CN114043916B - 一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置及其应用方法 - Google Patents

一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置及其应用方法，涉及汽车安全防护技术领域，包括歇脚垫，包括倾斜于地板设置的支撑板，其底部设有多个支撑筋，支撑筋上设有与前围板匹配的溃缩槽，歇脚垫通过多个溃缩槽卡接在前围板上，支撑筋由吸能材料制成。脚跟控制机构，包括连杆机构和压溃启动螺栓，连杆机构的第一连杆和第二连杆构成凸起机构，凸起结构安装在支撑板下端底部的连接槽内，连杆机构的第二连杆和第三连杆之间设有连杆导向装置，第三连杆另一端通过压溃启动螺栓连接在地板上。本申请能够在汽车正面碰撞时根据小腿承载受力适应性的调整脚步的运动形态，从而以较低的成本有效缓解对小腿的冲击，实现对小腿的有效保护。

Description

一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置及其应用方法
技术领域
本申请涉及汽车安全防护技术领域，具体涉及一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置及其应用方法。
背景技术
在汽车安全评价标准方面，有C-NCAP、E-NCAP、J-NCAP、IIHS等。其中C-NCAP，全称China New Car Assessment Program，中国新车评价规程；E-NCAP全称European New CarAssessment Program，欧盟新车安全评鉴协会，同样也是汽车界最具权威的安全认证机构之一；IIHS，全称Insurance Institute for Highway Safety，美国公路安全保险协会，是汽车界最具权威的安全认证机构之一，它的碰撞测试标准也最为严苛；J-NCAP，全称JapanNew Car Assessment Program，为日本新车评价规程。E-NCAP一直是行业的标杆。E-NCAP要求的要求更高更严格，C-NCAP、J-NCAP都是以E-NCAP为风向标进行改进。
汽车碰撞中，C-NCAP、E-NCAP、J-NCAP、IIHS等评价机构均会基于各自不同类型的碰撞工况对人体损伤进行评估。例如，C-NCAP正式评价试验分为三个部分：乘员保护部分、行人保护部分、以及主动安全部分，其中乘员保护部分包含碰撞试验、儿童保护静态评价和低速后碰撞颈部保护试验。传统汽车进行正面100％重叠刚性壁障碰撞、正面50％重叠移动渐进变形壁障碰撞和可变形移动壁障侧面碰撞三项试验；新能源汽车(含纯电动汽车和插电式混合动力汽车)进行正面100％重叠刚性壁障碰撞、正面50％重叠移动渐进变形壁障碰撞和侧面柱碰撞三项试验。
小腿损伤是人体在冲击环境下的常见损伤，与人体上身脏器受冲击性加速度或持续性埃及速度损伤机理不同，易形成骨折、扭伤、撕裂等机械性损伤，严重时可导致终身残疾。因此采用载荷力和弯矩作为评价参数，其影响程度除了与冲击过载峰值、作用时间、以及过载速率3个基本参数有关外，还与其作用力的方向、人腿的放置位置、以及人体的束缚状况等因素有关。
人体腿部受到前端的冲击后，会导致腿部出现压缩受力和弯矩的情况，为保护假人腿部，需考虑减小压缩受力，减小腿部弯矩。
现有方法一采用膝部安全气囊减小压缩受力并减小腿部弯矩，膝部安全气囊从中控台下方位靠近膝部位置展开，目的是在发生事故时将冲击力分散到乘客的双腿上，从而减少腿部所受伤害。因为控制腿部的位移，这些安全气囊还可以减少对腹部和胸部的二次冲击力。通过膝部安全气囊可减小大腿和骨盆的前冲击强度，进而优化假人小腿和脚步区域的冲击强度。但是，现有方法一直接优化对象为大腿和膝盖区域，对小腿部位的优化不直接，存在一定短板，在驾驶员侧轻度重叠碰撞测试中，膝部安全气囊HIA增加了小腿和右股骨受伤的风险，且膝部气囊成本也较高。
