基于2021版C-NCAP的乘員保護修正項評價結果分析

王立民 李志 黃志剛

摘? 要：2021版C-NCAP相較于2018版首次引入了乘員保護修正項目，使車輛乘員保護性能的評價更加全面。本文總結乘員保護修正項評價過程中罰分頻率較高的項目及常見的問題，按不同試驗及假人類型梳理出現罰分的評價項目。之后解析乘員保護修正項目評價原理，深入分析問題原因，同時給出整改方法供車企被動安全工程師參考。

關鍵詞：C-NCAP；乘員保護；修正項；安全性能評價

中圖分類號： U467.1+4? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2024）02-0033-06

Analysis of assessment results of occupant protection modifiers based on 2021 version C-NCAP

WANG Li-min， LI Zhi， HUANG Zhi-gang

（CATARC Automotive Test Center（Tianjin） CO.， Ltd.， Tianjin 300300， China）

Abstract： The 2021 version C-NCAP introduces occupant protection modification for the first time compared to the 2018 version， making the assessment of vehicle occupant protection performance more comprehensive. This paper summarizes the items with high penalty frequency and common problems in the assessment process of occupant protection modifier items， and sorts out the assessment items with penalty points according to different tests and dummy types. After analyzing the assessment principle of occupant protection modifier project， in-depth analysis of the causes of problems， and rectification methods are given for the reference of passive safety engineers of automobile enterprises.

Key Words： C-NCAP; Occupant Protection; Modifier; Safety Performance Assessment

1? ? 前言

車輛被動安全性能的傳統評價方法主要依賴于假人傷害值和車身變形量兩個方面[1-4]。在各類國標和新車評價規程（New Car Assessment Program，NCAP）中，高速碰撞工況的評價基本上都以假人傷害值算法體系為主體，把假人傳感器采集到的數據代入標準定義的指標中判斷結果或計算得分。單純從假人傷害值評價約束系統對乘員的保護作用存在一些缺陷和不足，為了能更加全面地檢測車輛乘員保護性能，歐盟新車安全評鑒協會（European New Car Assessment Programme，Euro NCAP）自2013版規程起就增加了氣囊觸底評價項目等一系列修正項目。圍繞氣囊、安全帶等約束系統及車身結構的保護性能展開評價，對于不符合要求的情況在假人相應保護部位給予罰分[5]。中國新車評價規程（China-New Car Assessment Program，C-NCAP）在2021版中同樣引入了類似的罰分項目，也稱作乘員保護主觀評價項目。相比于Euro NCAP，C-NCAP的主觀評價項目更多，覆蓋更加全面[6]。

在2021版C-NCAP中，乘員保護修正項圍繞四大碰撞工況制定，分別為正面50%重疊移動漸進變形壁障碰撞（Mobile Progressive Deformable Barrier，MPDB）、正面全寬剛性壁障碰撞（Full-width Rigid Barrier，FRB）、側面移動壁障碰撞（AE-MDB）和側面柱碰撞（POLE）。其中兩個正面碰撞試驗形式的修正項目更多，可針對假人不同的部位進行分類。修正項目的設立使得乘員保護的評價不止局限于幾個固定的工況，其設立的根源可以追溯到覆蓋更多體征的乘員、更加劇烈的工況、更廣泛的接觸區域等，這使得乘員保護評價的魯棒性大大提高。

