基于交通事故數(shù)據(jù)的彈起式發(fā)動機(jī)罩功能有效性分析*

孫海云 周大永 黃巧慧 畢騰飛 呂曉江,2

（1.吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315335；2.湖南大學(xué)，汽車車身先進(jìn)設(shè)計制造國家重點實驗室，長沙 410082；3.中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津 300300）

主題詞：交通事故 彈起式發(fā)動機(jī)罩 行人保護(hù) 誤作用場景 功能有效性

1 前言

行人、自行車騎行者、電動自行車及摩托車騎行者等弱勢道路參與者（Vulnerable Road Users，VRU）是中國實際道路交通環(huán)境中的弱勢群體。根據(jù)中國交通事故深入研究（China In-Depth Accident Study，CIDAS）數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，人體簡明損傷定級（Abbreviated Injury Scale，AIS）3+部位統(tǒng)計中，頭部損傷占比最高，達(dá)41.84%。

為了降低事故中VRU 頭部損傷，一些學(xué)者開展了相關(guān)研究。聶冰冰等人研究了行人頭部沖擊響應(yīng)的影響機(jī)理，并提出了一種發(fā)動機(jī)罩結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，該發(fā)動機(jī)罩有效改善了碰撞時對行人頭部的保護(hù)性能；辛龍等人基于行人頭部保護(hù)要求，開發(fā)了一種非均勻式發(fā)動機(jī)罩蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)。在優(yōu)化發(fā)動機(jī)罩結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升車輛的行人保護(hù)性能，許多車企對彈起式發(fā)動機(jī)罩技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究與應(yīng)用。劉洋等人討論了彈起式發(fā)動機(jī)罩的設(shè)計要點，提出了彈起式發(fā)動機(jī)罩技術(shù)條件，并指出其關(guān)鍵在于控制策略的有效性和可靠性；王宏雁等人通過仿真分析對主動式發(fā)動機(jī)罩抬升裝置的性能評估進(jìn)行了研究；苗強(qiáng)等人研究了有利于行人保護(hù)的可逆抬升式發(fā)動機(jī)罩，提出了一種新型可逆式發(fā)動機(jī)罩抬起技術(shù)。然而，彈起式發(fā)動機(jī)罩在實際交通事故中的表現(xiàn)鮮有文獻(xiàn)述及。與此同時，彈起式發(fā)動機(jī)罩在使用中也存在維修成本高及誤點爆等問題。

本文通過搜集實際交通事故中彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆的事故數(shù)據(jù)，分析當(dāng)前彈起式發(fā)動機(jī)罩技術(shù)對VRU保護(hù)的有效性，提取誤作用場景，為彈起式發(fā)動機(jī)罩標(biāo)定矩陣定義及功能有效性評價提供參考。

2 彈起式發(fā)動機(jī)罩系統(tǒng)開發(fā)

2.1 彈起式發(fā)動機(jī)罩系統(tǒng)功能原理

彈起式發(fā)動機(jī)罩系統(tǒng)主要由發(fā)動機(jī)罩、主動式鉸鏈、頂升器、控制器、傳感器組成，如圖1 所示。車輛在行駛時，如果與車外VRU發(fā)生碰撞，通過傳感器感知碰撞信號，當(dāng)達(dá)到點火門限時，由控制器向頂升器發(fā)出點火指令，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)罩瞬間抬起一定高度，增大了VRU頭部與發(fā)動機(jī)罩下側(cè)硬點的空間，從而減小VRU 頭部損傷。

圖1 彈起式發(fā)動機(jī)罩系統(tǒng)

2.2 彈起式發(fā)動機(jī)罩標(biāo)定

彈起式發(fā)動機(jī)罩的標(biāo)定是指其傳感器的標(biāo)定。對于被動傳感器，主要是研究車輛與各種物體（標(biāo)定物）碰撞時，傳感器輸出信號的特征。一般情況下，標(biāo)定物包含樹枝、石塊、籃球、小動物、人體下肢模型等，分析并提取出這些標(biāo)定物的信號特征，當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時，將被動傳感器的信號與之前標(biāo)定分析出的信號特征進(jìn)行對比分析，從而判斷得出碰撞物的類型。根據(jù)標(biāo)定物的種類、工況、標(biāo)定要求、車速、測試溫度、碰撞點位置等參數(shù)確定彈起式發(fā)動機(jī)罩的標(biāo)定矩陣，目前常用的彈起式機(jī)罩標(biāo)定矩陣如表1和表2所示。

表1 彈起式發(fā)動機(jī)罩不點爆試驗矩陣

表2 彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆試驗矩陣

對于主動傳感器，如前視攝像頭，主要是訓(xùn)練攝像頭的VRU 識別算法，使其能夠在復(fù)雜的視角場環(huán)境中辨別出VRU 的存在，輔助控制器判斷是否觸發(fā)彈起式發(fā)動機(jī)罩。