现有方法二通过减小前围侵入量减小压缩受力并减小腿部弯矩，同时减小人体的向前位移，从而实现减小腿部的冲击。减小前围侵入量可通过增加车辆前舱的吸能空间进而减小动力总成对前围腿部区域的冲击，或调整底盘和悬置等零件的碰撞失效模式来减小动力总成后移量来实现。减小人体的向前位移可通过增加安全带腰部预紧和锁止锁舌等零件来实现。但是，现有方法二减小前围侵入量在实现上存在一定的边界条件和技术难度，在动力总成较大或吸能空间有限的情况下只能通过增加前端防撞梁、吸能盒、纵梁来实现，会导致增加高昂的车型成本和重量。且增加安全带腰部预紧和锁止锁舌等零件主要作用于骨盆区域，通过传导实现对小腿和脚步运动的优化，优化不直接。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置及其应用方法，能够在汽车正面碰撞时根据小腿承载受力适应性的调整脚步的运动形态，从而以较低的成本有效缓解对小腿的冲击，实现对小腿的有效保护。
为达到以上目的，采取的技术方案是：
本申请第一方面提供一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置，包括：
歇脚垫，其包括倾斜于地板设置的支撑板，支撑板底部设有多个支撑筋，每个支撑筋上均设有与前围板匹配的溃缩槽，歇脚垫通过多个溃缩槽卡接在前围板上，支撑筋由吸能材料制成；支撑板下端底部还设有连接槽；
脚跟控制机构，其包括连杆机构和压溃启动螺栓，连杆机构包括顺序连接的第一连杆、第二连杆、以及第三连杆，第一连杆另一端固定，第一连杆和第二连杆构成凸起机构，该凸起结构安装在连接槽内，第二连杆和第三连杆之间设有连杆导向装置，第三连杆另一端通过压溃启动螺栓连接在地板上。
一些实施例中，所述吸能材质包括吸能泡沫和/或吸能塑料。
一些实施例中，所述溃缩槽的压溃力与汽车正面碰撞时脚掌区域的承载力的极限相等。
一些实施例中，所述压溃启动螺栓的最大拉力与汽车正面碰撞时脚跟区域的承载力的极限相等。
一些实施例中，所述连杆机构还包括顺序连接的第四连杆、第五连杆、第六连杆、以及第七连杆，第四连杆与地板平行且固定安装在地板上，第五连杆与第四连杆垂直，第六连杆与第五连杆垂直，第七连杆与第六连杆垂直且第七连杆的长度与地板上的地垫厚度相同，支撑板具有连接槽的一端设置在地垫上。
一些实施例中，所述脚跟控制机构还包括地板连接板和地板安装螺栓，地板连接板与地板平行且设置在第三连杆和第四连杆之间，压溃启动螺栓设置在地板连接板的一端，底板连接板的另一端通过地板安装螺栓固定在地板上。
一些实施例中，所述歇脚垫还包括倾斜于支撑板设置的防护板，该防护板设置在支撑板上远离其连接槽的一端。
本申请第二方面提供一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置的应用方法，包括：
汽车正常行驶时，驾乘人员的脚部放置在歇脚垫上；
汽车发生正面碰撞时，由前围板通过歇脚垫传递到驾乘人员脚掌区域的力大于溃缩槽的压溃力，则支撑筋溃缩吸能并为脚掌区域让出压溃空间；
汽车发生正面碰撞时，由前围板通过脚跟控制机构传递到驾乘人员脚跟区域的力大于压溃启动螺栓的最大拉力，则压溃启动螺栓断裂，连杆结构滑动吸能并为脚跟区域让出压溃空间。
一些实施例中，所述溃缩槽的压溃力与汽车正面碰撞时脚掌部位的承载力的极限相等。
一些实施例中，所述压溃启动螺栓的最大拉力与汽车正面碰撞时脚跟部位的承载力的极限相等。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：车体发生正面碰撞时，若主要撞击部位集中在脚掌区域，则由支撑筋溃缩吸能为脚掌区域让出压溃空间，若主要撞击部位集中在脚跟区域，则由连杆机构拉断压溃启动螺栓并产生滑移为脚跟区域让出压溃空间，通过小腿保护装置能够在汽车正面碰撞时，根据小腿承载受力适应性的调整脚步的运动形态，从而以较低的成本有效缓解对小腿的冲击，实现对小腿的有效保护。
附图说明
图1为现有技术中前围总成的结构示意图。
