陳亮鋒

（廣東汽車檢測中心有限公司，廣東 佛山 528000）

行業(yè)研究

簡述汽車行人保護的現(xiàn)狀與發(fā)展方向

陳亮鋒

（廣東汽車檢測中心有限公司，廣東 佛山 528000）

近年來汽車碰撞安全的發(fā)展一日千里。但相對于日臻完善乘員保護研究，對行人的保護在過去并沒有受到同等的重視。為此，歐洲自2005年開始把行人保護要求視為車輛設(shè)計必須考慮的因素。本文將從各個方面簡要介紹汽車工業(yè)在行人保護上的發(fā)展現(xiàn)狀，面臨的挑戰(zhàn)及未來可能的發(fā)展方向。

行人保護；汽車事故數(shù)據(jù)庫；發(fā)動機蓋彈升與氣囊隔離系統(tǒng)；緊急制動輔助

CLC NO.: U471.1 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2014)09-01-03

1、行人保護評價系統(tǒng)的完善

汽車行人保護是融于車身的系統(tǒng)工程，如果過度地把車身設(shè)計向行人保護傾斜會對車輛其它方面產(chǎn)生負面影響（如外觀、乘員安全等）。這需要一個合理的評價系統(tǒng)為廠商指明設(shè)計的平衡點與短板所在。ENCAP（歐洲新車評估程序）無疑已成為業(yè)內(nèi)的重要參考，但人們也逐漸發(fā)現(xiàn)，車輛的ENCAP行人保護得分與實際事故表現(xiàn)有較大差距，分數(shù)分配可能存在改善的空間。要糾正這種情況必須先獲得真實的行人事故數(shù)據(jù)。國外多年前已開始了這方面的工作，以GIDAS（德國全面事故研究組織）建立的數(shù)據(jù)庫為例，它記錄了數(shù)千個事故中的汽車變形、事故處置、事故參與者的受傷方式、部位和程度（以AIS值1級～6級表示）等信息［1］。下文將描述如何利用此類數(shù)據(jù)評估汽車行人保護設(shè)計的實際效果以及ENCAP評分系統(tǒng)是否合理。

ENCAP行人保護測試把車頭劃分為多個區(qū)域，分別按標準撞擊后被判定等級，所有區(qū)域成績之和便是該車型的最終成績。相應(yīng)的，如果把歷史上被記錄的行人碰撞事故資料調(diào)出，就可以把各個車型在同一碰撞區(qū)域的試驗數(shù)據(jù)與實際事故受傷記錄一一對應(yīng)起來（圖1）。設(shè)A車型在多個記分區(qū)取得了高分，只有少數(shù)區(qū)域分數(shù)較低，最終得到較高的總分，但如果實際事故中A車型的行人碰撞極少發(fā)生其取得高分的區(qū)域而是集中在分數(shù)低的少數(shù)區(qū)域，則其行人事故傷亡率反而會比其它總分低的車型高。GIDAS經(jīng)過初步的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，盡管各大廠商對ENCAP中兒童頭部及成人大腿碰撞區(qū)域已進行了大量的優(yōu)化，有的甚至已影響到了發(fā)動機與車燈的正常布置，但在降低致命事故傷亡率上所得效果甚微［2］，

這一點在后來的行人假人碰撞試驗中也得到了印證。而對小腿測試區(qū)域的改良不但在試驗中取得了高分，也在現(xiàn)實中大幅度的減少了AIS2以上的行人傷害［2］；另一方面，現(xiàn)有的評價標準中頭部碰撞區(qū)域卻占了24分，而小腿碰撞區(qū)域只占6分。綜上所述，ENCAP小腿測試區(qū)域的重要性相對頭部碰撞區(qū)域來說是被低估了，如此類推。當新車型不斷推出，汽車標準的制定者可以適時對評價體系進行修正，以使其更真實的反映車輛在實際事故中對行人安全的保護能力，同時也更好的引導(dǎo)各汽車廠商對各自車型的設(shè)計進行調(diào)整。

2、行人保護試驗設(shè)備的改進

2.1 沖擊試驗?zāi)M件

歐洲ENCAP和 2003/102/EC技術(shù)指令均指定了同一套行人保護試驗設(shè)備，該設(shè)備配備有模擬人體各個部位的不同裝置，包括下腿部、上腿部、兒童頭部和成人頭部，能在與車身的碰撞試驗中模擬人體受到的傷害。隨著行人保護越來越受到重視，業(yè)界對試驗設(shè)備的仿真性與信息量也提出了進一步的要求。如現(xiàn)役的下腿部撞擊器只能記錄大、小腿骨與膝蓋間的剪切位移量，不能模擬骨折。但在實際行人碰撞事故中脛骨骨折十分常見。為此，日本汽車研究委員會JARI研發(fā)出了仿真度更高的柔性行人腿部碰撞器FlexPLI（圖2左），其腿骨件被重新設(shè)計，把原本由單件鋁棒制成的脛骨換成了由多個硬節(jié)組成的柔性脛骨，硬節(jié)之間由力矩傳感器連接，因此除了能測量膝蓋的彎曲錯位外，F(xiàn)lexPLI還能評估行人脛骨傷害，更好的反映人腿在事故中的機能表現(xiàn)。如今部份廠商已開始嘗試使用此碰撞模擬器并因此獲益。如某制造商曾嘗試通過修改保險杠下邊緣的突起形狀，以減小行人碰撞事故中的膝蓋彎曲量。但在使用了FlexPLI腿部模擬件進行試驗后，工程人員發(fā)現(xiàn)此設(shè)計變更會極大地增加脛骨受傷害的風險［3］。這個發(fā)現(xiàn)使廠商避免了一次重大的設(shè)計失誤。