3 彈起式發(fā)動機(jī)罩事故數(shù)據(jù)分析

3.1 數(shù)據(jù)來源

本文共搜集了彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆事故140起，數(shù)據(jù)來源涉及互聯(lián)網(wǎng)車型論壇、網(wǎng)絡(luò)視頻平臺、維修數(shù)據(jù)、企業(yè)數(shù)據(jù)庫（包含國家車輛事故深度調(diào)查體系（National Automobile Accident In-Depth Investigation System，NAIS）/CIDAS/上海聯(lián)合道路交通安全科學(xué)研究中心（ShangHai United Road Traffic Safety Scientific Research Center，SHUFO）等數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)時間節(jié)點為2016～2021年共6 年。本文僅對彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆的交通事故數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相關(guān)的車型、配置以及彈起式發(fā)動機(jī)罩的結(jié)構(gòu)等車型數(shù)據(jù)不在本文中體現(xiàn)。

3.2 事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

提取每起事故的關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計分析。由于數(shù)據(jù)來源的局限性，每一起事故數(shù)據(jù)信息的完整度不同，部分事故數(shù)據(jù)可能存在缺失，因此在統(tǒng)計分析各類參數(shù)時樣本量有一定范圍的變化。

關(guān)鍵參數(shù)項包括事故類型、事故形態(tài)、碰撞對方類型、事故場景、碰撞人員傷情等。

3.2.1 事故類型分析

根據(jù)事故參與方的類型進(jìn)行分類，具體分布如表3所示，其中，“其他”事故為乘用車與2 類不同性質(zhì)的參與方發(fā)生碰撞。

表3 彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆事故類型分布

在上述事故類型的分布基礎(chǔ)上，分析具體的事故形態(tài)，如表4所示，其中，“其他”為乘用車與2類不同性質(zhì)的參與方發(fā)生碰撞、積水、草堆等無法歸類到其他事故形態(tài)的事故。

表4 彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆事故形態(tài)分布

3.2.2 碰撞物類型分析

按照碰撞物的類型進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表5 所示，其中，“其他”事故包括碰撞對方為多個、未知或者積水等特殊情況。

表5 碰撞物類型分布

對碰撞固定物的事故進(jìn)行分類分析，如表6 所示。碰撞物為“道路表面”包括路面凹坑、減速帶和翹起的鐵板等凸出物；“其他”包括已知碰撞物為固定物但具體類型未知和多個固定物的情況。

表6 固定物分布統(tǒng)計

碰撞物為移動物體的事故中，有18個碰撞物為狗，有2個移動防護(hù)欄，移動式垃圾箱和雞各1個。

3.2.3 VRU人員傷情分析

對VRU 碰撞事故中的人員傷情進(jìn)行分析，有70.83%的VRU 事故參與方存在受傷情況。在受傷的VRU 事故中，有70.59%為輕傷，5.88%為重傷，其余23.53%為有傷情但具體情況未知。

通過對彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆事故參與方進(jìn)行分析，結(jié)合常用的標(biāo)定矩陣（表1和表2），在不點爆工況中，理論上彈起式發(fā)動機(jī)罩與樹枝、石塊、籃球和小動物碰撞的工況下均應(yīng)不點爆，然而實際點爆事故中此類事故占事故總數(shù)的35.71%（統(tǒng)計了碰撞物為道路表面、路肩、柱、狗、雞）。在彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆事故中，標(biāo)定物沒有在標(biāo)定矩陣中覆蓋的占總事故的47.86%，說明現(xiàn)有標(biāo)定矩陣中碰撞物的定義和碰撞工況的定義沒有覆蓋實際情況。

4 彈起式發(fā)動機(jī)罩的工況提取

沖突場景用于描述事故發(fā)生前的交通沖突形式，不需要考慮道路的設(shè)計形式和其他基礎(chǔ)設(shè)施、參與方類型、事故的責(zé)任方或?qū)е路降龋邢嗤\動特征的參與方歸為同一類場景。事故中的每個參與方均可從碰撞雙方的角度視為自身參與方和目標(biāo)參與方，二者的相對運動方向和相對位置均應(yīng)在場景中體現(xiàn)，自身參與方或目標(biāo)參與方可能是車輛或行人。本文以H.Feifel 和M.Wagner 的場景分類和CIDAS 編碼書（Codebook）中的事故場景（ACCSCEN）為基礎(chǔ)，自身參與方為彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆的車輛，結(jié)合目標(biāo)參與方的類型和數(shù)量的占比提取典型場景。

