基于交通事故數據的彈起式發動機罩功能有效性分析*

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，汽車車身先進設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 彈起式發動機罩 行人保護 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境中的弱勢群體。根據中國交通事故深入研究（China In-Depth Accident Study，CIDAS）數據庫的數據，人體簡明損傷定級（Abbreviated Injury Scale，AIS）3+部位統計中，頭部損傷占比最高，達41.84%。

為了降低事故中VRU 頭部損傷，一些學者開展了相關研究。聶冰冰等人研究了行人頭部沖擊響應的影響機理，并提出了一種發動機罩結構，結果表明，該發動機罩有效改善了碰撞時對行人頭部的保護性能；辛龍等人基于行人頭部保護要求，開發了一種非均勻式發動機罩蓋內板結構。在優化發動機罩結構的基礎上，為了進一步提升車輛的行人保護性能，許多車企對彈起式發動機罩技術進行了廣泛研究與應用。劉洋等人討論了彈起式發動機罩的設計要點，提出了彈起式發動機罩技術條件，并指出其關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動機罩抬升裝置的性能評估進行了研究；苗強等人研究了有利于行人保護的可逆抬升式發動機罩，提出了一種新型可逆式發動機罩抬起技術。然而，彈起式發動機罩在實際交通事故中的表現鮮有文獻述及。與此同時，彈起式發動機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動機罩點爆的事故數據，分析當前彈起式發動機罩技術對VRU保護的有效性，提取誤作用場景，為彈起式發動機罩標定矩陣定義及功能有效性評價提供參考。

2 彈起式發動機罩系統開發

2.1 彈起式發動機罩系統功能原理

彈起式發動機罩系統主要由發動機罩、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發生碰撞，通過傳感器感知碰撞信號，當達到點火門限時，由控制器向頂升器發出點火指令，實現發動機罩瞬間抬起一定高度，增大了VRU頭部與發動機罩下側硬點的空間，從而減小VRU 頭部損傷。

圖1 彈起式發動機罩系統

2.2 彈起式發動機罩標定

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

表1 彈起式發動機罩不點爆試驗矩陣

表2 彈起式發動機罩點爆試驗矩陣

對于主動傳感器，如前視攝像頭，主要是訓練攝像頭的VRU 識別算法，使其能夠在復雜的視角場環境中辨別出VRU 的存在，輔助控制器判斷是否觸發彈起式發動機罩。

3 彈起式發動機罩事故數據分析

3.1 數據來源

本文共搜集了彈起式發動機罩點爆事故140起，數據來源涉及互聯網車型論壇、網絡視頻平臺、維修數據、企業數據庫（包含國家車輛事故深度調查體系（National Automobile Accident In-Depth Investigation System，NAIS）/CIDAS/上海聯合道路交通安全科學研究中心（ShangHai United Road Traffic Safety Scientific Research Center，SHUFO）等數據），數據時間節點為2016～2021年共6 年。本文僅對彈起式發動機罩點爆的交通事故數據進行分析，相關的車型、配置以及彈起式發動機罩的結構等車型數據不在本文中體現。

3.2 事故數據統計分析

提取每起事故的關鍵參數，進行數據的基本統計分析。由于數據來源的局限性，每一起事故數據信息的完整度不同，部分事故數據可能存在缺失，因此在統計分析各類參數時樣本量有一定范圍的變化。

關鍵參數項包括事故類型、事故形態、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

根據事故參與方的類型進行分類，具體分布如表3所示，其中，“其他”事故為乘用車與2 類不同性質的參與方發生碰撞。

表3 彈起式發動機罩點爆事故類型分布

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

表4 彈起式發動機罩點爆事故形態分布

3.2.2 碰撞物類型分析

按照碰撞物的類型進行統計分析，結果如表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。

通過對彈起式發動機罩點爆事故參與方進行分析，結合常用的標定矩陣（表1和表2），在不點爆工況中，理論上彈起式發動機罩與樹枝、石塊、籃球和小動物碰撞的工況下均應不點爆，然而實際點爆事故中此類事故占事故總數的35.71%（統計了碰撞物為道路表面、路肩、柱、狗、雞）。在彈起式發動機罩點爆事故中，標定物沒有在標定矩陣中覆蓋的占總事故的47.86%，說明現有標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 彈起式發動機罩的工況提取

沖突場景用于描述事故發生前的交通沖突形式，不需要考慮道路的設計形式和其他基礎設施、參與方類型、事故的責任方或導致方等，有相同運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參與方，二者的相對運動方向和相對位置均應在場景中體現，自身參與方或目標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，自身參與方為彈起式發動機罩點爆的車輛，結合目標參與方的類型和數量的占比提取典型場景。

4.1 沖突場景提取

通過對事故數據的篩選，140 起事故中有108 起事故可以根據沖突類型進行分類，因此在場景的分析中樣本量為108個。

在彈起式發動機罩點爆的事故中，有30 起事故為與前方正常直行的目標物碰撞，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

按照目標參與方的類型分別對沖突類型進行統計，分析在不同目標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、右側來的目標物、與前方正常直行的目標物類型較多。另外在VRU事故中，與二輪/三輪車碰撞的事故數量有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

在彈起式發動機罩的開發過程中，對于應作用的場景，可通過CIDAS/NAIS 等數據庫中VRU事故數據的統計分析，提取典型的彈起式發動機罩測試場景，也可參考其他學者的研究，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，然而彈起式發動機罩誤作用的場景目前沒有相關研究。

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

表12 3個典型的誤作用沖突場景

4.3 標定矩陣的優化

通過對事故數據的統計分析，可將現有的標定矩陣進行對應的優化。根據表12 提取的3 個典型誤作用沖突場景將彈起式發動機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、溫度等參數保持不變。優化后的彈起式發動機罩標定矩陣如表13 和表14 所示，將優化后的標定矩陣能夠避免本文涉及的彈起式發動機罩誤點爆事故比例作為評價其有效性的標準，不同標定物的覆蓋比率參考3.2.2 中碰撞物的分析數據，可發現優化后的彈起式發動機罩的有效性理論上可達到83.57%，即優化后的矩陣理論上可覆蓋碰撞物為道路表面、防護欄、柱類、路肩、乘用車、二輪/三輪、行人、狗、雞等。

表13 彈起式發動機罩不點爆試驗矩陣

表14 彈起式發動機罩點爆試驗矩陣

5 結束語

本文介紹了彈起式發動機罩的工作原理和標定過程，同時通過對彈起式發動機罩點爆的事故進行統計分析，發現在實際交通事故中彈起式發動機罩起作用的VRU 事故占比非常小，僅占彈起式發動機罩點爆事故數量的16.43%。本文通過對彈起式發動機罩誤作用的事故進行分析，提取了彈起式發動機罩的3種典型誤作用場景以及碰撞目標物類型，為彈起式發動機罩的開發以及評價提供了場景支持。同時在對彈起式發動機罩點爆事故分析的基礎上，對現有的標定矩陣進行了優化，使彈起式發動機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、移動防護欄、過水路面等非典型場景也可作為彈起式發動機罩標定場景，從而進一步降低彈起式發動機罩的誤作用率，提高其功能有效性。