ISOTS 204592023 道路車輛.高級行人腿型碰撞器（aPLI）的傷害風(fēng)險函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)立項發(fā)展報告

道路車輛高級行人腿型碰撞器（aPLI）的傷害風(fēng)險函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)立項發(fā)展報告EnglishTitle:StandardizationDevelopmentReport:Roadvehicles—Injuryriskfunctionsforadvancedpedestrianlegformimpactor(aPLI)摘要本報告圍繞國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布的技術(shù)規(guī)范ISO/TS20459:2023《道路車輛—高級行人腿型碰撞器（aPLI）的傷害風(fēng)險函數(shù)》的立項與發(fā)展歷程展開研究。隨著全球汽車保有量的持續(xù)增長及對弱勢道路使用者（VRU）安全關(guān)注度的日益提升，行人保護(hù)已成為汽車被動安全領(lǐng)域的核心議題。傳統(tǒng)行人碰撞腿型沖擊器（如Flex-PLI）在生物逼真度和損傷生物力學(xué)響應(yīng)方面存在一定局限。為應(yīng)對高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛車輛對更精確、可重復(fù)測試工具的需求，ISO/TS20459標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。該標(biāo)準(zhǔn)定義了針對高級行人腿型碰撞器（aPLI）的傷害風(fēng)險函數(shù)，為評估車輛在與行人下肢碰撞時產(chǎn)生的傷害程度提供了基于生物力學(xué)的量化方法。報告詳細(xì)闡述了aPLI系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)背景、標(biāo)準(zhǔn)化過程中的關(guān)鍵爭議點（如傷害指標(biāo)的選擇、不同體型人群的適用性）、標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布狀態(tài)及核心內(nèi)容。結(jié)論指出，ISO/TS20459的發(fā)布不僅填補(bǔ)了國際標(biāo)準(zhǔn)在高級行人假人傷害評估方面的空白，更對全球范圍內(nèi)汽車安全法規(guī)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一及下一代碰撞假人的研發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義和深遠(yuǎn)影響。該標(biāo)準(zhǔn)是推動“零傷亡”愿景的重要技術(shù)基石，并將在未來車輛安全測評體系中扮演關(guān)鍵角色。關(guān)鍵詞道路車輛；行人保護(hù)；高級行人腿型碰撞器（aPLI）；傷害風(fēng)險函數(shù)；生物力學(xué)；被動安全；弱勢道路使用者；ISO技術(shù)規(guī)范Keywords:Roadvehicles;Pedestrianprotection;AdvancedPedestrianLegformImpactor(aPLI);Injuryriskfunction;Biomechanics;Passivesafety;VulnerableRoadUsers(VRU);ISOTechnicalSpecification正文1.引言在全球汽車工業(yè)加速向智能化、電動化轉(zhuǎn)型的背景下，道路交通安全領(lǐng)域的焦點已從傳統(tǒng)的乘員保護(hù)逐步擴(kuò)展至對所有道路使用者的全面保護(hù)，尤其是對行人、騎行者等弱勢道路使用者（VRU，VulnerableRoadUsers）的保護(hù)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計，全球每年約有百萬人死于交通事故，其中行人死亡占比超過五分之一。車輛與行人碰撞時，下肢（特別是小腿和膝關(guān)節(jié)）是首當(dāng)其沖且損傷風(fēng)險極高的部位。為了評估車輛對行人下肢的保護(hù)性能，各國及國際組織（如歐洲EuroNCAP、聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會UNECE、中國C-NCAP等）均制定了相應(yīng)的碰撞測試法規(guī)和評價規(guī)程。其中，用于模擬行人的碰撞假人（Impactor）是關(guān)鍵測試工具。早期的行人腿型碰撞器（如EEVCWG17的LegformImpactor）為行人保護(hù)法規(guī)奠定了基礎(chǔ)，但其生物逼真度有限，難以準(zhǔn)確反映真實的骨折和韌帶損傷機(jī)制。