基于欧洲新车评价规程的主动式发动机罩盖系统技术要求解析

文/崔义忠

随着我国汽车产业飞速发展，道路交互场景日趋复杂，人车交互概率增高。行人作为道路交通弱势群体，其伤亡比例较高。据不完全统计，在汽车与行人事故中，行人的死亡率达30%以上。行人头部和汽车前部结构，尤其是汽车发动机罩盖及其下部坚硬结构之间的碰撞伤害是行人致死的主要原因。主动式发动机罩盖技术是现阶段增加行人头部碰撞缓冲距离有效的且实施可行性较高的技术手段。

一、新车评价规程现状

新车评价规程（NCAP）是独立于汽车企业和零部件厂家的用于测评汽车安全性能的评价规程。NCAP对汽车的乘员保护、儿童保护和行人保护等安全性能均提出较高的要求。主流的NCAP，如欧洲、美国、拉丁美洲和我国的NCAP等对主动式发动机罩盖系统（Active Bonnet）均有相似的技术规范。本文将结合国际上认可程度较高的Euro NCAP——《弱势道路使用者测试规程》（以下简称“Euro NCAP 9.0.2”）研究Active Bonnet的试验方法和技术要求。

Euro NCAP 9.0.2对配置Active Bonnet的汽车提出了5个方面的验证要求，分别为：行人探知、Active Bonnet展开时间、低门槛速度时汽车对行人的碰撞保护、高速时汽车对行人的碰撞保护和发动机罩盖负荷变形。本文将就上述验证要求，分别进行解析，希望能为我国的Active Bonnet的开发验证规程提供参考。

二、Euro NCAP

1. 行人探知

Active Bonnet响应时间（TRT）是验证其探知能力的重要参数。Active Bonnet响应包含两个过程，即Active Bonnet感应和主动式发动机罩盖展开，故TRT为主动式发动机罩盖感应时间（ST）和主动式发动机罩盖展开时间（DT）之和。

① 行人探知试验方法

规程要求至少完成3次物理试验。

·试验区域

该区域是指验证Active Bonnet的行人探知能力的冲击位置，在保险杠试验区域内。

·冲击器

试验使用腿型冲击器（PDI-2），将其作为最难探测行人。如果汽车生产企业认为PDI-2不适合作为最难探知假人（HTD），汽车生产企业应通过物理试验和数值模拟相结合的方式，证明Active Bonnet在低门槛撞击速度下具备探知不同身高行人的能力。数值模拟验证矩阵如表1所示。

表1 数值模拟验证矩阵

经过数值模拟验证后，试验选取适合说明HTD进行Active Bonnet响应时间测量的物理试验。针对部分行人的身材尺寸较大，试验选用下腿型冲击器验证Active Bonnet的行人探知能力。

·试验速度

试验速度选用Active Bonnet的低门槛速度和下腿型试验速度。

结合上述分析，Active Bonnet的行人探知能力的试验方案见表2。其中，第一次物理试验还需要验证Active Bonnet展开功能，并可使用闪光灯标记其工作状态，如果闪光灯能准确标记其工作状态，后续物理试验可使用闪光灯表示主动式发动机罩盖展开功能正常与否。

表2 行人探知试验方案

② 行人探知评估内容

试验需验证Active Bonnet的感知系统的能力，具体内容为：Active Bonnet在撞击较大甚至是上限尺寸行人的展开状态，行人碰撞传感器的工作有效性，Active Bonnet在低门槛速度条件下的展开状态。

③ Active Bonnet展开时间

行人头部冲击时间（HIT）是指汽车与行人接触至行人头部与汽车前部结构接触之间的时间间隔。不同身材尺寸撞击相同汽车的HIT是不同的。

·试验方法

主机厂通过仿真试验模拟Active Bonnet在不展开状态下不同身材尺寸的行人假人（6岁儿童、5分位女性、50分位男性和95分位男性）确保行人头部重心撞击汽车中线位置的HIT值。

·评估内容

HIT和TRT之间的关系反映了Active Bonnet在行人碰撞过程的工作状态。两者之间的关系决定了在执行行人头型试验过程中Active Bonnet的工作状态（见表3）。

