以往汽車安全設計中，主要考慮了對汽車乘員尤其是駕駛員的保護。通過分析道路交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可知在汽車碰撞事故傷亡人數(shù)中，行人占很大比重。相關汽車制造商和研究機構對行人碰撞保護裝置和系統(tǒng)進行研究刻不容緩。下面的文獻介紹了一些行人保護裝置和系統(tǒng)，可以在汽車行人碰撞事故中，保護行人安全。

文獻[1]考慮了輪轂電機在電動汽車上的應用，會釋放汽車前部空間，基于此進行了輪轂驅動電動汽車行人保護裝置設計；文獻[2]指出汽車設計中保護行人安全的重要性，采用數(shù)值分析方法，對保險杠進行優(yōu)化設計，可以更好地保護行人安全；文獻[3]對可保護行人的汽車前部結構設計方法進行研究，提出了一些設計原則；文獻[4]采用數(shù)學動態(tài)模型代替價格昂貴的全尺寸行人物理模型，對汽車行人碰撞過程，行人的損傷等情況，進行了分析研究；文獻[5]對一種汽車碰撞行人保護系統(tǒng)進行研究，該系統(tǒng)可以同時給予汽車駕駛員和行人警報提醒，最大程度上避免碰撞事故發(fā)生；文獻[6]介紹了一種行人保護汽車緊急制動系統(tǒng)，并對其算法進行介紹，該系統(tǒng)基于歐盟旨在到2020年將道路死亡人數(shù)減少一半的道路安全方案，可以在碰撞事故即將發(fā)生時，緊急制動汽車，保護行人安全。

1 輪轂驅動電動汽車行人保護裝置設計[1]

近二十年來，提高行人安全已成為現(xiàn)代汽車工業(yè)的一個重要設計因素。當發(fā)生汽車與行人碰撞事故時，行人受傷的程度由多種因素決定，如汽車的外形、尺寸、碰撞時的速度、與行人接觸的面積、汽車能量吸收能力，以及行人的位置、大小和年齡等。

目前市場上的傳統(tǒng)內(nèi)燃機驅動、電動驅動和混合動力汽車的常規(guī)布局中，汽車引擎蓋下放置了大量動力系統(tǒng)組成部件。對于電動汽車，由于輪轂電機結構的出現(xiàn)，使得汽車前部獲得大量剩余空間成為可能，這樣前部空間內(nèi)沒有動力系統(tǒng)相關部件，剛度降低，從而可以減少行人在沖擊過程中，受到的傷害。同時，這也允許吸能結構有更大的變形空間，從而可以吸收更多沖擊能量。

當前，行人保護裝置的設計應該考慮汽車因輪轂電機技術發(fā)生的變化。文獻[1]中考慮了輪轂電機技術的應用，設計出了一種輪轂電機電動汽車前部行人保護裝置。通過選擇不同結構和材料對行人保護裝置進行設計，通過試驗測試和數(shù)值模擬分析，對多種保護裝置方案在不同沖擊條件下的響應進行分析。

最終選出一種最合適的方案，該方案中吸能結構可在176毫米范圍內(nèi)發(fā)生變形，而輪轂電機驅動汽車前部有足夠空間安裝該裝置，從而可以更好地保護行人安全。

2 基于數(shù)值分析的汽車保險杠結構對行人保護的研究[2]

與汽車乘員相比，行人受傷的人數(shù)更多、死亡率更高。在亞洲，汽車事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，雖然所有道路交通事故中僅有8.4%涉及到行人，但行人占道路事故傷亡總數(shù)的12%-35%。且已有研究表明，涉及行人的汽車碰撞事故中，有80%的行人膝關節(jié)受損；轎車和輕型乘用車易造成行人的腿部的損害。

由于成本的限制，在B級汽車等價格較低的汽車中，通常對行人安全的關注不足。盡管行人受傷且傷亡情況嚴重，但目前汽車安全方面的大部分研究都集中在乘客安全方面。采用有限元方法對汽車碰撞過程進行仿真表明，在汽車和行人發(fā)生碰撞時，保險杠會先碰到行人的膝下部和小腿，這是行人較脆弱的部位。

