自动配送车行人保护分析

美团无人配送

发布于 2021-12-08 14:37:43

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本文编辑：美团小S

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背景

自动配送车作为一种物流车的商用属性，主要运用于为大众进行即时配送服务场景，决定了其日常运行的时长占比远高于一般乘用车。同时，自动配送车致力于为消费者解决最后3公里的商品即时配送的产品定位，决定了其大量的使用场景位于人口相对稠密的地区。这两个属性也决定了自动配送车在道路测试过程中需要面对更复杂的场景以及更高的行人安全保障需求。

自动驾驶安全影响因素¹

人-车-环境是影响道路安全的主要因素。在未来自动驾驶技术高度成熟以后，仍然会存在一定比例的驾驶员（包括AI驾驶员）-车辆系统以外的因素可能导致产生人身伤害的道路车辆事故¹。作为潜在事故中对行人的最后一道“防线”，需要在自动配送车辆结构设计过程中充分考虑一旦发生碰撞，车辆结构对行人的保护。

法规沿革

随着车辆保有量的增加，车辆-行人相容性的矛盾越来越突出。

国外从上世纪60年代起有学者开始行人与车辆碰撞的研究。上世纪80年代，欧洲开始车辆行人保护的立法研究。1987年欧盟在EEVC框架下成立了WG10工作组，负责建立行人保护的评测方法。该工作组初期以尸体试验和“混合”站立假人（包括HIII假人以及直立骨盆和SID假人组合）进行了车辆碰撞试验。由于“混合”站立假人试验重复性较差，1994年WG10进一步提出使用子系统冲击模块（包括头部冲击模块、腿部冲击模块等）进行试验评估，但这一方法在初期没有很好的解释使用子系统冲击模块试验时各子系统冲击模块的生物力学损伤响应的真实性和可靠性，普遍受到业内、尤其是OEM的质疑。

1997年欧盟成立了WG17工作组对之前的评测方案进行了全面的评估后于次年（1998年）提出了新的测试方法和子系统冲击模块方案。在此基础上，2003年欧盟正式通过2003/102/EC指令，成为世界上首部行人保护法规。2004年起，日本、韩国、澳大利亚等国家陆续开始推进行人保护法规的实施。

我国自2006年开始了行人保护法规的起草研究，并于2010年7月1日以推荐性国家标准的形式开始实施GB/T 24550-2009 《汽车对行人的碰撞保护》。后经多年的实践，2017年4月启动标准研究与起草工作，开始研究修订 GB 24550《汽车对行人的碰撞保护》形成强制性国家标准。2021年8月，发布了GB 24550《汽车对行人的碰撞保护》标准征求意见稿。

与法规同步发展的，还有各国开展的第三方车辆安全评测计划(NCAP，New Car Assessment Program)，包括美国(NCAP)、欧盟(ENCAP)、日本(JNCAP)、澳大利亚(ANCAP)以及我们所熟知的中国新车评价规程(CNCAP)，都陆续引入了行人保护的相关评测内容。

自动配送车行人保护评测内容的选举

目前自动配送车作为一个新兴的产品门类尚无行人保护法规要求，但自动‍配送车的实际道路测试环境存在大量与行人混行的场景。

作为具备L4级无人驾驶功能的车辆，在智能规避算法上为行人提供了最高级别的保护，并在产品策略上进一步冗余配置了AEB等主动安全功能，解决了碰撞前进行碰撞规避的功能设置。但作为保护行人安全的最后一道保障，仍然需要考虑车辆结构的优化设计，以降低乃至避免一定概率下环境条件诱发的车辆-行人碰撞事故发生时对行人的伤害。因此，美团自动配送车研发部门开展了行人保护分析的先导性研究。

现行法规均选取子系统冲击模块方案，包括标准的成人和儿童头部模块、上腿型模块和下腿型模块代替整个人体的模型对车辆展开行人保护性能评测，各模块分别以特定的角度和速度冲击车辆，通过模块内置测量装置获取动态冲击响应数值，进而处理得到人体损伤响应结果。²

