基于歐洲新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程的主動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋系統(tǒng)技術(shù)要求解析

文/崔義忠

隨著我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，道路交互場(chǎng)景日趨復(fù)雜，人車(chē)交互概率增高。行人作為道路交通弱勢(shì)群體，其傷亡比例較高。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在汽車(chē)與行人事故中，行人的死亡率達(dá)30%以上。行人頭部和汽車(chē)前部結(jié)構(gòu)，尤其是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋及其下部堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)之間的碰撞傷害是行人致死的主要原因。主動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋技術(shù)是現(xiàn)階段增加行人頭部碰撞緩沖距離有效的且實(shí)施可行性較高的技術(shù)手段。

一、新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程現(xiàn)狀

新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程（NCAP）是獨(dú)立于汽車(chē)企業(yè)和零部件廠家的用于測(cè)評(píng)汽車(chē)安全性能的評(píng)價(jià)規(guī)程。NCAP對(duì)汽車(chē)的乘員保護(hù)、兒童保護(hù)和行人保護(hù)等安全性能均提出較高的要求。主流的NCAP，如歐洲、美國(guó)、拉丁美洲和我國(guó)的NCAP等對(duì)主動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋系統(tǒng)（Active Bonnet）均有相似的技術(shù)規(guī)范。本文將結(jié)合國(guó)際上認(rèn)可程度較高的Euro NCAP——《弱勢(shì)道路使用者測(cè)試規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“Euro NCAP 9.0.2”）研究Active Bonnet的試驗(yàn)方法和技術(shù)要求。

Euro NCAP 9.0.2對(duì)配置Active Bonnet的汽車(chē)提出了5個(gè)方面的驗(yàn)證要求，分別為：行人探知、Active Bonnet展開(kāi)時(shí)間、低門(mén)檻速度時(shí)汽車(chē)對(duì)行人的碰撞保護(hù)、高速時(shí)汽車(chē)對(duì)行人的碰撞保護(hù)和發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋負(fù)荷變形。本文將就上述驗(yàn)證要求，分別進(jìn)行解析，希望能為我國(guó)的Active Bonnet的開(kāi)發(fā)驗(yàn)證規(guī)程提供參考。

二、Euro NCAP

1. 行人探知

Active Bonnet響應(yīng)時(shí)間（TRT）是驗(yàn)證其探知能力的重要參數(shù)。Active Bonnet響應(yīng)包含兩個(gè)過(guò)程，即Active Bonnet感應(yīng)和主動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋展開(kāi)，故TRT為主動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋感應(yīng)時(shí)間（ST）和主動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋展開(kāi)時(shí)間（DT）之和。

① 行人探知試驗(yàn)方法

規(guī)程要求至少完成3次物理試驗(yàn)。

·試驗(yàn)區(qū)域

該區(qū)域是指驗(yàn)證Active Bonnet的行人探知能力的沖擊位置，在保險(xiǎn)杠試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)。

·沖擊器

試驗(yàn)使用腿型沖擊器（PDI-2），將其作為最難探測(cè)行人。如果汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)認(rèn)為PDI-2不適合作為最難探知假人（HTD），汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)通過(guò)物理試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，證明Active Bonnet在低門(mén)檻撞擊速度下具備探知不同身高行人的能力。數(shù)值模擬驗(yàn)證矩陣如表1所示。

表1 數(shù)值模擬驗(yàn)證矩陣

經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)證后，試驗(yàn)選取適合說(shuō)明HTD進(jìn)行Active Bonnet響應(yīng)時(shí)間測(cè)量的物理試驗(yàn)。針對(duì)部分行人的身材尺寸較大，試驗(yàn)選用下腿型沖擊器驗(yàn)證Active Bonnet的行人探知能力。