2.2 行人保護試驗假人

ENCAP的行人保護試驗只能作頭部和肢體的獨立檢測，但在實際事故中，行人是一個聯(lián)結(jié)的整體，其運動姿態(tài)將會直接影響各個部位的受傷情況。歐盟的行人保護研究小組曾嘗試使用由Hybrid Ⅲ和SID假人改裝而成的假人進行模擬試驗，但由于試驗結(jié)果的不確定性過大，假人碰撞試驗暫時未被納入官方評價標準。為此，Honda開發(fā)出了“POLAR”行人假人。該假人不但較可靠地模擬了行人事故接觸部位，還根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)在多個部位的增設(shè)了傳感器，如針對近年日益增加的SUV撞擊行人事故，最新的 “POLAR Ⅲ”（圖2右）加入了對腰部和大腿部的評價能力。隨著試驗可重復(fù)性的提高，采用假人執(zhí)行行人保護試驗將是必然趨勢。

3、改善車輛常規(guī)設(shè)計

汽車行人保護設(shè)計存在一對矛盾：在行人碰撞事故中，吸能過程所需要的變形空間超出了車頭原有的可變形空間，并侵入到堅硬的車體區(qū)域。而過去為了保護乘員，車身已被設(shè)計成外軟內(nèi)硬的多級吸能結(jié)構(gòu)，如今若僅從行人保護的角度更改設(shè)計，勢必影響到乘員保護結(jié)構(gòu)。為了兼顧兩者，目前業(yè)內(nèi)已達成共識的對策是：1）把車頭堅硬的部件和結(jié)構(gòu)移至變形空間之外，或盡量軟化至滿足變形要求；2）當部件無法被移開時，向外平移車身表面以提供足夠的變形空間。這兩種措施將極大地影響未來車型的設(shè)計，實際上也已在現(xiàn)今部分的概念車及已投產(chǎn)車型的設(shè)計變更中得到了體現(xiàn)（圖3）：

（1） 改良前保險杠材料。工程人員開始研究新的吸能材料（如高密度泡沫）和結(jié)構(gòu)，期望能使腿部的吸能過程變長且可控。

（2）修改前保險杠形狀。為了達到吸能要求，鋼制防撞梁和塑料保險杠之間需要有足夠的變形空間。英國MIRA公司曾對此進行試驗，結(jié)論是要滿足ENCAP腿下部“綠色”

評分，此變形空間需要達到80mm［4］。另外，過去的部分車型為了滿足造型而把保險杠下部設(shè)計成后掠形，這導(dǎo)致了行人的小腿在碰撞時被拽向車底，脛骨承受極大的剪切力與彎曲力并導(dǎo)致骨折。設(shè)計中把保險杠的底部向前平移則可以控制脛骨的彎曲角度，大大降低骨折的風險。

（3）優(yōu)化車頭燈設(shè)計。傳統(tǒng)的車燈受力時容易破碎且吸能有限，這對行人腿上部的安全會構(gòu)成極大威脅。未來的車燈在燈罩材料、安裝方式與主動隔離方面將會有所改進。

（4）增加發(fā)動機罩高度。英國MIRA公司經(jīng)過試驗得出，在頭部碰撞試驗中要得到較低傷害值（HIC1000），發(fā)動機蓋與內(nèi)部硬物之間需要有55mm以上的緩沖距離［4］。但發(fā)動機倉內(nèi)堅硬的部件在設(shè)計上是很難更改的，因此只能改變發(fā)動機罩拱起的高度。對于車頭較長的車型而言，升高發(fā)動機蓋將會使駕駛視角無法符合法規(guī)要求（如國標GB11562-1994），因此未來的車輛設(shè)計可能需要提高駕駛座椅的高度，而車身的高度和造型也會隨之變化，如前移擋風玻璃和A柱以增大視角。

（5）優(yōu)化擋風玻璃的基部。擋風玻璃基部由于存在堅硬的橫梁結(jié)構(gòu)吸能空間有限［5］，下文提到的發(fā)動機蓋彈升與氣囊隔離系統(tǒng)能有效解決此問題。

4、發(fā)動機蓋彈升與氣囊隔離系統(tǒng)