图2为现有技术中作用在小腿上的力与弯矩的示意图。
图3为本发明实施例中应对汽车正面碰撞的小腿保护装置的结构示意图。
附图标记：
1-歇脚垫；2-脚跟控制机构；3-支撑板；4-支撑筋；5-溃缩槽；6-连接槽；7-压溃启动螺栓；8-第一连杆；9-第二连杆；10-第三连杆；11-第四连杆；12-第五连杆；13-第六连杆；14-第七连杆；15-地板连接板；16-地板安装螺栓；17-连杆导向装置；18-地垫；19-地板。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本申请作进一步详细说明。
前围总成属于汽车车身内部结构，是车身系统重要的组成部分之一，前围总成位于乘员舱与发动机舱之间，对保证车身的扭转刚度、改善座舱舒适环境和提高撞车时的安全性等起着重要作用。
目前市场上，前围总成结构基本由前围板和前围骨架构成。前围板分为整体式和分体式，前围骨架分为内置式、外置式和内外混置式。
如图1所示，现有的前围总成结构的前围板100、横梁总成200和导水板300的连接复杂，横梁总成200包括上横梁210和下横梁220，上横梁210和下横梁220的一侧边缘焊接在一起，前围板100的上端延伸至上横梁210并与上横梁210、下横梁220的另一侧边缘焊接，导水板300与前围板100焊接。
作用在小腿上的力与弯矩如图2所示，由于垂直于小腿骨方向的受力，以及作用于小腿上下端的弯矩分别是导致小腿骨折、膝关节以及脚踝受伤的重要原因，因此在C-NCAP评价中，小腿伤害值指标采用小腿压缩力FZ和胫骨指数TI来评价。胫骨指数TI通过下述公式计算得到：
Figure BDA0003413092660000061
其中，MX表示绕X轴的弯矩，MY表示绕Y轴的弯矩，(MC)R表示临界弯矩，可按225Nm计，FZ表示Z向的轴向压缩力，(FC)Z表示临界压缩力可按35.9kN计。
小腿压缩力FZ高低性能限值分别为2KN、8KN，胫骨指数TI高低性能限值分别为0.4、1.3，在C-NCAP评价系统中，一般认为小腿压缩力FZ小于2KN和/或胫骨指数TI小于2KN时，小腿部位受伤可能性较小。
参见图3所示，本发明实施例提供一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置，包括设置在地板19凹坑中与前围板配合的歇脚垫1和设置在地板19凹坑中的脚跟控制机构2，歇脚垫1底部设有多个具有溃缩槽5的支撑筋4，该支撑筋4由吸能材料制成，能够通过溃缩吸能，并为脚掌区域让出压溃空间。脚跟控制机构2部分卡接在歇脚垫1底部的连接槽6内，部分通过压溃启动螺栓7固定，脚跟控制机构2能够通过拉断压溃启动螺栓7产生滑移的方式实现吸能和缓冲，并为脚跟区域让出压溃空间。其中，歇脚垫1主要针对脚掌区域的保护，脚跟控制机构2主要针对脚跟区域的保护。
车体发生正面碰撞时，若主要撞击部位集中在脚掌区域，则由支撑筋4溃缩吸能为脚掌区域让出压溃空间，若主要撞击部位集中在脚跟区域，则由连杆机构拉断压溃启动螺栓7并产生滑移为脚跟区域让出压溃空间，通过小腿保护装置能够在汽车正面碰撞时根据小腿承载受力适应性的调整脚步的运动形态，从而以较低的成本有效缓解对小腿的冲击，实现对小腿的有效保护。
具体的，一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置，包括：
歇脚垫1，其包括倾斜于地板19设置的支撑板3，支撑板3底部设有多个支撑筋4，每个支撑筋4上均设有与前围板匹配的溃缩槽5，歇脚垫1通过多个溃缩槽5卡接在前围板上，支撑筋4由吸能材料制成。支撑板3下端底部还设有连接槽6。
脚跟控制机构2，其包括连杆机构和压溃启动螺栓7，连杆机构包括顺序连接的第一连杆8、第二连杆9、以及第三连杆10，第一连杆8另一端固定，第一连杆8和第二连杆9构成凸起机构，该凸起结构安装在连接槽6内，第二连杆9和第三连杆10之间设有连杆导向装置17，第三连杆10另一端通过压溃启动螺栓7连接在地板19上。
