān)系研究

根據(jù)上面分析，取發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣到前保距離?X為研究的中值，即?X=122mm，研究發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣距離前防撞梁中面高度為?Z對(duì)aPLI大腿彎矩的影響。如圖5。

在圖6中紅色線表示低性能限值，綠色線表示高性能限值，從圖6（a）中可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣距離前防撞梁中面高度為?Z與F1位置彎矩之間近似呈線性關(guān)系，即?Z越大，F(xiàn)1受到的彎矩越小，對(duì)行人腿部的傷害越?。粡膱D6（b）中可以看出，在大腿F2高度區(qū)域內(nèi)，?Z越大，腿部彎矩越大，在遠(yuǎn)離F2高度區(qū)域內(nèi)，?Z越大，腿部彎矩反而越??；F3位置彎矩的變化與F2位置變化趨勢(shì)相同。

基于上述分析，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣距離前防撞梁中面高度在F1位置，高度越高aPLI大腿位置彎矩越小，行人腿部受到的傷害越小，對(duì)行人保護(hù)越有利。F2、F3位置，在遠(yuǎn)離腿部高度區(qū)域以外，?Z越大，腿部彎矩越小。

3.3 t與大腿受力之間關(guān)系研究

設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣距離前防撞梁最前端距離為122mm，防撞梁中心面到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋Z向高度為251mm，研究上橫梁厚度t對(duì)aPLI大腿的影響，如圖7所示。

從圖8可以看出，F(xiàn)1、F2、F3位置的彎矩均隨厚度的增加而增大，即上橫梁的強(qiáng)度越大對(duì)行人大腿保護(hù)不利。

根據(jù)上述影響因素研究發(fā)現(xiàn)規(guī)律如圖9所示，即：

1）機(jī)罩前端X向越向后，腿部整體得分越高；

2）機(jī)罩前端Z向在腿部彎矩區(qū)域內(nèi)時(shí)，腿部得分越低，避開(kāi)腿部彎矩區(qū)域，得分越高；

3）機(jī)罩前端剛度越低，腿部得分越高。

4 案例分析優(yōu)化

4.1 問(wèn)題描述與分析

某車(chē)型在分析中出現(xiàn)大腿彎矩及小腿彎矩及韌帶超標(biāo)問(wèn)題，如下圖10、11所示：圖中紅色線為目標(biāo)值；從圖10可以發(fā)現(xiàn)大腿F1、F2位置（即大腿下部、中部位置）彎矩明顯超出目標(biāo)值；從圖11可以看出韌帶變形明顯超標(biāo)。

結(jié)合車(chē)型的實(shí)際高度情況，從圖12可以看出，大腿F1、F2位置正對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣位置，剛度較大，是造成大腿超標(biāo)的主要原因；小腿區(qū)域主要是下部吸能空間不足所導(dǎo)致。

4.2 方案優(yōu)化及結(jié)果分析

結(jié)合對(duì)aPLI大腿部分的研究，最直接的辦法即調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的位置，考慮到車(chē)型的實(shí)際情況，將發(fā)動(dòng)機(jī)蓋向后向下分別移動(dòng)50mm，同時(shí)調(diào)整小腿區(qū)域的吸能空間，優(yōu)化后情況如圖13所示：前保下部小腿區(qū)域前移，增加底部吸能空間，同時(shí)發(fā)改向后向下有明顯調(diào)整。

從圖14可以看出優(yōu)化前后不同時(shí)刻腿型運(yùn)動(dòng)變化的差異，優(yōu)化前在6ms時(shí)，大腿與前保、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣位置及前保下部幾乎同時(shí)發(fā)生接觸，優(yōu)化后，小腿與前保下部首先接觸，然后與前保接觸，在接下來(lái)的時(shí)刻整個(gè)腿型從下向上向后傾倒，小腿部分被抬起。而優(yōu)化前整個(gè)腿型由于幾乎同時(shí)都有受力，而且發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣位置剛度較大，導(dǎo)致腿型受到的彎矩也較大，小腿部分也很難及時(shí)的抬起。

從圖15、16可以對(duì)比發(fā)現(xiàn)由于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋后移及小腿吸能空間的提高，各位置受力情況的變化；其中實(shí)線為優(yōu)化前曲線，虛線為優(yōu)化后曲線；圖15可以發(fā)現(xiàn)大腿區(qū)域的彎矩較優(yōu)化后也有明顯改善，均滿(mǎn)足目標(biāo)要求；圖16中韌帶變形量的減小效果明顯，從最大的34mm減小到24mm，其他位置的變形量也有所降低。

5 總結(jié)

通過(guò)對(duì)aPLI腿型的大腿部分與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋之間關(guān)系的理論研究及實(shí)際車(chē)型問(wèn)題的分析，得出如下結(jié)論：

1）機(jī)罩前端X向越向后，腿部整體得分越高；

2）機(jī)罩前端Z向在腿部彎矩區(qū)域內(nèi)時(shí)，腿部得分越低，避開(kāi)腿部彎矩區(qū)域，得分越高；

3）機(jī)罩前端剛度越低，腿部得分越高。

同時(shí)基于實(shí)際車(chē)型中遇到的問(wèn)題對(duì)該研究結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明該結(jié)論是有效的。

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