下面對乘員保護修正項評價過程中罰分頻率較高的項目進行匯總整理，針對典型問題進行分析并給出改善意見（相同問題不重復討論）。

2? ? MPDB工況

MPDB工況和FRB工況在修正項方面有很多一致的項目，但也有各自的特色。由于MPDB工況50%偏置的特點，偏重考察車身結構方面的性能。

2.1? ?前排駕駛員

在“乘員艙完整性”、“肩帶負載力”和“腳部空間破裂”三個項目中，部分車型出現了罰分情況。

2.1.1 乘員艙完整性

當乘員艙結構變得不穩定時，任何額外的載荷都可能導致乘員艙不可預測的過度變形塌陷。不穩定的乘員艙結構使得車輛的測試結果和可重復性變差，降低試驗數據的可信度。

一般乘用車中常見的載荷傳遞路徑分為上、中、下三條。上路徑為A柱。中路徑為門內橫梁，橫梁靠近A柱一端固定在腰線高度，靠近B柱一端固定在B底部對應位置。下路徑為門檻。三條載荷傳遞路徑是支撐乘員艙的主要框架，如果碰撞后出現大變形的彎曲、潰縮等失效情況，會嚴重擠壓乘員生存空間。碰撞后儀表板、轉向柱和氣囊的位置嚴重依賴于儀表板橫梁的位置，如果儀表板橫梁與A柱的連接點失效，儀表板大幅度后移會減少乘員緩沖吸能空間，對乘員各部位傷害值造成難以預估的風險。

事故研究表明，防止乘員艙侵入是降低傷害風險的重要因素。如果有足夠的空間，約束系統可以以受控的方式使乘員減速，將負載均勻地施加在車身最堅固的部位。

如果侵入發生，并且乘員艙已經達到或超過了其控制入侵的能力，單個試驗中的假人結果可能無法反映在輕微不同的撞擊條件或乘員特征下可能預期的變化。因此，使用乘員艙穩定性失效罰分項來表明通過假人評分反映的車輛保護水平不能在現實中車輛將經歷的各種事故場景中都能得到保證。

儀表板橫梁與A柱的連接螺栓出現斷裂失效是一種非常危險的情況，表明儀表板橫梁與車身已經出現錯位的風險。當碰撞沖擊強度進一步加劇時，現有載荷傳遞路徑無法繼續保證結構強度，儀表板位置更加向后，擠壓乘員生存空間，造成嚴重損傷。檢查車身其他部位也發現該車輛左側A柱頂端和與門檻相連的底端均出現彎折變形，導致門框變形。

相比于尺寸、質量大的車輛，小型車輛更容易出現乘員艙完整性失效的問題。針對該問題的改進措施如下：

（1）增強車輛前端結構的吸能特性。充分利用前機艙吸能空間和防撞梁、吸能盒、縱梁的吸能效果。

（2）增強車輛乘員艙結構強度。優化載荷傳遞部件的結構設計和制作材料，如增大A柱和門檻的截面積，使用高強度鋼材作為原材料加工或補強相關零部件。改善制造工藝，增強A柱與門檻、A柱與儀表板橫梁的連接強度。

（3）優化載荷傳遞路徑。通過整車結構優化，使更大比例的載荷沿A柱和門檻進行傳遞，減輕前圍板和儀表板橫梁所受載荷。

2.1.2 肩帶負載力

過高的肩帶力會增加假人胸部載荷，使乘員胸部和頸部損傷風險大大增加，造成勒斷乘員肋骨、鎖骨等保護不當的情況。圖1展示了某試驗超過6kN的肩帶負載力曲線。

安全帶作為重要的車輛被動安全約束系統之一，在乘員保護領域的作用舉足輕重。安全帶的選配和參數設置是需要參考多種因素并反復驗證的系統工程。圖2所示的光滑拋物線形式的肩帶負載力曲線通常在普通三點式安全帶上發生。使用限力式安全帶能有效降低肩帶力帶能針對肩帶負載力峰值過高的問題，可適當降低安全帶限力等級，根據需要更換安全帶內部扭力桿直徑來調整肩帶力。優化前應充分考慮安全帶力降低后可能帶來的影響。

2.1.3 腳部空間破裂

在正面碰撞過程中，腳步空間區域通常會擋在載荷傳遞路徑上。如果腳步空間區域強度設計不夠或載荷傳遞路徑設計不合理，可能會導致腳步空間所受載荷超過承受限值，導致腳步空間破裂現象。本項目的考察加強了對乘員腳部空間的保護，減少外部載荷對乘員腳部的傷害?？偨Y腳步空間結構失效類型如下：

