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主动式发动机罩开发要点简介
2021-12-09 19:26:49· 来源：上汽安全与CAE技术
前言关注我们微信公众号的小伙伴们应该注意到了，在前面有一期我们介绍了主动发动机罩的一些基本原理、系统构成和特点以及应用前景等。那么主动式发动机罩在整车
前言
关注我们微信公众号的小伙伴们应该注意到了，在前面有一期我们介绍了主动发动机罩的一些基本原理、系统构成和特点以及应用前景等。那么主动式发动机罩在整车开发过程中，究竟是如何开发的呢？本期我们将对主动式发动机罩的开发要点做一个简单的介绍。
在欧洲主动式发动机罩已经是属于一个比较普遍的配置，近几年国内开发主动式发动机罩的厂商也越来越多，C-NCAP也对主动式发动机罩的开发提出了一些要求，主要包含了对行人的侦测、头部碰撞时间（HIT）、发动机罩负荷变形（Human body deflection）以及闭合状态下（低门槛速度）对行人的保护。
图1 主动式发动机罩开发要点
2、开发要点简介
2.1
行人的侦测
对于主动式发动机罩来说，首先要保证的是车上配备的主动式发动机罩系统能够在撞到行人后侦测到撞到的行人并做出反应。
首先，在开发主动式发动机罩的时候会定义一个低门槛速度，即在此速度下汽车撞到行人之后会展开发动机罩对行人进行保护。一般这个低门槛速度会根据每家厂商的需求来定义，会有所不同，大部分低门槛速度都处于20-30kph之间。
由于路上行人身高、体重以及年龄都有着较大的不同，C-NCAP要求主动式发动机罩系统必须能够侦测到所有可能撞到的行人，因此，C-NCAP官方给出了一个腿型碰撞器PDI2定义为最难侦测的假人（HTD: Hardest To Detect）。若感知系统能够在门槛速度下感知到PDI2并且展开发动机罩，则C-NCAP便认为此系统是有效的。同时车厂如果认为用PDI2不适合，则可以选择自己用不同大小的行人保护假人来做此项工作，但是需要提供额外的仿真和文件，较为繁琐。
图2 PDI2（质量约6.7kg，质心离地约650mm）
图3 可用于HTD的THUMS假人
目前主流的行人感知传感器分为两种，一种为压力传感器，另一种为加速度传感器。由于压力传感器的覆盖范围可以均匀布置到整个前保范围，同时根据压力信号的不同可以相对来说比较容易去区分行人和其他撞击物的区别。目前大部分车厂会选用压力传感器，用加速度传感器在压力信号不足的情况下作为补充。
压力传感器实为一条压力管加两个压力传感器，在压力管两端布置着两个压力传感器，在车辆撞击到行人之后，行人腿部在碰撞的过程中会压缩压力管造成压力管中的压力变化，压力传感器在感知到压力管中的压力变化后给出信号。
图4 压力传感器
加速度传感器一般都是贴在前保内侧，在撞击到行人之后，通过传感器上反馈的加速度来给出信号。
图5 加速度传感器安装示意
由于PDI2的重量仅为6.7kg，因此在低门槛速度的情况下撞击到汽车前保，撞击力给前保的压缩量较为有限，为了将这些压缩量要尽可能的传递给压力管，压力管布置的区域需要为前保最突出的位置。同时由于PDI2的质心离地约650mm，压力管需要布置的位置高度尽可能与PDI2质心高度保持一致。
因此，在项目开发的早期造型阶段，采用压力管传感器的方式的车型需要对造型提出约束：
① 布置压力管的区域前保造型需要在X向最凸出，从而保证与PDI2第一时间接触；
② 压力管布置的高度在Z向需要尽可能的靠近PDI2的质心高度；
当然，控制造型仅仅是第一步，在整车数据完善之后，需要对压力信号进行仿真分析，得知当前数据状态下的信号强度状态，若信号强度过弱或者过强，需要对前端结构进行优化，保证信号的强度。
为了降低主动发动机罩在日常使用中的误报频率，需要在开发过程中，去分析其他非行人类的障碍物的信号，比如小动物，垃圾箱等等。因此在开发过程中，也需要分析当前状态对不同障碍物的信号差异。
最终，这些碰撞信号需要通过样车的实验来获得，然后根据这些信号需要通过写进ECU里面，告诉ECU在什么情况下需要点爆发动机罩，在什么情况下不点爆发动机罩。
2.2头部碰撞时间（HIT：Head Impact Time）
C-NCAP为了保证头部碰撞实验尽可能的还原交通事故中的真实情况，对主动式发动机罩的实验提出了两种实验方法：静态实验和动态实验。区别这两种实验方法的方式为利用CAE仿真的方法，计算出车型从接触到假人的躯干到头部接触到发动机罩的时间差，看主动式发动机罩系统能否在这个时间段内将发动机罩顶升到展开位置。如果能够在能撞击到发动机罩的最小假人头部接触发动机罩之前展开发动机罩，则所有实验可以采用静态实验的方式进展。如果不能满足此要求，则不能满足静态实验区域的点需要进行动态实验从而还原更真实的道路情况。
