简述汽车行人保护的现状与发展方向

陈亮锋

（广东汽车检测中心有限公司，广东 佛山 528000）

行业研究

简述汽车行人保护的现状与发展方向

陈亮锋

（广东汽车检测中心有限公司，广东 佛山 528000）

近年来汽车碰撞安全的发展一日千里。但相对于日臻完善乘员保护研究，对行人的保护在过去并没有受到同等的重视。为此，欧洲自2005年开始把行人保护要求视为车辆设计必须考虑的因素。本文将从各个方面简要介绍汽车工业在行人保护上的发展现状，面临的挑战及未来可能的发展方向。

行人保护；汽车事故数据库；发动机盖弹升与气囊隔离系统；紧急制动辅助

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

1、行人保护评价系统的完善

汽车行人保护是融于车身的系统工程，如果过度地把车身设计向行人保护倾斜会对车辆其它方面产生负面影响（如外观、乘员安全等）。这需要一个合理的评价系统为厂商指明设计的平衡点与短板所在。ENCAP（欧洲新车评估程序）无疑已成为业内的重要参考，但人们也逐渐发现，车辆的ENCAP行人保护得分与实际事故表现有较大差距，分数分配可能存在改善的空间。要纠正这种情况必须先获得真实的行人事故数据。国外多年前已开始了这方面的工作，以GIDAS（德国全面事故研究组织）建立的数据库为例，它记录了数千个事故中的汽车变形、事故处置、事故参与者的受伤方式、部位和程度（以AIS值1级～6级表示）等信息［1］。下文将描述如何利用此类数据评估汽车行人保护设计的实际效果以及ENCAP评分系统是否合理。

ENCAP行人保护测试把车头划分为多个区域，分别按标准撞击后被判定等级，所有区域成绩之和便是该车型的最终成绩。相应的，如果把历史上被记录的行人碰撞事故资料调出，就可以把各个车型在同一碰撞区域的试验数据与实际事故受伤记录一一对应起来（图1）。设A车型在多个记分区取得了高分，只有少数区域分数较低，最终得到较高的总分，但如果实际事故中A车型的行人碰撞极少发生其取得高分的区域而是集中在分数低的少数区域，则其行人事故伤亡率反而会比其它总分低的车型高。GIDAS经过初步的统计发现，尽管各大厂商对ENCAP中儿童头部及成人大腿碰撞区域已进行了大量的优化，有的甚至已影响到了发动机与车灯的正常布置，但在降低致命事故伤亡率上所得效果甚微［2］，

这一点在后来的行人假人碰撞试验中也得到了印证。而对小腿测试区域的改良不但在试验中取得了高分，也在现实中大幅度的减少了AIS2以上的行人伤害［2］；另一方面，现有的评价标准中头部碰撞区域却占了24分，而小腿碰撞区域只占6分。综上所述，ENCAP小腿测试区域的重要性相对头部碰撞区域来说是被低估了，如此类推。当新车型不断推出，汽车标准的制定者可以适时对评价体系进行修正，以使其更真实的反映车辆在实际事故中对行人安全的保护能力，同时也更好的引导各汽车厂商对各自车型的设计进行调整。

2、行人保护试验设备的改进

2.1 冲击试验模拟件

欧洲ENCAP和 2003/102/EC技术指令均指定了同一套行人保护试验设备，该设备配备有模拟人体各个部位的不同装置，包括下腿部、上腿部、儿童头部和成人头部，能在与车身的碰撞试验中模拟人体受到的伤害。随着行人保护越来越受到重视，业界对试验设备的仿真性与信息量也提出了进一步的要求。如现役的下腿部撞击器只能记录大、小腿骨与膝盖间的剪切位移量，不能模拟骨折。但在实际行人碰撞事故中胫骨骨折十分常见。为此，日本汽车研究委员会JARI研发出了仿真度更高的柔性行人腿部碰撞器FlexPLI（图2左），其腿骨件被重新设计，把原本由单件铝棒制成的胫骨换成了由多个硬节组成的柔性胫骨，硬节之间由力矩传感器连接，因此除了能测量膝盖的弯曲错位外，FlexPLI还能评估行人胫骨伤害，更好的反映人腿在事故中的机能表现。如今部份厂商已开始尝试使用此碰撞模拟器并因此获益。如某制造商曾尝试通过修改保险杠下边缘的突起形状，以减小行人碰撞事故中的膝盖弯曲量。但在使用了FlexPLI腿部模拟件进行试验后，工程人员发现此设计变更会极大地增加胫骨受伤害的风险［3］。这个发现使厂商避免了一次重大的设计失误。

2.2 行人保护试验假人

ENCAP的行人保护试验只能作头部和肢体的独立检测，但在实际事故中，行人是一个联结的整体，其运动姿态将会直接影响各个部位的受伤情况。欧盟的行人保护研究小组曾尝试使用由Hybrid Ⅲ和SID假人改装而成的假人进行模拟试验，但由于试验结果的不确定性过大，假人碰撞试验暂时未被纳入官方评价标准。为此，Honda开发出了“POLAR”行人假人。该假人不但较可靠地模拟了行人事故接触部位，还根据统计数据在多个部位的增设了传感器，如针对近年日益增加的SUV撞击行人事故，最新的 “POLAR Ⅲ”（图2右）加入了对腰部和大腿部的评价能力。随着试验可重复性的提高，采用假人执行行人保护试验将是必然趋势。

