大而垂直的汽车前格栅是否有助于行人保护？

近日看到一个极为有意思的话题：大而垂直的汽车前格栅是否有助于行人保护？

先说答案：肯定是有利的。但是前格栅要对行人保护起作用，必须和保险杠联系在一起说，因为一般来说，保险杠是碰撞时最先与人接触的部件，并且，前格栅与保险杠前端面距离越小，所起的效果越明显。根据行人保护法规定规定，行人保护主要是保护行人头部、大腿、小腿及膝关节这几个部位。题设中问“大而垂直的汽车前格栅”对行人保护的作用，这里就只涉及大腿、小腿及膝关节这几部分了，和头部关系不大，这里抛开不说。根据欧盟2003/102/EC的规定，分别是胫骨上端加速度最大值、动态膝盖弯曲角度最大值、膝关节的动态剪切位移最大值。法规要求在特定的试验中，这三个指标值必须小于等于规定的限值。这也是我们评价一辆车在行人保护方面优劣的指标。另外先声明，碰撞中保险杠的作用至关重要，不同高度的保险杠，碰撞时接触到对不的区域不同，效果是不一样的，ENCAP试验中使用的腿部模型也是不一样的，这里我为了简化问题，不具体定量的分析，只做定性考察。

先引用一篇论文中内容，以此说明碰撞对行人的损伤机理。

一般来说，汽车与行人发生碰撞时，首先是行人的小腿或者膝关节与汽车前保险杠发生碰撞（若车辆为SUV时，则是大腿与保险杠发生碰撞）；然后是大腿与汽车发动机盖前缘或者发动机盖接触；当行人绕发动机盖前缘转动时，头部有可能会撞击到机罩或是玻璃。行人下肢损伤主要是由于汽车前保险杠或者是发动机盖前缘相对性人下肢的瞬间冲击力过大，超过了下肢组织结构的耐受极限造成的。……最为常见的是股骨骨折、胫骨骨折、关节韧带损伤等情况。

（1）股骨骨折机理

碰撞事故中，股骨通常是与发动机盖前缘发生碰撞，更由于汽车重量较大，碰撞发生时给股骨一侧施加坏大的压应力，从而在另一侧就会产生拉应力，使股骨发生弯曲运动，当所施应力超过股骨的耐受极限时，股骨就会发生骨折。作用力越集中，承受的面积越小，就越容易造成骨折。

（2）胫骨骨折机理

胫骨的皮下组织和肌肉都比较薄弱，容易受伤，在碰撞事故中，最先是行人的小腿与前车前保险杠发生碰撞，汽车前保险杠是造成小腿受伤的主要部件。胫骨骨折损伤机理与股骨骨折损伤机理相同，都是由于碰撞产生的弯曲载荷超过了胫骨、股骨的耐受极限造成的。

（3）膝关节损伤机理

膝关节损伤主要是横向力使膝关节产生平移位移引起的剪切和角位移引起的弯曲着两种损伤机理形成的。行人膝关节损伤通常是由收到车辆保险杠直接撞击到膝关节或者撞击到其他部位的碰撞力传递到膝关节引起的。

当保险杠撞击到膝关节后，膝关节收到压力向前运动，此时股骨则相对滞后，此种情况下容易造成关节面间产生剪切位移，从而导致膝关节韧带的拉伸，以至于造成股骨踝和胫骨踝的隆凸之间出现横向压应力，此横向压应力会引起关节面间的应力集中，当发生的集中应力超过膝关节的耐受极限时，就会发生剪切损伤。

当膝关节发生横向弯曲时，此时膝关节一侧韧带因拉力的作用出现拉伸形变，而膝关节另一侧就会受到压力，压力集中作用在较小的区域而出现应力集中，无论是两侧的拉应力还是压应力，超过关节韧带的临界强度时，都会造成膝关节弯曲损伤。

根据上面的汽车碰撞行人损伤机理进行分析。

当汽车碰撞行人腿部时，如果前格栅与竖直方向存在一定角度，在腿部接触到前保险杠区域面积非常有限，作用力比较集中，接触区域在强大的外力作用下向前运动，而除此之外的腿部上下部由于没有受力支撑，运动出现迟滞，产生拉应力，骨骼和关节的发生剪切位移及弯曲，当形变超过谷歌或关节韧带耐受极限时，最终造成骨折等损伤。

当前格栅比较垂直切和保险杠基本在同一平面上时（现实中往往有一定间隙），碰撞时行人腿部接触面积大大增加（大而垂直效果更佳），受力得到分散，由于腿部上部有格栅部分作为受力支撑，可以有效减收腿部上部由于迟滞带来的应力及弯曲，减小碰撞损伤。

另外，肖雪飞等人也通过仿真分析的方法，验证了保险杠与数值方向人腿部之间的夹角，对行人保护指标都有影响。

从仿真结果来看，不同的夹角（保险杠垂直或成一定角度）、不同的高度、不同的宽度，对行人保护的指标都是有影响的。

最后总结一下，“大而垂直的汽车前格栅”对行人保护肯定是有利的。汽车碰撞行人时，“大而垂直”的前格栅，给碰撞的腿部以更多的支撑面积，减轻腿部碰撞瞬间由于迟滞引起的弯曲，减小拉应力，从而减轻碰撞对腿部的损伤。