（1）鈑金搭接部位的焊點失效，出現裂縫。如果通過裂縫，腳步空間能內外連通，則腳步空間外側的底盤零部件有通過裂縫插入腳步空間的風險，對乘員下肢造成損傷。容易出現裂縫的搭接位置有：腳底板與門檻；腳底板之間；腳底板與中通道；腳底板與前圍板。

（2）腳步空間整體強度失效，出現劇烈潰縮變形。這種情況表明腳步空間已經無法承受外加載荷，外部載荷透過腳底板傳遞到乘員腳步和小腿。

（3）鈑金開裂和劇烈潰縮變形疊加出現。

針對這些腳步空間失效現象，可參考如下思路予以改善?？傮w改進方案為加強腳步空間結構強度和優化載荷傳遞，同時減少因應力集中造成的局部失效開裂。對于前端結構比較復雜的燃油車，應合理布局發動機艙內部的結構部件，減少零部件的堆壓，給予緩沖空間，從縱向力的擠壓下降低主駕腳部空間所受載荷面積，減少受力情況。

在結構加強方面，可增加縱向加強筋板提供支撐，采用二層或多層結構加強保護。

2.2? ?前排乘員

在“肩帶負載力”項目中，部分車型出現了罰分情況。

2.3? ?第二排女性假人

在“頭部向前超線”、“安全帶佩戴位置”、“肩帶負載力”、“骨盆下潛”等項目中，部分車型出現了罰分情況。

2.3.1 頭部超線

在碰撞過程中，第二排女性假人頭部前傾量過大，假人頭部撞擊前排座椅靠背的風險也越高。如果假人頭部與前排座椅靠背發生硬接觸，會對假人頭部傷害值造成額外損傷和不利影響。圖2展示了第二排女性假人是否超線的判定過程，通過側面攝像觀察假人頭部在達到最大前傾量時是否越過450mm、550mm靠背最后標記線。一般情況下，相同車型在50km/hFRB工況下的碰撞波形強度要高于50km/hMPDB工況。車輛在FRB工況下更容易出現第二排女性假人超線問題。

假人頭部過度前傾的問題通過提高安全帶限力等級的方法改善，增強安全帶對假人的約束。但是這種方式同樣會造成肩帶負載力提高，增大假人胸部載荷，降低假人胸部評分。因此，減小假人頭部前傾量和減小肩帶負載力兩個優化目標對安全帶的調節方向相反。對于安全帶的參數設置，需要避免只考慮一方面因素的極端情況，綜合考慮各方面需求，制定合理的參數。

第二排假人頭部超線罰分，可以通過滑臺驗證試驗取消。在實車碰撞試驗中第二排女性假人乘坐的相同位置放置HIII50th假人進行滑臺試驗，如果假人頭部不會接觸到前排靠背或當接觸到前排座椅時，HIC15低于700，可以消除罰分。

2.3.2? 安全帶佩戴位置

本項目的設立主要考察安全帶在胸部佩戴路徑是否過高，以是否“蓋孔”作為判定基準。如果安全帶在假人胸部相對過高的位置，有可能避開胸壓傳感器，使得碰撞后獲得更好的假人胸部傷害值。安全帶佩戴位置過高的設計，一方面不能真實反應假人胸部傷害結果，也容易出現安全帶勒乘員脖子的情況。在調節假人階段，如果出現蓋孔問題，可通過調節安全帶高調來降低安全帶胸部路徑。如果調整高調位置仍不能改善，需要進行罰分。圖3展示安全帶蓋孔情況。

對于尺寸固定的假人，安全帶佩戴路徑由座椅位置，車身結構和安全帶固定點位置共同決定。需要從車輛設計階段予以重視，綜合考慮人機工程學等各方面因素影響，使安全帶路徑處于合理位置。