正面高速碰撞过程中，前围侵入量较大，尤其是正面40％偏置碰撞，假人的小腿伤害较大直接影响安全系统的整体得分。目前针对小腿的伤害改善大部分改善前围的侵入量，来降低对假人小腿的伤害，对小腿改善不明显，高速碰撞过程中小腿仍受到较大伤害。前围侵入量过高会导致小腿受到冲击，小腿发生翻转运动，导致小腿压缩力FZ和弯矩MY的超标，从而导致胫骨指数TI超标。因此需要优化脚部运动模式，且能够根据脚部的加载力值F1、F2来进行适应性调整。加载力值F1指脚掌区域对歇脚垫1的支撑板3的压力，加载力值F2指脚跟区域对歇脚垫1的支撑板3的压力。
本实施例中，小腿保护装置由歇脚垫1和脚跟控制机构2共同构成。歇脚垫1采用传统安装方式，其可以镶嵌在地板19凹坑中由地毯压盖，歇脚垫1设置在地板19凹坑中与前围板配合，歇脚垫1的支撑板3底部设有多个具有溃缩槽5的支撑筋4，保证溃缩槽5压溃力值为F歇脚垫1。支撑板3倾斜于地板19设置并通过其底部的多个支撑筋4上的溃缩槽5卡接在前围板上，该支撑筋4由吸能材料制成。脚掌区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F1大于溃缩槽5压溃力值F歇脚垫1时，支撑筋4受压溃缩吸能，歇脚垫1的支撑板3下降为脚掌区域让出压溃空间，可以避免弯矩上升，造成胫骨指数TI超标，缓解对脚掌区域的冲击。
脚跟控制机构2设置在地板19凹坑中，包括连杆机构和压溃启动螺栓7。压溃启动螺栓7的设定阈值为F压溃。脚跟控制机构2部分卡接在歇脚垫1底部的连接槽6内，部分通过压溃启动螺栓7固定，脚跟区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F2大于压溃启动螺栓7的设定阈值F压溃时，脚跟控制机构2通过拉断压溃启动螺栓7产生滑移的方式实现吸能和缓冲，歇脚垫1的支撑板3前移为脚跟区域让出压溃空间，缓解对脚跟区域的冲击。
车体发生正面碰撞时，若主要撞击部位集中在脚掌区域，则由支撑筋4溃缩吸能为脚掌区域让出压溃空间，若主要撞击部位集中在脚跟区域，则由连杆机构拉断压溃启动螺栓7并产生滑移为脚跟区域让出压溃空间，通过小腿保护装置能够在汽车正面碰撞时根据小腿承载受力适应性的调整脚步的运动形态，从而以较低的成本有效缓解对小腿的冲击，实现对小腿的有效保护。
在较佳的实施例中，所述支撑筋4采用的所述吸能材质包括吸能泡沫和吸能塑料。
在本实施例中，小腿保护装置由歇脚垫1和脚跟控制机构2共同构成。歇脚垫1采用传统安装方式，其可以镶嵌在地板19凹坑中由地毯压盖，歇脚垫1设置在地板19凹坑中与前围板配合，歇脚垫1的支撑板3底部设有多个具有溃缩槽5的支撑筋4，保证溃缩槽5压溃力值为F歇脚垫1，支撑板3倾斜于地板19设置并通过其底部的多个支撑筋4上的溃缩槽5卡接在前围板上，该支撑筋4由吸能材料制成，前围侵入过程中，脚掌区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F1逐渐大于溃缩槽5压溃力值F歇脚垫1，支撑筋4自行压缩吸能并为脚掌区域让出压溃空间，小腿保护装置与前围接触部分会通过吸能材料特性来实现随着前围变化而变形，支撑板3与脚面接触部分保持原有形状，避免碰撞冲击能量直接作用在假人脚部及小腿，将大幅度降低假人小腿的伤害，起到保护小腿作用。
通过在歇脚垫1的支撑板3底部设置多个由吸能材料制成的支撑筋4，支撑筋4上设置用于与前围板卡接的溃缩槽5，结构简单，安装方便，制造成本低，在发生碰撞时，吸能材质制成的歇脚垫1能够主动吸收前围侵入传递的能量，最大程度的保护假人脚部的原始姿态，大大减小对小腿的伤害。
通过溃缩槽5压溃力的调整实现不同车型的适应性优化，可以在碰撞试验和碰撞事故中根据腿部承载受力适应性的调整脚步的运动形态，解决车辆在正面碰撞中的脚部伤害值超标问题，从而在实际使用中更加有效的保护乘员的脚部区域，实现更好的保护人体腿部。
在一个较佳的实施例中，所述溃缩槽5的压溃力与汽车正面碰撞时脚掌区域的承载力的极限相等。