·試驗(yàn)速度

試驗(yàn)速度選用Active Bonnet的低門(mén)檻速度和下腿型試驗(yàn)速度。

結(jié)合上述分析，Active Bonnet的行人探知能力的試驗(yàn)方案見(jiàn)表2。其中，第一次物理試驗(yàn)還需要驗(yàn)證Active Bonnet展開(kāi)功能，并可使用閃光燈標(biāo)記其工作狀態(tài)，如果閃光燈能準(zhǔn)確標(biāo)記其工作狀態(tài)，后續(xù)物理試驗(yàn)可使用閃光燈表示主動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋展開(kāi)功能正常與否。

表2 行人探知試驗(yàn)方案

② 行人探知評(píng)估內(nèi)容

試驗(yàn)需驗(yàn)證Active Bonnet的感知系統(tǒng)的能力，具體內(nèi)容為：Active Bonnet在撞擊較大甚至是上限尺寸行人的展開(kāi)狀態(tài)，行人碰撞傳感器的工作有效性，Active Bonnet在低門(mén)檻速度條件下的展開(kāi)狀態(tài)。

③ Active Bonnet展開(kāi)時(shí)間

行人頭部沖擊時(shí)間（HIT）是指汽車(chē)與行人接觸至行人頭部與汽車(chē)前部結(jié)構(gòu)接觸之間的時(shí)間間隔。不同身材尺寸撞擊相同汽車(chē)的HIT是不同的。

·試驗(yàn)方法

主機(jī)廠通過(guò)仿真試驗(yàn)?zāi)MActive Bonnet在不展開(kāi)狀態(tài)下不同身材尺寸的行人假人（6歲兒童、5分位女性、50分位男性和95分位男性）確保行人頭部重心撞擊汽車(chē)中線位置的HIT值。

·評(píng)估內(nèi)容

HIT和TRT之間的關(guān)系反映了Active Bonnet在行人碰撞過(guò)程的工作狀態(tài)。兩者之間的關(guān)系決定了在執(zhí)行行人頭型試驗(yàn)過(guò)程中Active Bonnet的工作狀態(tài)（見(jiàn)表3）。

表3 基于HIT和TRT的Active Bonnet工作狀態(tài)表

針對(duì)表3中第2種情況，汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)提供每個(gè)包絡(luò)線位置和不同身高行人HIT關(guān)系圖，示例圖如圖1所示。不同的頭型試驗(yàn)點(diǎn)位采用的試驗(yàn)類(lèi)型可通過(guò)線性插值的方法確定。

圖1 包繞距離（WAD） vs HIT示例圖

④ 低門(mén)檻速度時(shí)汽車(chē)對(duì)行人的碰撞保護(hù)

對(duì)于配置Active Bonnet的汽車(chē)，其行駛速度低于低門(mén)檻速度時(shí)，也需要對(duì)行人提供保護(hù)。

·試驗(yàn)方法

a. 試驗(yàn)區(qū)域

試驗(yàn)區(qū)域由基準(zhǔn)線合圍形成（見(jiàn)圖2）：發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋側(cè)緣基準(zhǔn)線向內(nèi)50 mm線，50 mm是沿著汽車(chē)Y向水平測(cè)量；發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋關(guān)閉線向外50 mm線，50 mm是沿著汽車(chē)Y向水平測(cè)量； 發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋上WAD1000或者系統(tǒng)展開(kāi)狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)的區(qū)域前邊緣向前50 mm線，前者用于所有試驗(yàn)區(qū)域都在Active Bonnet完全展開(kāi)狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)的情況，后者適用于部分區(qū)域在Active Bonnet完全展開(kāi)狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)的情況；發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋上部后緣線。

圖2 低門(mén)檻速度下汽車(chē)行人保護(hù)試驗(yàn)區(qū)域

兒童頭型試驗(yàn)區(qū)域和成人頭型試驗(yàn)區(qū)域的劃分邊界是WAD1700，WAD1700之前的為兒童頭型試驗(yàn)區(qū)域，WAD1700之后的為成人頭型試驗(yàn)區(qū)域。

b. 低門(mén)檻速度下汽車(chē)行人保護(hù)評(píng)估

評(píng)估內(nèi)容： 低門(mén)檻速度下汽車(chē)行人保護(hù)試驗(yàn)區(qū)域的頭型損傷指標(biāo)HIC15值需不超過(guò)1 350；低門(mén)檻速度下汽車(chē)行人保護(hù)試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)2/3的網(wǎng)格點(diǎn)頭型損傷指標(biāo)HIC15值不得超過(guò)1 000 mm。