2.3.3 骨盆下潛

下潛問題指碰撞過程中，腰帶從髂骨前緣滑向腹部。下潛問題發生時，乘員腹部受到腰帶的壓迫，嚴重情況下會導致內臟損傷。目前THOR假人和HIII05th女性假人均標配髂骨力傳感器，能進行骨盆下潛判定。分析統計結果發現，相比于前排乘坐的THOR假人和HIII05th女性假人，第二排HIII05th女性假人更容易出現下潛問題。下潛發生時，髂骨力曲線在減小階段出現較大的髂骨力變化速率，髂骨力速率曲線出現突變尖峰，如圖4所示。通過高速視頻能觀察到，下潛瞬間安全帶腹帶勒進假人腹股溝中，如圖5所示。

為解決下潛問題，一方面安全帶下固定點不能布置的過高和過于靠后，以增大腰帶與骨盆平面夾角。同時增強座椅對假人的約束能力，加強坐墊對假人的支撐作用，通過增大座椅坐墊的反力來減少骨盆的前向位移和下向位移。

2.4? ?第二排兒童假人

部分車型出現了安全帶滑肩的情況，造成罰分。

MPDB試驗中，第二排兒童假人為Q10假人，其年齡和體征尺寸較大，通常不能乘坐CRS（兒童約束系統）兒童座椅，需要使用成人安全帶加以約束。如果在碰撞過程中，安全帶出現勒脖子或從假人肩部滑落，都屬于保護不當情況。兒童頸部相比成人更加脆弱，安全帶勒頸會給兒童乘員頸部帶來巨大風險，是需要極力避免的一種危險工況。乘員肩部是安全帶重要的受力點。碰撞過程中安全帶從肩部滑落后，無法對乘員提供充足有效的約束，可能導致假人過度前傾，頭部撞擊前排座椅靠背。圖6展示了安全帶滑肩情況。

安全帶勒頸和滑肩問題與CRS和安全帶路徑有密切關系?？赏ㄟ^更換CRS座椅嘗試改善相關問題。

3? ? FRB主觀評價

相比于MPDB，FRB試驗獨有的修正評價項目是膝部風險點考察。

3.1? ?前排駕駛員

在“頭部氣囊觸底”、“肩帶負載力”項目和膝部風險點項目中，部分車型出現了罰分情況。

3.1.1 頭部氣囊觸底

頭部氣囊觸底表現為當氣囊內氣體不足時，假人頭部隔著氣囊與氣囊后方部件，如方向盤、儀表盤等發生硬接觸，屬于一種氣囊失效或保護不當的現象。C-NCAP頭部氣囊觸底判定方法為：當假人頭部與氣囊深度接觸階段，觀察到頭部所受外力加速度曲線中存在一個或幾個明顯的尖峰時，對這些尖峰的起點和終點進行平滑插補處理，如果其峰值應比插補曲線對應值高出5g以上，且至少持續3ms，考慮判定為觸底。下面結合具體案例說明。

圖7展示了某試驗駕駛員假人側面攝像截圖和該假人頭部外力加速度曲線。分析假人頭部外力加速度曲線發現在110ms～150ms階段，曲線在主波峰外出現異常的峰值較大的突增。觀察該曲線對應視頻，重點檢查該突增對應時間段內假人頭部運動情況?？砂l現在120ms后假人頭部深埋入主氣囊中，假人頭部與氣囊重疊量大，超過3/4的頭部長度。此時間段內，主氣囊剩余氣體較少，假人頭部與除方向盤外其他部件無硬接觸可能，因此曲線突增是由頭部擊穿氣囊與方向盤發生硬接觸造成的。硬接觸使頭部所受外力增加，導致外力加速度曲線出現額外的波峰。分析該波峰量級，符合“3ms/5g”要求。綜合曲線和視頻可判定，本案例符合觸底罰分規則。

氣囊觸底的判定需要結合視頻與曲線綜合考慮，二者缺一不可。

3.1.2 膝部風險點

在膝部評價方面，通過膝部風險點的選取并進行Knee mapping滑臺驗證試驗，可從整體上提升儀表臺與膝部或小腿撞擊后安全的魯棒性。在2021年C-NCAP中，使用FRB試驗后車輛進行膝部風險點選取。同時要綜合MPDB和FRB結果進行knee mapping前提條件判定。符合knee mapping前提條件的車型才有資格進行Knee mapping滑臺試驗，滑臺試驗結果合格，可以消除膝部風險點罰分。