4.1 沖突場景提取

通過對事故數(shù)據(jù)的篩選，140 起事故中有108 起事故可以根據(jù)沖突類型進(jìn)行分類，因此在場景的分析中樣本量為108個。

在彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆的事故中，有30 起事故為與前方正常直行的目標(biāo)物碰撞，占總事故的27.78%，具體的沖突類型分布如表7所示。

表7 沖突類型分布

按照目標(biāo)參與方的類型分別對沖突類型進(jìn)行統(tǒng)計，分析在不同目標(biāo)物類型下事故的沖突類型。

與固定物碰撞事故中，直行行車事故占比最大，共有16個，占與固定物碰撞事故數(shù)量的53.33%，具體分布情況如表8所示。

表8 與固定物碰撞沖突類型分布 起

在與乘用車碰撞的事故中，沖突類型分布較為集中，主要為與前方正常直行的目標(biāo)物沖突，分布情況如表9所示。

表9 與乘用車碰撞沖突類型分布

與移動物體的碰撞事故中，90.48%來自與動物碰撞，其他為行車事故中與移動物體的碰撞，具體情況如表10所示。

表10 與移動物體碰撞沖突類型分布

與VRU 碰撞事故中，穿行遇從左、右側(cè)來的目標(biāo)物、與前方正常直行的目標(biāo)物類型較多。另外在VRU事故中，與二輪/三輪車碰撞的事故數(shù)量有16 起，占VRU事故的94.12%。具體沖突場景的比例分布見表11所示。

表11 與VRU碰撞沖突類型分布

4.2 測試場景提取

在彈起式發(fā)動機(jī)罩的開發(fā)過程中，對于應(yīng)作用的場景，可通過CIDAS/NAIS 等數(shù)據(jù)庫中VRU事故數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，提取典型的彈起式發(fā)動機(jī)罩測試場景，也可參考其他學(xué)者的研究，如牛增良篩選了典型的行人事故場景，范天賜分析了兩輪車事故的典型工況與典型場景，然而彈起式發(fā)動機(jī)罩誤作用的場景目前沒有相關(guān)研究。

與固定物、乘用車、移動物體等碰撞均為彈起式發(fā)動機(jī)罩的非作用工況，提取典型的誤作用場景，包括目標(biāo)物的選取，具體如表12所示。

表12 3個典型的誤作用沖突場景

4.3 標(biāo)定矩陣的優(yōu)化

通過對事故數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，可將現(xiàn)有的標(biāo)定矩陣進(jìn)行對應(yīng)的優(yōu)化。根據(jù)表12 提取的3 個典型誤作用沖突場景將彈起式發(fā)動機(jī)罩不點爆的碰撞物由4種增加為8 種。同時，考慮到二輪車在事故死亡人員交通工具中占比最大，將點爆的碰撞物由2 種增加到3 種，速度、碰撞點、溫度等參數(shù)保持不變。優(yōu)化后的彈起式發(fā)動機(jī)罩標(biāo)定矩陣如表13 和表14 所示，將優(yōu)化后的標(biāo)定矩陣能夠避免本文涉及的彈起式發(fā)動機(jī)罩誤點爆事故比例作為評價其有效性的標(biāo)準(zhǔn)，不同標(biāo)定物的覆蓋比率參考3.2.2 中碰撞物的分析數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的彈起式發(fā)動機(jī)罩的有效性理論上可達(dá)到83.57%，即優(yōu)化后的矩陣?yán)碚撋峡筛采w碰撞物為道路表面、防護(hù)欄、柱類、路肩、乘用車、二輪/三輪、行人、狗、雞等。

表13 彈起式發(fā)動機(jī)罩不點爆試驗矩陣

表14 彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆試驗矩陣

5 結(jié)束語

本文介紹了彈起式發(fā)動機(jī)罩的工作原理和標(biāo)定過程，同時通過對彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆的事故進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)在實際交通事故中彈起式發(fā)動機(jī)罩起作用的VRU 事故占比非常小，僅占彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆事故數(shù)量的16.43%。本文通過對彈起式發(fā)動機(jī)罩誤作用的事故進(jìn)行分析，提取了彈起式發(fā)動機(jī)罩的3種典型誤作用場景以及碰撞目標(biāo)物類型，為彈起式發(fā)動機(jī)罩的開發(fā)以及評價提供了場景支持。同時在對彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆事故分析的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的標(biāo)定矩陣進(jìn)行了優(yōu)化，使彈起式發(fā)動機(jī)罩點爆的有效性理論上可從16.43%提高到83.57%。

本文中提到的其他占比較小的場景，如移動垃圾箱、移動防護(hù)欄、過水路面等非典型場景也可作為彈起式發(fā)動機(jī)罩標(biāo)定場景，從而進(jìn)一步降低彈起式發(fā)動機(jī)罩的誤作用率，提高其功能有效性。