在本实施例中，F歇脚垫1和F压溃的数值根据具体车型设计，一般建议1000N≥F歇脚垫1≥800N，1500N≥F压溃≥1000N。
脚掌区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F1和脚根区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F2的调节方式可根据前期的仿真结果，结合车型具体脚部空间尺寸进行设定。
前围侵入过程中，脚掌区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F1逐渐大于溃缩槽5压溃力值F歇脚垫1，支撑筋4自行压缩吸能并为脚掌区域让出压溃空间，小腿保护装置与前围接触部分会通过吸能材料特性来实现随着前围变化而变形，支撑板3与脚面接触部分保持原有形状，避免碰撞冲击能量直接作用在假人脚部及小腿，将大幅度降低假人小腿的伤害，起到保护小腿作用。
在一个较佳的实施例中，所述压溃启动螺栓7的最大拉力与汽车正面碰撞时脚跟区域的承载力的极限相等。
在本实施例中，F歇脚垫1和F压溃的数值根据具体车型设计，一般建议1000N≥F歇脚垫1≥800N，1500N≥F压溃≥1000N。
脚掌区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F1和脚根区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F2的调节方式可根据前期的仿真结果，结合车型具体脚部空间尺寸进行设定。
前围侵入过程中，脚跟区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F2大于压溃启动螺栓7的设定阈值F压溃时，脚跟控制机构2通过拉断压溃启动螺栓7产生滑移的方式实现吸能和缓冲，小腿保护装置前移为脚跟区域让出压溃空间，缓解对脚跟区域的冲击，避免碰撞冲击能量直接作用在假人脚部及小腿，将大幅度降低假人小腿的伤害，起到保护小腿作用。
在一个较佳的实施例中，所述连杆机构还包括顺序连接的第四连杆11、第五连杆12、第六连杆13、以及第七连杆14，第四连杆11与地板19平行且固定安装在地板19上，第五连杆12与第四连杆11垂直，第六连杆13与第五连杆12垂直，第七连杆14与第六连杆13垂直且第七连杆14的长度与地板19上的地垫18厚度相同，支撑板3具有连接槽6的一端设置在地垫18上。
在一个较佳的实施例中，所述脚跟控制机构2还包括地板连接板15和地板安装螺栓16，地板连接板15与地板19平行且设置在第三连杆10和第四连杆11之间，压溃启动螺栓7设置在地板连接板15的一端，底板连接板的另一端通过地板安装螺栓16固定在地板19上。
在本实施例中，第四连杆11、第五连杆12、第六连杆13、以及第七连杆14均固定连接在地板19上，第一连杆8一端与第七连杆14的顶部端点固定连接，另一端连接第二连杆9，第一连杆8和第二连杆9构成凸起结构，支撑板3下端底部设有与凸起结构形状匹配的连接槽6，第二连杆9另一端通过连杆导向装置17连接第三连杆10，第三连杆10另一端通过压溃启动螺栓7连接地板连接板15，地板连接板15通过地板安装螺栓16固定安装在地板19上。脚跟控制机构2通过螺栓(或其他方式，如点焊等)固定在地板19区域，其连接强度需大于10KN。
车体未发生正面碰撞或正面碰撞通过连杆机构和支撑板3传递到脚跟区域的力较小时，连杆机构中的所有连杆均保持固定位置。
车体发生正面碰撞且正面碰撞通过连杆机构和支撑板3传递到脚跟区域的力较大时，脚跟区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F2也相应增大，脚跟区域通过支撑板3和向凸起机构施加压力，第二连杆9对第三连杆10产生向前推力直到该推力大于压溃启动螺栓7的最大拉力，则压溃启动螺栓7断裂，第一连杆8、第二连杆9、以及第三连杆10沿轴向向前发生移动，为脚跟部位让出压溃空间，缓解对脚跟区域的冲击。