為此，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO，InternationalOrganizationforStandardization）于2023年4月28日正式發(fā)布了技術(shù)規(guī)范ISO/TS20459:2023，該標(biāo)準(zhǔn)旨在為新一代高級行人腿型碰撞器（aPLI，advancedpedestrianlegformimpactor）提供基于科學(xué)研究數(shù)據(jù)的傷害風(fēng)險函數(shù)。這份報告的發(fā)布，標(biāo)志著行人保護(hù)測試從“經(jīng)驗法則”向“損傷機(jī)理量化評估”邁出了關(guān)鍵一步。2.標(biāo)準(zhǔn)立項背景與技術(shù)演進(jìn)2.1從傳統(tǒng)假人到高級假人（aPLI）的技術(shù)躍遷傳統(tǒng)的行人腿型碰撞器（如Flex-PLI）雖然在一定程度上實現(xiàn)了生物模擬，但在關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)（如膝關(guān)節(jié)復(fù)雜的韌帶系統(tǒng)、踝關(guān)節(jié)的特定運(yùn)動模式）的模擬上仍有不足。aPLI系統(tǒng)的誕生，是對這一技術(shù)短板的直接回應(yīng)。-生物逼真度提升：aPLI采用了更先進(jìn)的材料和設(shè)計，能夠更真實地模擬人體下肢的骨骼、肌肉、皮膚及關(guān)節(jié)特性，尤其是其對膝關(guān)節(jié)側(cè)副韌帶、前/后交叉韌帶的損傷響應(yīng)模擬，達(dá)到了前所未有的精度。-損傷生物學(xué)基礎(chǔ)：aPLI的設(shè)計基于大量的人體尸體實驗（Post-MortemHumanSubjects,PMHS）數(shù)據(jù)和計算機(jī)仿真分析（如有限元模型HumanBodyModels,HBMs），確保假人的動態(tài)響應(yīng)與真實人體損傷高度相關(guān)。-適用性擴(kuò)展：aPLI不僅考慮了成年男性（第50百分位）的體型，其開發(fā)過程也兼顧了不同體型（如第5百分位女性和第95百分位男性）的損傷特性，為更廣泛的族群保護(hù)提供了基礎(chǔ)。2.2ISO/TS20459的立項必要性在aPLI硬件（即碰撞器本身）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如ISO19206系列標(biāo)準(zhǔn)的部分內(nèi)容）逐步形成后，一個關(guān)鍵問題浮出水面：如何將aPLI測量到的物理信號（如力、彎矩、剪切力）轉(zhuǎn)化為對真實人體損傷風(fēng)險的量化評估？這便是ISO/TS20459的核心價值所在。它定義了傷害風(fēng)險函數(shù)（InjuryRiskFunctions），即一套基于統(tǒng)計學(xué)和生物力學(xué)實驗數(shù)據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型。這些函數(shù)能夠根據(jù)aPLI在碰撞測試中產(chǎn)生的特定載荷信號，直接計算出人體發(fā)生特定類型和嚴(yán)重程度損傷（例如，脛骨骨折概率、前交叉韌帶斷裂概率）的風(fēng)險百分比。這種從“測量物理量”到“預(yù)測人體損傷”的轉(zhuǎn)變，是標(biāo)準(zhǔn)真正被法規(guī)和NCAP采用的必備條件。3.標(biāo)準(zhǔn)核心內(nèi)容與架構(gòu)ISO/TS20459:2023作為一份技術(shù)規(guī)范，其內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)，主要包括以下幾個方面：3.1傷害風(fēng)險函數(shù)的定義與輸入該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了構(gòu)成aPLI傷害風(fēng)險函數(shù)的輸入變量。與aPLI硬件測試的輸出參數(shù)緊密結(jié)合，主要輸入?yún)?shù)包括：-脛骨彎矩（TibiaBendingMoment,M_t）：在腿部長軸上的彎矩，主要關(guān)聯(lián)脛骨骨折風(fēng)險。-剪切力（ShearForce,F_s）：在膝關(guān)節(jié)處沿前后方向施加的剪切力，主要關(guān)聯(lián)前/后交叉韌帶損傷風(fēng)險。-膝關(guān)節(jié)彎曲角度（KneeBendingAngle,θ_k）：膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻（Valgus/Varus）的角度，與側(cè)副韌帶損傷高度相關(guān)。3.2針對不同損傷類型的風(fēng)險函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)分別定義了針對不同解剖部位和損傷類型的風(fēng)險函數(shù)，例如：-脛骨長骨骨折風(fēng)險函數(shù)：基于Weibull分布或邏輯回歸模型，給出不同彎矩水平下的骨折概率曲線。-膝關(guān)節(jié)韌帶損傷風(fēng)險函數(shù)：針對前交叉韌帶（ACL）、后交叉韌帶（PCL）及內(nèi)側(cè)副韌帶（MCL）等，分別提供了獨(dú)立的損傷函數(shù)。這些函數(shù)是多變量模型，往往同時考慮剪切力和彎曲角度。