由于提升汽車設計可以顯著減少行人受到的傷害，已有一些研究將重點放在汽車保險杠上，結果表明對保險杠結構進行優(yōu)化，可以有效地保護行人的下肢受到的傷害。文中建立了一個詳細的腿部模型，用來仿真碰撞事故中，行人的腿部受損情況。根據(jù)仿真結果，對汽車保險杠結構進行優(yōu)化，對不同部件的材料、厚度和位置等重要設計參數(shù)進行優(yōu)化。

結果表明，優(yōu)化后的汽車保險杠可在碰撞事故中，減少對行人的傷害，更大程度上保障行人安全，且當保險杠梁由剛性較低的GMT材料（一種玻璃纖維材料）制成時，具有最佳碰撞安全性。

3 可保護行人的汽車前部結構設計[3]

據(jù)世衛(wèi)組織估計，印度每年有近25萬人在汽車碰撞事故中喪生，其中一半的死亡人數(shù)是摩托車手、行人和騎自行車者。發(fā)動機蓋為汽車內(nèi)部部件提供安全封閉的空間，不同汽車有著各自的發(fā)動機蓋設計。由于發(fā)動機蓋占汽車前端外表面比例較大，所以既要考慮其美觀，也要考慮其碰撞安全性。

發(fā)動機蓋在汽車和行人碰撞事故中，有助于吸收行人與汽車碰撞時的沖擊能量。如果發(fā)動機蓋與發(fā)動機機艙內(nèi)部件（如發(fā)動機總成部件）之間的間隙較小，則機蓋起主要吸能作用。所以為了更好地保護行人安全，需要對發(fā)動機蓋結構進行設計，提高其碰撞緩沖作用。

文中介紹了馬魯?shù)兮從居《扔邢薰緸閷崿F(xiàn)行人保護需求，對汽車發(fā)動機蓋及其鉸鏈、汽車前部結構進行優(yōu)化設計的研究?？紤]了相關法規(guī)需求，進行了大量試驗驗證，最終得出了汽車前部結構設計的有用結論。

結論主要包括：為了保證發(fā)動機蓋可以充分沖擊能量，其應與下方部件留有足夠的空間；當發(fā)動機蓋和下部部件之間不能留有足夠的間隙時，應通過機蓋結構設計，保證可以充分吸收能量；機蓋結構設計包括增加加強件等；發(fā)動機蓋的鉸鏈應該足夠堅固，以便在發(fā)動機蓋關閉期間承受沖擊作用，從而保證其碰撞緩沖功能。

4 汽車與行人碰撞過程中行人損傷的研究[4]

為了保證汽車乘員安全，汽車制造商和相關研究機構已投入了大量的人力、物力和財力來開發(fā)和改進汽車車身結構和安全裝置，如安全氣囊、吸能轉向柱等。這些結構及裝置的目的是為了減少碰撞時乘員受到的傷害。交通事故統(tǒng)計顯示，這些安全結構和裝備對乘員起到了明顯的保護作用，使汽車碰撞事故中乘員的傷亡率大大降低。但是，受汽車撞擊的行人安全性不能得到保證，傷亡率十分嚴重。

如何保護行人，減少行人碰撞損傷已經(jīng)逐漸成為汽車安全研究的新領域。據(jù)統(tǒng)計，行人傷害集中在頭部、胸部、上肢及下肢等部位。分析傷亡事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：各個身體區(qū)域的受損程度不同。為了有效地減少行人傷亡，需要開發(fā)和改進相關汽車結構和裝置。自20世紀70年代以來，歐洲、日本和美國的許多科研人員開始研究行人保護的研究，現(xiàn)在已有許多關于行人保護方面的研究。

進行行人碰撞研究中，使用沖擊模型和全尺寸行人物理模型進行沖擊測試，成本較高。文中利用MADYMO（數(shù)學動態(tài)模型）構建了汽車-行人碰撞模型。將實際試驗數(shù)據(jù)和車輛-行人碰撞模型仿真結果進行對比，驗證了模型的準確性。

該模型可得到行人的運動學及動力學響應，用于分析碰撞過程行人受到的損傷。模擬的結果可以幫助評估汽車行人友好性，并協(xié)助將來的行人友好型汽車技術的發(fā)展。

5 一種汽車碰撞行人保護系統(tǒng)[5]

行人在汽車碰撞事故中，最容易受到傷害，傷亡率最高。根據(jù)CARE（歐盟道路交通事故數(shù)據(jù)庫），2014年歐盟共有25,900位行人因交通事故遇難，另據(jù)統(tǒng)計全球所有因交通事故死亡人數(shù)的22%是行人。