在一个较佳的实施例中，所述歇脚垫1还包括倾斜于支撑板3设置的防护板，该防护板设置在支撑板3上远离其连接槽6的一端。
本发明实施例提供一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置的应用方法，包括：
汽车正常行驶时，驾乘人员的脚部放置在歇脚垫1上。
汽车发生正面碰撞时，由前围板通过歇脚垫1传递到驾乘人员脚掌区域的力大于溃缩槽5的压溃力，则支撑筋4溃缩吸能并为脚掌区域让出压溃空间。
汽车发生正面碰撞时，由前围板通过脚跟控制机构2传递到驾乘人员脚跟区域的力大于压溃启动螺栓7的最大拉力，则压溃启动螺栓7断裂，连杆结构滑动吸能并为脚跟区域让出压溃空间。
在本实施例中，小腿保护装置由歇脚垫1和脚跟控制机构2共同构成。歇脚垫1采用传统安装方式，其可以镶嵌在地板19凹坑中由地毯压盖，歇脚垫1设置在地板19凹坑中与前围板配合，歇脚垫1的支撑板3底部设有多个具有溃缩槽5的支撑筋4，保证溃缩槽5压溃力值为F歇脚垫1。支撑板3倾斜于地板19设置并通过其底部的多个支撑筋4上的溃缩槽5卡接在前围板上，该支撑筋4由吸能材料制成。脚掌区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F1大于溃缩槽5压溃力值F歇脚垫1时，支撑筋4受压溃缩吸能，歇脚垫1的支撑板3下降为脚掌区域让出压溃空间，可以避免弯矩上升，造成胫骨指数TI超标，缓解对脚掌区域的冲击。
脚跟控制机构2设置在地板19凹坑中，包括连杆机构和压溃启动螺栓7。压溃启动螺栓7的设定阈值为F压溃。脚跟控制机构2部分卡接在歇脚垫1底部的连接槽6内，部分通过压溃启动螺栓7固定，脚跟区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F2大于压溃启动螺栓7的设定阈值F压溃时，脚跟控制机构2通过拉断压溃启动螺栓7产生滑移的方式实现吸能和缓冲，歇脚垫1的支撑板3前移为脚跟区域让出压溃空间，缓解对脚跟区域的冲击。
车体发生正面碰撞时，若前舱侵入较多，主要撞击部位集中在脚掌区域，则由支撑筋4溃缩吸能为脚掌区域让出压溃空间。若前端动力总成或者转向电机布置靠下时，对应的脚跟部位的侵入也将变大，主要撞击部位集中在脚跟区域，则由连杆机构拉断压溃启动螺栓7并产生滑移为脚跟区域让出压溃空间，通过小腿保护装置能够在汽车正面碰撞时根据小腿承载受力适应性的调整脚步的运动形态，从而以较低的成本有效缓解对小腿的冲击，实现对小腿的有效保护。
在较佳的实施例中，所述溃缩槽5的压溃力与汽车正面碰撞时脚掌部位的承载力的极限相等。
在较佳的实施例中，所述压溃启动螺栓7的最大拉力与汽车正面碰撞时脚跟部位的承载力的极限相等。
前围侵入过程中，脚掌区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F1逐渐大于溃缩槽5压溃力值F歇脚垫1，支撑筋4自行压缩吸能并为脚掌区域让出压溃空间，小腿保护装置与前围接触部分会通过吸能材料特性来实现随着前围变化而变形，支撑板3与脚面接触部分保持原有形状，避免碰撞冲击能量直接作用在假人脚部及小腿，将大幅度降低假人小腿的伤害，起到保护小腿作用。
前围侵入过程中，脚跟区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F2大于压溃启动螺栓7的设定阈值F压溃时，脚跟控制机构2通过拉断压溃启动螺栓7产生滑移的方式实现吸能和缓冲，小腿保护装置前移为脚跟区域让出压溃空间，缓解对脚跟区域的冲击，避免碰撞冲击能量直接作用在假人脚部及小腿，将大幅度降低假人小腿的伤害，起到保护小腿作用。
F歇脚垫1和F压溃的数值根据具体车型设计，一般建议1000N≥F歇脚垫1≥800N，1500N≥F压溃≥1000N。
脚掌区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F1和脚根区域对歇脚垫1的支撑板3的压力F2的调节方式可根据前期的仿真结果，结合车型具体脚部空间尺寸进行设定。