經(jīng)過(guò)3次物理試驗(yàn)驗(yàn)證，如不滿足上述損傷要求，則行人保護(hù)頭型試驗(yàn)應(yīng)在Active Bonnet不工作狀態(tài)下進(jìn)行。

⑤ 高速時(shí)汽車(chē)對(duì)行人的碰撞保護(hù)

Euro NCAP要求Active Bonnet在汽車(chē)高速碰撞時(shí)也應(yīng)展開(kāi)，以達(dá)到對(duì)行人的碰撞保護(hù)。

·試驗(yàn)方法

具體方法是：使用PDI-2或者HTD以50 km/h的速度沖擊汽車(chē)中心位置或者腿型試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)距離傳感器盡可能遠(yuǎn)的位置。

·評(píng)估內(nèi)容

Active Bonnet顯示觸發(fā)展開(kāi)信號(hào)或觸發(fā)展開(kāi)，不要求其在50 km/h試驗(yàn)工況下完全展開(kāi)。

2. 發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋負(fù)荷變形

Active Bonnet是通過(guò)增加汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋及其下部堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)之間的距離來(lái)減少行人的碰撞傷害。但由于Active Bonnet展開(kāi)后其支撐結(jié)構(gòu)相較于被動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋較弱，行人身體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓潰可能會(huì)影響汽車(chē)對(duì)行人頭部的碰撞保護(hù)，因此，主機(jī)廠應(yīng)通過(guò)數(shù)值模擬的方式證明配置Active Bonnet的汽車(chē)對(duì)行人頭部的保護(hù)不受行人身體其他部位的影響。

數(shù)值模擬工況條件（見(jiàn)圖3）：40 km/h的行駛速度，在發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋上部獲得最小支撐的假人，適當(dāng)?shù)募偃俗藨B(tài)和汽車(chē)中心線位置。基于上述工況，試驗(yàn)可計(jì)算如下數(shù)據(jù)：Active Bonnet在展開(kāi)狀態(tài)下頭型第一接觸時(shí)刻碰撞位置Z向變形量z2，Active Bonnet在未展開(kāi)狀態(tài)下頭型第一接觸時(shí)刻碰撞位置Z向變形量z1，Active Bonnet的展開(kāi)高度h2，Active Bonnet為展開(kāi)狀態(tài)下碰撞位置處發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋與發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋下面硬點(diǎn)之間的有效間隙h3。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋負(fù)荷變形示意圖

基于上述數(shù)據(jù)，Active Bonnet需符合如下要求：z2-z1＜h2×75%，即要求在Active Bonnet工作狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋應(yīng)具備一定的支撐性；h2+h3-z2＞0，即要求在Active Bonnet工作狀態(tài)下，行人頭型不能與發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋下部硬點(diǎn)接觸。

三、結(jié) 語(yǔ)

汽車(chē)行人保護(hù)技術(shù)發(fā)展不僅需要發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋改型優(yōu)化，也需要Active Bonnet這種主被動(dòng)相結(jié)合的行人保護(hù)技術(shù)。Euro NCAP中針對(duì)Active Bonnet通過(guò)數(shù)值模擬和物理試驗(yàn)相結(jié)合的方式，驗(yàn)證Active Bonnet在行人探知、Active Bonnet展開(kāi)時(shí)間、低門(mén)檻速度時(shí)，汽車(chē)對(duì)行人的碰撞保護(hù)、高速時(shí)汽車(chē)對(duì)行人的碰撞保護(hù)和Active Bonnet負(fù)荷變形方面的作用，為Active Bonnet提供一種評(píng)價(jià)方向。