3.3標(biāo)準(zhǔn)化矩陣與數(shù)據(jù)來源為保證函數(shù)的權(quán)威性，標(biāo)準(zhǔn)明確列出了用于推導(dǎo)這些函數(shù)的實驗數(shù)據(jù)集來源，包括：-已發(fā)表的經(jīng)同行評審的PMHS測試數(shù)據(jù)。-基于最新人類生物力學(xué)模型（如THUMS,GHBMC）的數(shù)值仿真結(jié)果校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。-對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理方法，包括數(shù)據(jù)清洗、異常值剔除、置信區(qū)間和預(yù)測區(qū)間的定義等。3.4適用范圍與限制標(biāo)準(zhǔn)明確指出，這些風(fēng)險函數(shù)僅適用于aPLI特定模型（依據(jù)ISO19206系列標(biāo)準(zhǔn)定義）的測試結(jié)果解讀。不適用于其他類型的假人，且對于超出函數(shù)校準(zhǔn)范圍（如極端低速或高速碰撞）的應(yīng)用，需謹(jǐn)慎使用。4.核心技術(shù)爭議點與標(biāo)準(zhǔn)化過程在ISO/TC22（道路車輛技術(shù)委員會）及其下屬的SC36（被動安全分委會）工作組的討論中，ISO/TS20459的制定并非一帆風(fēng)順，主要爭議集中在：-傷害指標(biāo)的選取：不同國家和地區(qū)對“不可接受損傷”的定義存在差異。例如，歐洲更側(cè)重于長骨骨折（AIS2+，即簡明損傷定級標(biāo)準(zhǔn)2級及以上）和韌帶斷裂，而某些亞洲國家可能更關(guān)注開放性骨折和軟組織損傷的長期影響。最終，標(biāo)準(zhǔn)采用了國際生物力學(xué)界廣泛接受的AIS分級作為損傷嚴(yán)重程度基準(zhǔn)。-人口統(tǒng)計學(xué)差異：風(fēng)險函數(shù)是否適用于亞洲人群、兒童和老年人？由于原始數(shù)據(jù)集主要來自西方體型（特別是北美和歐洲）的PMHS試驗，如何將其外推到全球人口是討論焦點。標(biāo)準(zhǔn)最終明確了函數(shù)是基于特定體型（主要針對第50百分位男性）推導(dǎo)，并鼓勵后續(xù)開展針對不同人群的驗證研究。-技術(shù)規(guī)范vs國際標(biāo)準(zhǔn)：選擇以“技術(shù)規(guī)范（TS）”而非“國際標(biāo)準(zhǔn)（IS）”形式發(fā)布，體現(xiàn)了委員會在這一新興領(lǐng)域的謹(jǐn)慎態(tài)度。TS允許在積累更多實際應(yīng)用數(shù)據(jù)和用戶反饋后，快速修訂并最終升級為IS。這反映了標(biāo)準(zhǔn)的快速迭代需求。5.標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的意義與應(yīng)用價值ISO/TS20459:2023的發(fā)布，具有以下深遠(yuǎn)意義：-法規(guī)與NCAP測試的基石：它使得aPLI從純粹的測量儀器，變成一個能夠直接輸出“傷害量”的評估工具。未來，全球各大NCAP（如EuroNCAP,C-NCAP）若要采用aPLI替代現(xiàn)有的Flex-PLI，ISO/TS20459將作為不可或缺的評估方法依據(jù)。-促進(jìn)全球技術(shù)協(xié)調(diào)：不同國家在行人保護(hù)測試時使用不同的損傷指標(biāo)和風(fēng)險判斷標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致車輛廠商需針對不同市場進(jìn)行多輪測試。統(tǒng)一的傷害風(fēng)險函數(shù)有助于簡化評價體系，推動全球車輛安全標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。-賦能高級別自動駕駛安全：自動駕駛車輛面臨更多無法預(yù)測的行人交互場景，從低速到高速的整個行進(jìn)速度區(qū)間。傳統(tǒng)的剛性測試無法涵蓋所有場景。而基于aPLI的風(fēng)險函數(shù)，可以融入到虛擬仿真（V&V，驗證與確認(rèn)）和物理測試的全過程，實現(xiàn)從“單點碰撞”到“事故場景模擬”的跨越。-引導(dǎo)汽車設(shè)計優(yōu)化：基于該標(biāo)準(zhǔn)，工程師可以反向設(shè)計車輛前端（保險杠、引擎蓋、前防撞橫梁等）的結(jié)構(gòu)和剛度分布，以最小化傷害風(fēng)險函數(shù)值。這實現(xiàn)了從“滿足最低要求”到“追求最佳生物力學(xué)性能”的設(shè)計理念升級。6.介紹修訂的企事業(yè)單位或標(biāo)委會（主要參與單位介紹）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織道路車輛技術(shù)委員會（ISO/TC22）及下屬SC36被動安全分委會-組織定位與職責(zé)：ISO/TC22是全球道路車輛領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化的最高技術(shù)機(jī)構(gòu)，其下轄的SC36（被動安全分委會）專門負(fù)責(zé)制定和修訂涵蓋汽車乘員保護(hù)、行人保護(hù)、碰撞兼容性等所有被動安全領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)。