表3 基于HIT和TRT的Active Bonnet工作状态表

针对表3中第2种情况，汽车生产企业应提供每个包络线位置和不同身高行人HIT关系图，示例图如图1所示。不同的头型试验点位采用的试验类型可通过线性插值的方法确定。

图1 包绕距离（WAD） vs HIT示例图

④ 低门槛速度时汽车对行人的碰撞保护

对于配置Active Bonnet的汽车，其行驶速度低于低门槛速度时，也需要对行人提供保护。

·试验方法

a. 试验区域

试验区域由基准线合围形成（见图2）：发动机罩盖侧缘基准线向内50 mm线，50 mm是沿着汽车Y向水平测量；发动机罩盖关闭线向外50 mm线，50 mm是沿着汽车Y向水平测量； 发动机罩盖上WAD1000或者系统展开状态下进行试验的区域前边缘向前50 mm线，前者用于所有试验区域都在Active Bonnet完全展开状态下进行试验的情况，后者适用于部分区域在Active Bonnet完全展开状态下进行试验的情况；发动机罩盖上部后缘线。

图2 低门槛速度下汽车行人保护试验区域

儿童头型试验区域和成人头型试验区域的划分边界是WAD1700，WAD1700之前的为儿童头型试验区域，WAD1700之后的为成人头型试验区域。

b. 低门槛速度下汽车行人保护评估

评估内容： 低门槛速度下汽车行人保护试验区域的头型损伤指标HIC15值需不超过1 350；低门槛速度下汽车行人保护试验区域内2/3的网格点头型损伤指标HIC15值不得超过1 000 mm。

经过3次物理试验验证，如不满足上述损伤要求，则行人保护头型试验应在Active Bonnet不工作状态下进行。

⑤ 高速时汽车对行人的碰撞保护

Euro NCAP要求Active Bonnet在汽车高速碰撞时也应展开，以达到对行人的碰撞保护。

·试验方法

具体方法是：使用PDI-2或者HTD以50 km/h的速度冲击汽车中心位置或者腿型试验区域内距离传感器尽可能远的位置。

·评估内容

Active Bonnet显示触发展开信号或触发展开，不要求其在50 km/h试验工况下完全展开。

2. 发动机罩盖负荷变形

Active Bonnet是通过增加汽车发动机罩盖及其下部坚硬结构之间的距离来减少行人的碰撞伤害。但由于Active Bonnet展开后其支撑结构相较于被动式发动机罩盖较弱，行人身体对发动机的压溃可能会影响汽车对行人头部的碰撞保护，因此，主机厂应通过数值模拟的方式证明配置Active Bonnet的汽车对行人头部的保护不受行人身体其他部位的影响。

数值模拟工况条件（见图3）：40 km/h的行驶速度，在发动机罩盖上部获得最小支撑的假人，适当的假人姿态和汽车中心线位置。基于上述工况，试验可计算如下数据：Active Bonnet在展开状态下头型第一接触时刻碰撞位置Z向变形量z2，Active Bonnet在未展开状态下头型第一接触时刻碰撞位置Z向变形量z1，Active Bonnet的展开高度h2，Active Bonnet为展开状态下碰撞位置处发动机罩盖与发动机罩盖下面硬点之间的有效间隙h3。

图3 发动机罩盖负荷变形示意图

基于上述数据，Active Bonnet需符合如下要求：z2-z1＜h2×75%，即要求在Active Bonnet工作状态下，发动机罩盖应具备一定的支撑性；h2+h3-z2＞0，即要求在Active Bonnet工作状态下，行人头型不能与发动机罩盖下部硬点接触。

三、结 语

汽车行人保护技术发展不仅需要发动机罩盖改型优化，也需要Active Bonnet这种主被动相结合的行人保护技术。Euro NCAP中针对Active Bonnet通过数值模拟和物理试验相结合的方式，验证Active Bonnet在行人探知、Active Bonnet展开时间、低门槛速度时，汽车对行人的碰撞保护、高速时汽车对行人的碰撞保护和Active Bonnet负荷变形方面的作用，为Active Bonnet提供一种评价方向。