不符合knee mapping前提條件的車型中，問題點主要為以下三項：

（1）乘員艙完整性罰分；

（2）腳部空間罰分；

（3）在MPDB或FRB試驗中，前排假人膝部傷害值（膝位移和大腿力）超標。

膝部風險點的選取主要圍繞兩個方面去考察，即大腿力或膝位移是否超標。在乘員艙空間較小或者約束系統限制乘員移動能力不足的情況下，碰撞過程中前排假人前向移動過大會導致假人下肢與儀表板接觸，當膝蓋與儀表板發生硬接觸可能會造成大腿力超標；當小腿被儀表板攔住而大腿繼續前移可能會造成膝位移超標。

綜合評價經驗給出膝部傷害值改善意見如下：

（1）加強座椅和安全帶等約束系統對假人的約束情況，以減少碰撞過程中假人下肢的前向位移量。重點發揮安全帶腰帶的約束作用，使用預緊式限力安全帶。

（2）減少儀表板表面尖銳突出造型。

（3）在膝部能接觸到的儀表板范圍和轉向管柱護罩背后（可參考CNCAP膝部評價區域）較近區域不要布置金屬支架。減少膝部硬接觸出現的可能。

3.2? ?前排乘員

在“肩帶負載力”項目和膝部風險點項目中，部分車型出現了罰分情況。

3.3? ?第二排女性假人

在“頭部向前超線”、“肩帶負載力”、“骨盆下潛”、“安全帶失效”等項目中，部分車型出現了罰分情況。

圖8展示了一種安全帶失效情況?？砂l現部分安全帶織帶發生斷裂，安全帶扣紅色按鈕破裂。在碰撞過程中，安全帶帶扣損壞后，插片從帶扣中飛出，導致安全帶無法繼續約束乘員。乘員整體向前運動砸到前排座椅上。安全帶帶扣破裂是造成此次問題的主要原因。

針對上述問題，需要在產品開發階段驗證安全帶系統強度等性能，加強品控。

3.4? ?第二排女性假人

部分車型出現了ISOFIX裝置失效罰分情況。

對于安全帶類兒童座椅，CRS固定裝置為安全帶。對于ISOFIX類兒童座椅，CRS固定裝置為ISOFIX下固定點和Top tether上固定點。如果相應的安全帶和固定點發生損壞或斷裂，屬于固定裝置失效情況。圖9為ISOFIX下固定點斷裂情況。

針對上述情況，需要調查ISOFIX裝置設計情況和所用材質，多進行固定點強度驗證試驗以確保其強度。

4? ? 側面碰撞工況

側面碰撞工況（AE-MDB和POLE）中，乘員保護修正項目主要集中在側面氣簾和側氣囊評價。2021版C-NCAP氣簾評價項目包括：外觀尺寸、展開形態、動態保護和保壓性能。部分車型在外觀尺寸出現罰分，主要原因在于評價區域內非充氣區域尺寸或面積不符合標準要求。此外在開發過程中需注意側面氣簾在展開過程中不能有硬質飛濺物的出現，同時假人頭部應被氣簾充氣區域穩穩承接，不能與B柱、C柱等部件產生硬接觸。側氣囊主要觀察有無錯誤展開的情況發生。

5? ? 結論

通過分析兩種正面碰撞試驗類型（MPDB和FRB）中各位置假人主觀評價項目問題情況，發現第二排女性假人出現罰分的項目和比率較高，其次為THOR假人和FRB工況中的前排男性假人。第二排女性假人出現的問題主要來源于兩種約束系統，安全帶和座椅。如安全帶匹配不當造成的肩帶負載力過大、頭部超線和安全帶蓋孔，因座椅約束不足造成的骨盆下潛。THOR假人因車身結構問題出現罰分的情況較多，如乘員艙結構完整性和腳部空間破裂。對于FRB工況中的前排男性假人，應重點關注車輛約束系統對假人頭部和膝部的保護效果。

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