SC36匯集了來自全球各大汽車制造商（如豐田、大眾、通用、福特等）、關(guān)鍵零部件供應(yīng)商（如奧托立夫、采埃孚）、學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)（如密歇根大學(xué)、海德堡大學(xué)）以及政府和非政府組織（如NHTSA美國國家高速公路交通安全管理局、EuroNCAP）的數(shù)百名技術(shù)專家。ISO/TS20459正是由SC36/WG5（行人保護(hù)工作組）牽頭完成。-在標(biāo)準(zhǔn)制定中的核心作用：作為該標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)歸口單位，ISO/TC22/SC36在標(biāo)準(zhǔn)的草案征集、實驗數(shù)據(jù)審核、技術(shù)評審和最終投票表決過程中扮演了決定性角色。具體工作包括：1.學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)融合：委員會牽頭組織了由生物力學(xué)研究者、汽車安全工程師和測試工具供應(yīng)商（特別是aPLI的生產(chǎn)商）組成的聯(lián)合項目組，確保標(biāo)準(zhǔn)既具有堅實的科學(xué)基礎(chǔ)，又具備工業(yè)界的可實施性。2.數(shù)據(jù)質(zhì)量控制：SC36對用于推導(dǎo)風(fēng)險函數(shù)的原始PMHS數(shù)據(jù)進(jìn)行了多輪獨(dú)立核查。為確保數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和無偏性，要求提供原始實驗室記錄、影像數(shù)據(jù)（如X光、CT掃描）及統(tǒng)計分析報告。3.全球協(xié)調(diào)與標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)：在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，SC36積極與UNECEGRSP（車輛被動安全工作組）、ISO（如TC22/SC10碰撞試驗規(guī)程）及其他區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)組織進(jìn)行溝通，確保了ISO/TS20459能夠被后續(xù)的全球性法規(guī)（如UNR127）和國際NCAP協(xié)議直接引用，避免了重復(fù)開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)沖突。-單位影響力與專業(yè)能力：ISO/TC22/SC30（注：此處應(yīng)為SC36，檢索時可能因筆誤，實際為SC36被動安全）是世界范圍內(nèi)汽車被動安全領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)“守門人”。其制定的標(biāo)準(zhǔn)，如ISO26262（功能安全）、ISO15828（行人保護(hù)頭型）及本報告涉及的ISO/TS20459，均被視為全球行業(yè)內(nèi)的技術(shù)基準(zhǔn)。該委員會的專業(yè)能力體現(xiàn)在其對前沿生物力學(xué)研究成果（如使用最新人體有限元模型）的快速吸收能力，以及對復(fù)雜工程問題的標(biāo)準(zhǔn)化處理方法。通過ISO/TS20459，該委員會不僅解決了一個具體的技術(shù)問題，更為行業(yè)內(nèi)其他相似標(biāo)準(zhǔn)（如針對飛行器和兩輪車的傷害評價標(biāo)準(zhǔn)）的制定提供了范例。7.結(jié)論ISO/TS20459:2023的發(fā)布，是道路車輛行人保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中的一個重要里程碑。它成功地將復(fù)雜的生物力學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化為可操作、可重復(fù)、可量化的工程標(biāo)準(zhǔn)，為高級行人腿型碰撞器（aPLI）在法規(guī)認(rèn)證、NCAP評價和車輛正向開發(fā)中的實際應(yīng)用鋪平了道路。展望未來，該標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)將聚焦于以下幾個方面：-更新與升級：隨著更多來自不同地區(qū)、不同體型人群的PMHS及HBMs數(shù)據(jù)的積累，現(xiàn)行的風(fēng)險函數(shù)將得到持續(xù)校準(zhǔn)與更新。該技術(shù)規(guī)范（TS）有望在積累足夠工業(yè)界反饋后，升級為正式的國際標(biāo)準(zhǔn)（IS）。-擴(kuò)展到多體系場景：目前的函數(shù)主要針對直線碰撞。未來，該理念將擴(kuò)展到包含橫向、斜向甚至多角度碰撞的復(fù)合場景，以適應(yīng)真實交通事故的復(fù)雜性。-與虛擬測試的深度融合：在車輛開發(fā)和驗證