行人保护法规及LS-DYNA仿真技术概述

从1885年，卡尔.本茨发明第一辆汽车以来，路人和汽车在道路上所产生的事故就无法避免。随着社会经济的蓬勃发展和汽车工业的更新迭代，其由于路权产生的碰撞越发严重和数量急剧上升。如图-1所示，在所有的交通事故中，行人事故占到20%，而其死亡率达到了30%。

图-1 交通事故统计

在本世纪之前，世界各国都在研究车辆的乘员保护，很少考虑路面行人的安全。大部分的发明和措施都是针对车内乘员进行保护的，例如1955年沃尔沃工程师尼尔斯发明的安全带，到1968年，美国法规规定前排座椅必须配置安全带。再如美国人约翰·赫特里特发明安全气囊，到1981年，奔驰S级（W126）是第一款装备预紧式安全带和安全气囊的量产车型。而从车辆的车身设计也从未考虑行人的安全，如图-2所示的车辆。

图-2 经典汽车造型

据先前统计数据，世界范围内的汽车碰撞事故中，有1/3是路人和汽车碰撞，由于人车碰撞事故中，行人处于相对弱势的地位，其发生死亡的比率明显高于各类交通事故中的人员死亡率。国际 协 调 研 究 机 构 IHRA （International Harmonized Research Activities committee）对美国，德国，日本以及澳大利亚的行人数据库进行分析后发现：行人头部和下肢损伤几率最大。在行人事故中，也可以明显看出，行人的头部和腿部受到的冲击也是最明显。

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法规和NCAP简介

历史

1997 年，欧洲的车辆安全促进委员会（EEVC）建立了第 17 工作小组（WG17）制定行人保护法规，并召开了行人保护安全技术研讨会。

1998年，EEVC/WG17提出了行人碰撞保护试验草案，该草案成为欧盟、ISO、全球统一技术法规（GTR）、日本等制定行人碰撞保护试验标准的参考。

2002年，欧盟EN-NCAP新增测试行人保护项目，执行标准依照欧盟法规。

2003年，欧盟正式发布了全世界第一部关于行人保护的评价法规，法规的具体实施分为两个阶段，第一个实施阶段定于2005 年 10 月份，第二个实施阶段定于 2010 年开始执行。2012年12月31日后强制执行。

2004年，澳大利亚、日本、韩国等汽车工业发达国家也纷纷颁布行人保护技术法规，并将行人保护列入到 NCAP 中。

2007年，联合国于 2007 年起草了一项适用于全世界的行人保护相关技术法规《关于机动车碰撞时对行人及弱势道路使用者加强保护和减轻严重伤害的认证统一规定》，简称 GTR9

2009年，我国制定GB/T 24550-2009 《汽车对行人的碰撞保护》法规。

2018年，《C-NCAP 管理规程（2018 年版）》版本加入行人保护项目。

现在

现在，各国现在执行的法规如图-4所示。我国的法规是GB/T 24550-2009，类似于EU的EG/78/2009 EG/631/2009;UN127;GTR9，头碰速度为35km/h，腿碰速度为40km/h。

图-4 各国法规

我国的C-NCAP最新版本为2021版本，相对于2018版本C-NACP：

1、修改了行人保护试验及评价方法，采用先进行人腿型（ Advanced Pedestrian Legform Impactor, aPLI） 替代传统 FLEX-PLI 和 TRL 上腿型进行行人腿部碰撞保护试验评价；

2、扩大了行人保护头型试验区域。

图-5 C-NCAP以及星级划分

图-6 EN-NCAP测试区域

红色方框（图6）位于发动机盖前缘参考线(BLERL)在WAD930 mm 和 WAD 1000 mm之间的区域要加做儿童头模打击试验(位置: BLERL;打击速度40km/h;角度20°)，从2023年开始执行。

黄色方框（图6） 如果测试点位于BRRL前方,则使用儿童/小型成人人头模型冲击器测试WAD1500和1700之间的测试点。否则使用成人人头模型。

行人保护冲击器

在进行行人保护碰撞仿真时，都必须用到行人保护冲击器。熟悉这些冲击器，是我们汽车碰撞工程师和测试工程师的必备知识。图-7，是目前主要应用的行人保护冲击器。

图-7 头碰模型和a-PLI腿碰模型

LS-DYNA仿真技术

LS-DYNA作为显示动力学软件中应用最广泛的软件，其专注汽车碰撞仿真超过40年，而且紧跟行人保护仿真的发展趋势，开发了很多的新功能，例如在材料方面，开发了*MAT_249_CRASH用于热塑性复合材料的碰撞仿真，可用于前保塑料零件的建模。*MAT_ADD_COHESIVE在新版本中支持了泡沫材料（如*MAT_057和*MAT_083）,此前仅支持金属或塑料等材料，可用于前保中的泡沫件的连接。新的关键字*LOAD_PYRO_ACTUATOR，用于主动式机盖的模拟。当车辆即将与行人发生碰撞时，为了尽量避免行人的头部创伤，系统会自动弹出机盖，用以软化头部与机盖之间的接触。此前大部分用户通过定义气囊的方式来模拟机盖的弹出。

图-8 头碰和a-PLI腿碰

优化方向

在行人保护碰撞中，不可避免的出现头碰伤害值HIC值高于1700或者整个头碰区域得分达不到设计要求。设计无法满足吸能空间要求，同时无法避免的硬点出现，此时就需要对车型中容易导致伤害值过大的硬点和部件进行优化。另外，腿碰区域的划分，如何避免测试区域太靠外，腿部支持不足等问题，都需要进行一些优化设计。

图-9 发动机罩内外板和铰链

综上，熟悉行人保护的各国法规和NCAP等以及如何优化法规要求，使其设计的车型达到设计要求，是汽车设计工程师、碰撞仿真工程师以及测试工程师必须掌握的技能。如何快速了解法规，在使用LS-DYNA进行计算，以及如何优化结构，满足法规要求，都会在《行人保护法规及LS-DYNA仿真技术》培训中做详细的介绍。

作者：上海安世亚太 吴华春