文中作者開發(fā)了一種系統(tǒng)，可以保障行人安全，該系統(tǒng)安裝在汽車上。所開發(fā)的弱勢道路使用者（VRU）保護系統(tǒng)主要基于相機、雷達、紅外系統(tǒng)、微波傳感器或其組合。這些傳感器主要被安置在汽車中，實時對行人進行檢測，檢測行人位置和行進速度，可以提前預判危險情況，向駕駛員發(fā)送警報，避免碰撞事故發(fā)生。

該系統(tǒng)除了獲得行人信息，還需獲得其他信息（如汽車位置、方向和行駛速度等）。同時還可以利用更多的行人信息，如行人與路邊的距離、甚至是個人信息（包括年齡等）。同時系統(tǒng)可以利用現(xiàn)有通訊技術（如WLAN、蜂窩通信技術等），與行人手機進行通信，使用行人手機提供的信息，向行人發(fā)送警報，使行人注意可能發(fā)生的情況，避免事故發(fā)生。

系統(tǒng)基于車載傳感器及手機，易于實施，可以檢測和評估汽車周圍的環(huán)境，對行人位置及運動狀況進行檢測，及時對汽車駕駛員和行人給予警報提示，可以減少碰撞事故的發(fā)生，降低傷亡人數(shù)。

6 行人保護汽車緊急制動系統(tǒng)及算法設計[6]

世界上每年約有120多萬人死于交通事故，其中22%是行人。交通事故消耗巨大的社會成本，約一半的死亡人數(shù)為弱勢的道路使用者，其中22%是行人，7%是騎自行車者，20%是摩托車和摩托車乘客。為了減少交通事故死亡人數(shù)，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會啟動了一項新的歐盟道路安全方案，旨在到2020年將道路死亡人數(shù)減少一半。自動緊急制動（AEB）是一個非常有效的主動安全系統(tǒng)，可以減少死亡人數(shù)。

文中依據(jù)Euro NCAP協(xié)議規(guī)定，分析各種可能的碰撞場景（見文中圖9），設計了用于AEB的多傳感器數(shù)據(jù)融合策略和決策算法（決策過程見文中圖5）。該算法可以實現(xiàn)簡單的軌跡預測，對多種類型的目標進行高效可靠的跟蹤。采用該算法的AEB系統(tǒng)，可以使汽車實現(xiàn)自主制動，從而保護行人安全。

文中通過汽車制動模型，對AEB系統(tǒng)進行仿真，仿真結果證實了采用該算法的AEB系統(tǒng)的可靠性。目前該系統(tǒng)仍存在不足，一是系統(tǒng)目前只能檢測行人，將來會進一步設計可以檢測騎行者，因為騎行者移動速度比行人高得多，后期可通過增加一個寬視角傳感器來解決，并對傳感器融合算法進行修改；且系統(tǒng)主要依靠相機進行行人檢測，在夜間相機檢測行人的能力很差，后期可以部署FIR攝像頭來提高夜間的檢測能力。

Figure5.Decision-making architectrure.

Figure 9.Collision situation involving a car and a pedestrian.

[1]Valladares D,Alba JJ,Altubo I.Energy absorbing composite structure for frontal pedestrian protection in electric light vehicles[J].9,2(2017-2-01),2017,9(2)：168781401668796.

[2]Shojaeifard MH,Khalkhali A,Rafsanjani EN,et al.Numerical investigation on automotive bumper structure improvements for pedestrian protection[J].International Journal of Crashworthiness,2017：1-19.

[3]Yadav K,Sinha A,Khurana R S.Design of Front Structure of Vehicle for Pedestrian Headform Protection[C]//WCX?17：SAEWorld Congress Experience.2017.

[4]Teng T L,Liang C C,Hsu C Y,et al.Kinematic responses and injuries of pedestrian in car-pedestrian collisions[J].2017,248(1)：012029.

[5]David K,Berndt H.Safety Belt for Pedestrians[J].2018.

[6]Lee H K,Shin SG,Kwon D S.Design of emergency braking algorithm for pedestrian protection based on multi-sensor fusion[J].International Journal of Automotive Technology,2017,18(6)：1067-1076.