如何计算HIT？
HIT的计算方法都是采用THUMS假人去计算，主要包含了6岁儿童假人（6YO）、5%分位女性假人（AF05）、50%分位男性假人（AM50）和95%分位男性假人（AM95），目前丰田汽车公司已经免费将其THUMS假人开放供使用。
图6 用于计算HIT的THUMS假人
计算HIT时，首先要确定的是哪个假人是头部可以碰撞到发动机罩的最小假人，由于汽车由于车型的差异，最小假人可能是不同的。对于一般轿车，最小假人一般为6岁儿童。对于较高SUV，最小假人为5%分位女性假人。不过这个可以在整车模型建好后，以45kph的速度去撞击假人右侧便可以知道，假人摆放的位置需要是头部质心处于整车坐标系Y0位置，且脚跟需要尽可能的贴近地面。需要注意的是，在计算HIT时，发动机罩位置需要是在闭合状态。
如果HIT不能满足静态实验要求，则需要绘制一张HIT与WAD的关系图，处于满足发动机罩展开时间WAD以后的点可以采用静态实验，而不满足的需要做动态实验。例如：图7所示，如果机罩展开时间（TRT）一共为60ms，据此图可以知道在60ms位置所对应的WAD为1390，则WAD1390以前的碰撞点需要做动态实验，而WAD1390以后的点可以采用静态实验的方式进行。
图7 HIT vs WAD图示例
2.3发动机罩负荷变形(Human body deflection)
为了保证发动机罩的展开对行人头部的保护是有效的，即展开的发动机罩在头部撞击到发动机罩的时候，发动机罩不会因为行人身体压在上面的原因而被压回到闭合状态或者发生大的变形，C-NCAP对发动机罩负荷变形提出了要求。具体要求如图8和图9所示。
1.未展开仿真：40kph，中心线，行走姿态，50%分位假人（如果发动机罩没有接触5%分位假人）。所有尺寸在头部第一接触时刻头部撞击点垂直测量。
输出：
（1）头部接触点Z向位移：z1
（2）头部第一接触时刻
图8.1 发动机罩展开和未展开变形比较
2.展开仿真：40kph，中心线，行走姿态，50%分位假人（如果发动机罩没有接触5%分位假人）。
输出：
（1）Z向位移：z2
（2） 展开高度：h2
图8.2 发动机罩展开和未展开变形比较
3.要求：z2-z1<75%*h2
例如：
75mm – 50mm<75%*100mm
25mm<75mm (=OK)
4.仿真：40kph，中心线，行走姿态，50%分位假人（如果发动机罩没有接触到5%分位假人）。
z2：作用在发动机罩的垂直位移
h2：头部撞击点展开的高度
h3：在头部撞击点未展开发动机罩到发动机罩下面硬点的间距
要求：（h2+h3）- z2>0
图9 发动机罩变形要求
为了满足此要求，机罩展开后在开发过程中必须开发一个锁止机构保证发动机罩的展开位置。当前锁止机构分为两种：铰链锁止和点爆器锁止。铰链锁止顾名思义就是在铰链上设置一个锁止机构，在展开之后锁止。点爆器锁止是指点爆器在顶开发动机罩后，维持在展开锁止位置阻止发动机罩回落。而点爆器锁止为在点爆器点爆之后可以撑在展开位置保持发动机罩在展开位置不会回落。同时也要保证发动机罩本身的强度，不能太弱。
2.4闭合状态下对行人的保护
由于主动式发动机罩需要在一定速度下才能展开，而在不展开的情况下也需要对行人有着保护作用，因此，C-NCAP需要提供在低门槛速度下，头部的伤害值满足一定要求：
1. 展开情况下预测为绿色、黄色和橙色的点，在闭合状态下的伤害值不能超过1350;
2. 发动机罩考核区域在闭合状态下，有不少于2/3的网格点伤害值不超过1000;
虽然主动式发动机罩能够提供额外的空间保护头部，但是为了满足闭合状态下的要求，在前期检查空间布置的时候，还是需要预留一些空间能够满足闭合状态下的伤害值要求。
2.5假人的认证
目前Euro NCAP官方对开发主动式发动机罩的假人有认证要求，具体要求可以参照文件TB024来进行认证，只有满足了TB024认证之后的假人才被Euro NCAP认可。
而C-NCAP目前对假人认证没有做出要求，但是开发过程中，建议参照Euro NCAP的TB024文件对假人进行认证。
3总结与展望
行人保护五星得分要求越来越严格，同时造型对发动机舱布置的空间的要求越来越苛刻，国内各大主机厂都纷纷开始尝试开发主动式发动机罩，但是当前主动式发动机罩仍然有着很多的弊端，比如开发成本高昂，误报率高等。在以后的开发中，需要引进一些更先进且更廉价的方法来改进此系统。
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