前言

交通事故中行人的伤害主要来源于第一次与车辆的撞击及随后与地面的第二次撞击。研究发现，车辆往往造成行人更大的受伤风险［1-4］，但大量研究也表明地面所致伤害很严重［1，3-5］。近期更有学者通过分析1 221例德国行人事故案例发现，当碰撞速度低于40 km/h 时如能消除地面相关损伤则可消除2/3 的总伤害费用［6］。此结论表明研究降低地面损伤的方法极具价值。人们很早就利用仿真手段开始了地面相关损伤的研究，发现人地碰撞损伤不易预测，受碰撞速度、车头形状、行人步态和行人尺寸等因素影响［5，7-10］。为更好地研究人地碰撞损伤，学者们还引入了人地碰撞机制（pedestrian ground contact mechanisms）［11-12］、行人旋转角度［13-14］等参数，发现人地碰撞损伤与碰撞机制、旋转角度有高度相关性，这些参数可用于评估人地碰撞损伤风险。相对于诸多聚焦人地损伤机制的研究，关于人地碰撞损伤防护方法的研究较少。文献［1］中提出在车头设置多个安全气囊阻止人体落地的设想；Khaykin 等［15］提出了将事故后人体粘到车上的发明专利；文献［16］中做了通过制动控制降低人地碰撞损伤的尝试。文献［16］中运用仿真手段证明了控制制动能显著降低人地碰撞损伤，但未能解决如何控制车辆制动的问题。

随着现代感知、决策和通信等技术的发展，智能汽车保护乘员的能力会大幅提升，其保护行人的能力可进一步挖掘。注意到智能汽车具备实时监测碰撞后行人运动轨迹的能力，因而探索一条实用的降低人地碰撞损伤的车辆制动控制策略极为必要。故在文献［16］的基础上，提出更实用的降低人地碰撞损伤的车辆制动控制策略，并用MADYMO 软件通过仿真试验验证所提方法的有效性。

1 研究方法

1.1 降低人地碰撞损伤的汽车制动控制策略

图1 给出智能汽车制动控制的减速度曲线。当汽车检测到事故不可避免时开始完全制动车辆以降低车速，故在人车碰撞发生的t0时刻（即0 时刻），减速度已达最大；至t1时刻车辆开始松开制动以追上抛出的人体进而影响人体运动学响应；文献［16］和文献［17］中考虑制动系统协调时间0.2 s 后制动完全松开，然后车辆开始无制动向前运动；为防止碾压人体，车辆在t2时刻开始再次完全制动，考虑制动系统协调时间0.2 s后完全制动直至车辆静止。显然，t1、t2为图1所示车辆制动控制策略的核心参数。

图1 车辆制动控制减速度曲线

为降低人车碰撞速度，进而降低车体对人体的伤害，在t1之前须完全制动车辆。一般认为人体头部与车体撞击后人车之间第一次撞击结束，故将t1视为头部与车体第一次撞击的时刻。由文献［18］可知，人车碰撞后，人体会被车体以与车辆速度接近的速度抛射出去。据此可推断t1时刻松开车辆制动不会显著加重车辆对人体的二次伤害，因两者速度接近。

通过对前期大量虚拟仿真的观察，t2可由以下规则确定。t1时刻后，遇以下任一情况则开始再次完全制动车辆，并将该时间点视为t2。

（1）监测到人体下肢、主要部位（头、胸及臀）超出车体两侧时。人体从车体边缘落地时，一旦与车体进行接触则会从车体处获得一个较大的侧向加速度，此时对降低人地碰撞损伤无益，甚至会加重人地碰撞损伤，故须尽快制动车辆。

（2）监测到人体臀部超过车辆前风窗玻璃下沿或行人双脚超过头部时。表明人体主要部位大概率会与风窗玻璃甚至车顶接触，此时车头已具备接住行人的条件，为降低人车再次接触时的车速，可尽快再次制动车辆。

（3）监测到行人头、臀部位置低于发动机罩盖前沿时。表明行人即将滑落地面，为避免碾压行人，须尽快再次制动车辆。

1.2 仿真试验设计

与已有研究［16］类似，通过仿真试验来验证1.1节中提出的制动控制策略的有效性。选择10 种车型，每种车型选用两种制动控制策略（完全制动与1.1 节中的控制制动），并结合成熟的虚拟仿真系统［16，19］设计试验。

Li 等［19］在2016 年依据GIDAS（German in-depth accident study）事故数据，结合MADYMO 软件提出了一套人车碰撞仿真系统。该系统包括6 种车速（21、31、41、51、61 和71 km/h）×5 个行人模型（6 岁儿童、5 百分位女性、5 百分位男性、50 百分位男性、90百分位男性）×2 种步态共60 个仿真，仿真结果包含了低于41 km/h的人地碰撞损伤，其有效性已通过真实事故数据验证。故将基于该系统设计本研究的试验。