现行法规行人保护评测方法³

事故统计表明，头部是行人与车辆发生碰撞时致死率最高的人体部位，腿部则是致残率最高的人体部位⁴，所以现阶段国内外主流的行人保护评测都把头部和腿部的评测作为最主要的评测内容。进一步的，由于自动配送车前端结构较为平坦，没有和普通乘用车类似的、对骨盆和大腿伤害影响较为显著的发罩前缘的几何特征，所以对于下肢部分伤害的分析，可以聚焦在反映膝部和小腿伤害的下腿型冲击模块的冲击响应上。

行人身体主要伤害部分部位统计⁴

【注】AIS(Abbreviated Injury Scale)简明损伤指数。提供了一种用简单数字表示损伤严重等级的方法。3级及以上为严重伤害⁵。

目前国内外尚无针对自动配送车行人保护要求的标准，当前国内可以参考的与行人保护有关的法规是针对M1类和N1类车辆的法规和评价规程，分别是GB 24550《汽车对行人的碰撞保护》和C-NCAP 规程中关于行人保护的要求。这两个标准对腿部和头部冲击模块的试验入射角度相同、撞击位置的选取规则也基本一致，只是头部冲击模块的冲击速度略有不同，国标速度略低。本文参考美团自动配送车目前道路测试的最高车速，在国标的基础上进行了评测分析。

自动配送车行人保护评测内容

自动配送车行人保护设计优化

首先建立包括车辆前端全尺寸细节特征的分析模型，导入材料模型数据，进行部件的装配连接，完成整车力学模型的搭建与调试。

成人及儿童头型冲击器损伤响应的设计分析及优化

试验区域划分和撞击位置选点如下图。

头部撞击点区域划分及选点示意

通过头型冲击器内置的加速度传感器采集碰撞规程中的加速度-时间历程数据计算头部伤害指标 HIC （ Head injury criterion）：

其中：a为三个方向的合成加速度；

t1和t2为在冲击过程中的两个时刻（以s为单位），表示记录开始与记录结束两个时刻之间的某一段时间间隔，在该时间间隔内HIC取最大值(t2 - t1≤15 ms)。

初步分析表明，部分结构局部存在硬点，HIC值畸高。通过对这些结构的调整，总体结果获得了极大改善。

初版设计及结构优化的头部损伤分析结果对比如下：

初始设计头部损伤分析结果统计

结构优化后头部损伤分析结果统计

下腿型冲击器损伤响应的设计分析及优化

试验区域划分和撞击位置选点如下图。

下腿型撞击点区域划分及选点示意

由于腿部撞击位置的对称性，分析只对一侧结构展开。

腿部的冲击损伤有三个指标，分别是膝部内侧副韧带动态延伸量（MCL）、膝部前交叉韧带动态延伸量（ACL）和膝部后交叉韧带动态延伸量（PCL）以及小腿最大动态弯矩。

分析结果表明，美团自动配送车的设计对行人下肢的损伤均远优于法规要求。

下腿型损伤分析结果统计

后续工作展望

除头部和下肢外，事故数据的统计分析表明胸部损伤是除头部和下肢以外行人损伤占比较高的人体部位，但业界目前尚未对胸部损伤评价用的子系统冲击模型形成共识。

由于乘用车整车侧面碰撞驾驶员的胸部损伤模式与行人保护胸部损伤的动力学响应有相近之处，业内有学者在考虑参考侧碰用ESII假人的胸部模块，在其之上进行配重调整，推进胸部评测方法的研究。后续将借鉴乘用车相关领域的研究成果进展，根据自动配送车的外形特点对评测方法进行调整，开展胸部损伤的研究分析，完善自动配送车人车碰撞过程中行人人体主要损伤部位评测的范围。