此系統(tǒng)整合于發(fā)動機蓋內(nèi)部，能在行人事故中提供額外的緩沖空間。如圖4所示，車頭的傳感器負責采集行人與汽車的碰撞信息，并把信息傳送至專用ECU，ECU向各執(zhí)行模塊發(fā)出動作指令。碰撞前發(fā)動機蓋氣囊會在50ms～75ms內(nèi)完成充氣，對兒童頭部與成人大腿區(qū)域形成覆蓋；當行人被車頭“鏟”上發(fā)動機蓋時彈升機構(gòu)會把發(fā)動機蓋后端向上翻起一定角度以增大緩沖變形的空間；當系統(tǒng)識別出進一步風險時，前圍氣囊會充氣并覆蓋A柱與擋風玻璃底部，保護行人頭部。但實際事故的發(fā)生是多樣的，如行人碰撞速度和行走姿態(tài)、接觸部位、駕駛員應(yīng)急駕駛的方式不確定等，該系統(tǒng)仍有待完善。有并的工程人員已著力改善行人識別能力，并對行人事故進行大量的實例調(diào)研以求探索出更加全面、逼真的行人事故模擬方法。可以預(yù)見，隨著標準的發(fā)布與技術(shù)的進步，在不久的將來該系統(tǒng)會成為量產(chǎn)車的標準配置。

5、緊急制動輔助系統(tǒng)

與減輕碰撞傷害相比，保護行人最直接的方法是避免碰撞。緊急制動輔助系統(tǒng)（EBA）可以通過防止事故的發(fā)生以保護行人安全。EBA由傳感器、執(zhí)行器和控制器組成，其中傳感器有雷達系統(tǒng)和攝影系統(tǒng)等類型，執(zhí)行器有電機驅(qū)動制動踏板、電機驅(qū)動真空助力器等類型。行車時系統(tǒng)能檢測前方障礙物，以警告音作出提醒，隨后自動施加輕微的制動力，若駕駛者還沒有自覺的剎車動作，程序會給予制動力瞬間剎?！，F(xiàn)階段EBA的探測部份基本都采用攝影系統(tǒng)，這是因為圖像傳感器對復(fù)雜場景（如移動的行人）的識別能力更強。但受限于分辨率與光敏感度，對遠距離的較小運動物體難以作出及時的判斷。為了擺脫光學(xué)條件的影響，不少安全系統(tǒng)廠家已開始研發(fā)適合匹配EBA的激光雷達或毫米波雷達，并已達到了百米的穩(wěn)定探測距離與極短的反應(yīng)速度。沃爾沃部份車型正是采用了攝像頭與雷達同時探測的方案，在探測距離與識別可靠性方面皆取得了良好的效果。

6、結(jié)語

現(xiàn)階段我國汽車行人保護發(fā)展的最大阻力是強制性法規(guī)的缺失，這使得少有汽車消費者愿意為保護行人的額外成本買單。但可以肯定的是，其未來的發(fā)展將不再是一個可供消費者選擇的附加項，而會像安全帶一樣由法規(guī)強制要求。我國行人保護工程的啟動遠遠落后于歐美日，要避免在市場上陷于被動，制造廠必須在車輛開發(fā)的前期就審視他們過去所有的設(shè)計策略，把對行人保護的考慮融入到每個車身細節(jié)之中。

[1] （德）布雷斯等；汽車工程手冊（德國版）. 機械工業(yè)出版社. 2012 年2月. 2.4.1.

[2] Lars Hannawald，Henrik Liers；Evaluation of the Euro NCAP Pedestrian Rating on the basis of real-world pedestrian accidentsC］. Crash.tech 2010 by TUV SUD AUTOMOTIVE Gmbh. 2010. 4.2.1.

[3] Thomas Kinsky；Pedestrian Protection as Challenge for Modern Automotive Engineering［C］. Crash.tech 2010 by TUV SUD AUTOMOTIVE Gmbh. 2010. 3.

[4] （英）加里·布朗；關(guān)于全球行人保護要求不斷提高情況下的車輛設(shè)計展望[J]. 輕型汽車技術(shù). 2005年02期.

[5] 劉奇，Zachary Jackson，Mike Mellor等；有利于行人頭保護的風擋玻璃下橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與試驗驗證［J］. 上海汽車. 2011.08. 0.

Status brief car pedestrian protection and development direction

Chen Liangfeng
(Guangdong Vehicle Inspection Center Co., Ltd., Guangdong Foshan 528000)

In recent years, the rapid development of automobile collision safety. But with respect to improving research occupant protection, pedestrian protection in the past and did not receive the same attention. To this end, since 2005 the European pedestrian protection requirements deemed vehicle design factors that must be considered. This article briefly describes all aspects of the development status of the auto industry from the pedestrian protection, challenges and possible future direction of development faced.

Pedestrian Protection；Car Accident Database；Engine cover bounced up and airbag isolation system；Emergency Brake Assist

U471.1

B

1671-7988(2014)09-01-03

陳亮鋒，就職于廣東汽車檢測中心有限公司，從事汽車碰撞試驗與檢測工作。