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(hù)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(hù)研究，對行人的保護(hù)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(hù)要求視為車輛設(shè)計(jì)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(hù)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(hù)；汽車事故數(shù)據(jù)庫；發(fā)動機(jī)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(hù)評價系統(tǒng)的完善

汽車行人保護(hù)是融于車身的系統(tǒng)工程，如果過度地把車身設(shè)計(jì)向行人保護(hù)傾斜會對車輛其它方面產(chǎn)生負(fù)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(jì)的平衡點(diǎn)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(hù)得分與實(shí)際事故表現(xiàn)有較大差距，分?jǐn)?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(shí)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(hù)設(shè)計(jì)的實(shí)際效果以及ENCAP評分系統(tǒng)是否合理。

ENCAP行人保護(hù)測試把車頭劃分為多個區(qū)域，分別按標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)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?jǐn)?shù)較低，最終得到較高的總分，但如果實(shí)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?jǐn)?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(jì)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(jìn)行了大量的優(yōu)化，有的甚至已影響到了發(fā)動機(jī)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(diǎn)在后來的行人假人碰撞試驗(yàn)中也得到了印證。而對小腿測試區(qū)域的改良不但在試驗(yàn)中取得了高分，也在現(xiàn)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)新車型不斷推出，汽車標(biāo)準(zhǔn)的制定者可以適時對評價體系進(jìn)行修正，以使其更真實(shí)的反映車輛在實(shí)際事故中對行人安全的保護(hù)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(jì)進(jìn)行調(diào)整。

2、行人保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)

2.1 沖擊試驗(yàn)?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(hù)試驗(yàn)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(yàn)中模擬人體受到的傷害。隨著行人保護(hù)越來越受到重視，業(yè)界對試驗(yàn)設(shè)備的仿真性與信息量也提出了進(jìn)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(shí)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(jì)，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(jī)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(xiǎn)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(jìn)行試驗(yàn)后，工程人員發(fā)現(xiàn)此設(shè)計(jì)變更會極大地增加脛骨受傷害的風(fēng)險(xiǎn)［3］。這個發(fā)現(xiàn)使廠商避免了一次重大的設(shè)計(jì)失誤。

2.2 行人保護(hù)試驗(yàn)假人

ENCAP的行人保護(hù)試驗(yàn)只能作頭部和肢體的獨(dú)立檢測，但在實(shí)際事故中，行人是一個聯(lián)結(jié)的整體，其運(yùn)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(hù)研究小組曾嘗試使用由Hybrid Ⅲ和SID假人改裝而成的假人進(jìn)行模擬試驗(yàn)，但由于試驗(yàn)結(jié)果的不確定性過大，假人碰撞試驗(yàn)暫時未被納入官方評價標(biāo)準(zhǔn)。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(jì)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(yàn)可重復(fù)性的提高，采用假人執(zhí)行行人保護(hù)試驗(yàn)將是必然趨勢。

3、改善車輛常規(guī)設(shè)計(jì)

汽車行人保護(hù)設(shè)計(jì)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(jiān)硬的車體區(qū)域。而過去為了保護(hù)乘員，車身已被設(shè)計(jì)成外軟內(nèi)硬的多級吸能結(jié)構(gòu)，如今若僅從行人保護(hù)的角度更改設(shè)計(jì)，勢必影響到乘員保護(hù)結(jié)構(gòu)。為了兼顧兩者，目前業(yè)內(nèi)已達(dá)成共識的對策是：1）把車頭堅(jiān)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(dāng)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(jì)，實(shí)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(jì)變更中得到了體現(xiàn)（圖3）：

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

評分，此變形空間需要達(dá)到80mm［4］。另外，過去的部分車型為了滿足造型而把保險(xiǎn)杠下部設(shè)計(jì)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(jì)中把保險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)。

（3）優(yōu)化車頭燈設(shè)計(jì)。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(jìn)。

（4）增加發(fā)動機(jī)罩高度。英國MIRA公司經(jīng)過試驗(yàn)得出，在頭部碰撞試驗(yàn)中要得到較低傷害值（HIC1000），發(fā)動機(jī)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(jī)倉內(nèi)堅(jiān)硬的部件在設(shè)計(jì)上是很難更改的，因此只能改變發(fā)動機(jī)罩拱起的高度。對于車頭較長的車型而言，升高發(fā)動機(jī)蓋將會使駕駛視角無法符合法規(guī)要求（如國標(biāo)GB11562-1994），因此未來的車輛設(shè)計(jì)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(fēng)玻璃和A柱以增大視角。

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

4、發(fā)動機(jī)蓋彈升與氣囊隔離系統(tǒng)

此系統(tǒng)整合于發(fā)動機(jī)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(fù)責(zé)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(jī)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(dāng)行人被車頭“鏟”上發(fā)動機(jī)蓋時彈升機(jī)構(gòu)會把發(fā)動機(jī)蓋后端向上翻起一定角度以增大緩沖變形的空間；當(dāng)系統(tǒng)識別出進(jìn)一步風(fēng)險(xiǎn)時，前圍氣囊會充氣并覆蓋A柱與擋風(fēng)玻璃底部，保護(hù)行人頭部。但實(shí)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(jìn)行大量的實(shí)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(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布與技術(shù)的進(jìn)步，在不久的將來該系統(tǒng)會成為量產(chǎn)車的標(biāo)準(zhǔn)配置。

5、緊急制動輔助系統(tǒng)

與減輕碰撞傷害相比，保護(hù)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(hù)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(dá)系統(tǒng)和攝影系統(tǒng)等類型，執(zhí)行器有電機(jī)驅(qū)動制動踏板、電機(jī)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?yàn)閳D像傳感器對復(fù)雜場景（如移動的行人）的識別能力更強(qiáng)。但受限于分辨率與光敏感度，對遠(yuǎn)距離的較小運(yùn)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(dá)或毫米波雷達(dá)，并已達(dá)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(dá)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(hù)發(fā)展的最大阻力是強(qiáng)制性法規(guī)的缺失，這使得少有汽車消費(fèi)者愿意為保護(hù)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(fèi)者選擇的附加項(xiàng)，而會像安全帶一樣由法規(guī)強(qiáng)制要求。我國行人保護(hù)工程的啟動遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)策略，把對行人保護(hù)的考慮融入到每個車身細(xì)節(jié)之中。

[1] （德）布雷斯等；汽車工程手冊（德國版）. 機(jī)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(hù)要求不斷提高情況下的車輛設(shè)計(jì)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(hù)的風(fēng)擋玻璃下橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)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

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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(yàn)與檢測工作。