本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置，其特征在于，包括：
歇脚垫(1)，其包括倾斜于地板(19)设置的支撑板(3)，支撑板(3)底部设有多个支撑筋(4)，每个支撑筋(4)上均设有与前围板匹配的溃缩槽(5)，歇脚垫(1)通过多个溃缩槽(5)卡接在前围板上，支撑筋(4)由吸能材料制成；支撑板(3)下端底部还设有连接槽(6)；
脚跟控制机构(2)，其包括连杆机构和压溃启动螺栓(7)，连杆机构包括顺序连接的第一连杆(8)、第二连杆(9)、以及第三连杆(10)，第一连杆(8)另一端固定，第一连杆(8)和第二连杆(9)构成凸起结构，该凸起结构安装在连接槽(6)内，第二连杆(9)和第三连杆(10)之间设有连杆导向装置(17)，第三连杆(10)另一端通过压溃启动螺栓(7)连接在地板(19)上；
所述脚跟控制机构(2)还包括地板连接板(15)和地板安装螺栓(16)，地板连接板(15)与地板(19)平行且位于第三连杆(10)下方，压溃启动螺栓(7)设置在地板连接板(15)的一端，地板连接板(15)的另一端通过地板安装螺栓(16)固定在地板(19)上；第三连杆(10)另一端通过压溃启动螺栓(7)和地板连接板(15)连接在地板上。
2.基于权利要求1所述的应对汽车正面碰撞的小腿保护装置，其特征在于，所述吸能材料包括吸能泡沫和/或吸能塑料。
3.基于权利要求1所述的应对汽车正面碰撞的小腿保护装置，其特征在于，所述溃缩槽(5)的压溃力与汽车正面碰撞时脚掌区域的承载力的极限相等。
4.基于权利要求1所述的应对汽车正面碰撞的小腿保护装置，其特征在于，所述压溃启动螺栓(7)的最大拉力与汽车正面碰撞时脚跟区域的承载力的极限相等。
5.基于权利要求1所述的应对汽车正面碰撞的小腿保护装置，其特征在于，所述连杆机构还包括顺序连接的第四连杆(11)、第五连杆(12)、第六连杆(13)、以及第七连杆(14)，第四连杆(11)与地板(19)平行且固定安装在地板(19)上，第五连杆(12)与第四连杆(11)垂直，第六连杆(13)与第五连杆(12)垂直，第七连杆(14)与第六连杆(13)垂直且第七连杆(14)的长度与地板(19)上的地垫(18)厚度相同，支撑板(3)具有连接槽(6)的一端设置在地垫(18)上。
6.基于权利要求5所述的应对汽车正面碰撞的小腿保护装置，其特征在于，所述脚跟控制机构(2)还包括地板连接板(15)和地板安装螺栓(16)，地板连接板(15)与地板(19)平行且设置在第三连杆(10)和第四连杆(11)之间，压溃启动螺栓(7)设置在地板连接板(15)的一端，地板连接板(15)的另一端通过地板安装螺栓(16)固定在地板(19)上。
7.基于权利要求1所述的应对汽车正面碰撞的小腿保护装置，其特征在于，所述歇脚垫(1)还包括倾斜于支撑板(3)设置的防护板，该防护板设置在支撑板(3)上远离其连接槽(6)的一端。
8.一种应对汽车正面碰撞的小腿保护装置的应用方法，其特征在于，包括：
汽车正常行驶时，驾乘人员的脚部放置在歇脚垫(1)上；
汽车发生正面碰撞时，由前围板通过歇脚垫(1)传递到驾乘人员脚掌区域的力大于溃缩槽(5)的压溃力，则支撑筋(4)溃缩吸能并为脚掌区域让出压溃空间；
汽车发生正面碰撞时，由前围板通过脚跟控制机构(2)传递到驾乘人员脚跟区域的力大于压溃启动螺栓(7)的最大拉力，则压溃启动螺栓(7)断裂，连杆结构滑动吸能并为脚跟区域让出压溃空间。
9.基于权利要求8所述的应对汽车正面碰撞的小腿保护装置的应用方法，其特征在于，所述溃缩槽(5)的压溃力与汽车正面碰撞时脚掌部位的承载力的极限相等。
10.基于权利要求8所述的应对汽车正面碰撞的小腿保护装置的应用方法，其特征在于，所述压溃启动螺栓(7)的最大拉力与汽车正面碰撞时脚跟部位的承载力的极限相等。
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