3、改善车辆常规设计

汽车行人保护设计存在一对矛盾：在行人碰撞事故中，吸能过程所需要的变形空间超出了车头原有的可变形空间，并侵入到坚硬的车体区域。而过去为了保护乘员，车身已被设计成外软内硬的多级吸能结构，如今若仅从行人保护的角度更改设计，势必影响到乘员保护结构。为了兼顾两者，目前业内已达成共识的对策是：1）把车头坚硬的部件和结构移至变形空间之外，或尽量软化至满足变形要求；2）当部件无法被移开时，向外平移车身表面以提供足够的变形空间。这两种措施将极大地影响未来车型的设计，实际上也已在现今部分的概念车及已投产车型的设计变更中得到了体现（图3）：

（1） 改良前保险杠材料。工程人员开始研究新的吸能材料（如高密度泡沫）和结构，期望能使腿部的吸能过程变长且可控。

（2）修改前保险杠形状。为了达到吸能要求，钢制防撞梁和塑料保险杠之间需要有足够的变形空间。英国MIRA公司曾对此进行试验，结论是要满足ENCAP腿下部“绿色”

评分，此变形空间需要达到80mm［4］。另外，过去的部分车型为了满足造型而把保险杠下部设计成后掠形，这导致了行人的小腿在碰撞时被拽向车底，胫骨承受极大的剪切力与弯曲力并导致骨折。设计中把保险杠的底部向前平移则可以控制胫骨的弯曲角度，大大降低骨折的风险。

（3）优化车头灯设计。传统的车灯受力时容易破碎且吸能有限，这对行人腿上部的安全会构成极大威胁。未来的车灯在灯罩材料、安装方式与主动隔离方面将会有所改进。

（4）增加发动机罩高度。英国MIRA公司经过试验得出，在头部碰撞试验中要得到较低伤害值（HIC1000），发动机盖与内部硬物之间需要有55mm以上的缓冲距离［4］。但发动机仓内坚硬的部件在设计上是很难更改的，因此只能改变发动机罩拱起的高度。对于车头较长的车型而言，升高发动机盖将会使驾驶视角无法符合法规要求（如国标GB11562-1994），因此未来的车辆设计可能需要提高驾驶座椅的高度，而车身的高度和造型也会随之变化，如前移挡风玻璃和A柱以增大视角。

（5）优化挡风玻璃的基部。挡风玻璃基部由于存在坚硬的横梁结构吸能空间有限［5］，下文提到的发动机盖弹升与气囊隔离系统能有效解决此问题。

4、发动机盖弹升与气囊隔离系统

此系统整合于发动机盖内部，能在行人事故中提供额外的缓冲空间。如图4所示，车头的传感器负责采集行人与汽车的碰撞信息，并把信息传送至专用ECU，ECU向各执行模块发出动作指令。碰撞前发动机盖气囊会在50ms～75ms内完成充气，对儿童头部与成人大腿区域形成覆盖；当行人被车头“铲”上发动机盖时弹升机构会把发动机盖后端向上翻起一定角度以增大缓冲变形的空间；当系统识别出进一步风险时，前围气囊会充气并覆盖A柱与挡风玻璃底部，保护行人头部。但实际事故的发生是多样的，如行人碰撞速度和行走姿态、接触部位、驾驶员应急驾驶的方式不确定等，该系统仍有待完善。有并的工程人员已着力改善行人识别能力，并对行人事故进行大量的实例调研以求探索出更加全面、逼真的行人事故模拟方法。可以预见，随着标准的发布与技术的进步，在不久的将来该系统会成为量产车的标准配置。

5、紧急制动辅助系统

与减轻碰撞伤害相比，保护行人最直接的方法是避免碰撞。紧急制动辅助系统（EBA）可以通过防止事故的发生以保护行人安全。EBA由传感器、执行器和控制器组成，其中传感器有雷达系统和摄影系统等类型，执行器有电机驱动制动踏板、电机驱动真空助力器等类型。行车时系统能检测前方障碍物，以警告音作出提醒，随后自动施加轻微的制动力，若驾驶者还没有自觉的刹车动作，程序会给予制动力瞬间刹停。现阶段EBA的探测部份基本都采用摄影系统，这是因为图像传感器对复杂场景（如移动的行人）的识别能力更强。但受限于分辨率与光敏感度，对远距离的较小运动物体难以作出及时的判断。为了摆脱光学条件的影响，不少安全系统厂家已开始研发适合匹配EBA的激光雷达或毫米波雷达，并已达到了百米的稳定探测距离与极短的反应速度。沃尔沃部份车型正是采用了摄像头与雷达同时探测的方案，在探测距离与识别可靠性方面皆取得了良好的效果。

6、结语

现阶段我国汽车行人保护发展的最大阻力是强制性法规的缺失，这使得少有汽车消费者愿意为保护行人的额外成本买单。但可以肯定的是，其未来的发展将不再是一个可供消费者选择的附加项，而会像安全带一样由法规强制要求。我国行人保护工程的启动远远落后于欧美日，要避免在市场上陷于被动，制造厂必须在车辆开发的前期就审视他们过去所有的设计策略，把对行人保护的考虑融入到每个车身细节之中。

[1] （德）布雷斯等；汽车工程手册（德国版）. 机械工业出版社. 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；关于全球行人保护要求不断提高情况下的车辆设计展望[J]. 轻型汽车技术. 2005年02期.

[5] 刘奇，Zachary Jackson，Mike Mellor等；有利于行人头保护的风挡玻璃下横梁结构优化设计与试验验证［J］. 上海汽车. 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

陈亮锋，就职于广东汽车检测中心有限公司，从事汽车碰撞试验与检测工作。