張新宇，劉彥君，呂 鑫 Zhang Xinyu，Liu Yanjun，Lü Xin

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基于NCAP的不同國家行人保護評價體系相關性研究

張新宇，劉彥君，呂 鑫 Zhang Xinyu，Liu Yanjun，Lü Xin

（北京現(xiàn)代汽車有限公司技術中心，北京 101300）

根據(jù)2013年中國交通事故統(tǒng)計，行人傷亡事故的比例超過23%。為降低行人在交通事故中的損傷風險，各國都在推進行人保護評價方案的發(fā)展。目前Euro-NCAP和J-NCAP行人保護評價方案已經(jīng)逐步完善，C-NCAP行人保護評價方案（概要）也已提出，并將于2018年執(zhí)行。對比C-NCAP行人保護評價方案與Euro-NCAP、J-NCAP行人保護評價方案在試驗區(qū)域、試驗方法和評分方法3個方面的差異，研究表明，J-NCAP行人評價方案與C-NCAP差異明顯，采用日本方案設計的車輛有必要重新進行校核及優(yōu)化以滿足C-NCAP要求。C-NCAP強調(diào)生產(chǎn)商提高頭型試驗區(qū)域仿真能力，以提供準確預測值。

行人保護；新車評價規(guī)程（NCAP）；試驗方法差異

2013年我國交通事故死亡總人數(shù)58 539人，受傷總人數(shù)213 724人，其中至少23%的傷亡事故有行人參與[1]。我國以混合交通為主[2]，汽車對行人的傷害概率遠大于其他國家；因此推行車輛行人保護能力的評價對降低行人傷亡率具有積極作用。

交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明行人與車輛發(fā)生碰撞時，大部分為汽車前部撞擊行人側面。在此碰撞工況下，行人下肢通常先與汽車保險杠及發(fā)動機罩前緣接觸，緊接著行人繞發(fā)動機罩前緣轉動，直到頭、上肢、胸或背與發(fā)動機罩、前風擋玻璃或A柱發(fā)生撞擊。在此過程中，身體各個部位會受到不同程度的傷害，但頭部和下肢受傷概率最高，且頭部易受到AIS（Abbreviated Injury Scale，簡明損傷定級標準）2-6級損傷，即中度及以上傷害，下肢易受到中度傷害（AIS2-4）[3]。

由于行人事故發(fā)生幾率大，損傷風險高，行人保護的研究也越來越引起全球范圍的關注。2005年，Euro-NCAP（European New Car Assessment Program，歐洲新車評價規(guī)程）將行人保護性能評價納入到新車評價規(guī)程中，目前Euro-NCAP使用8.2版本[4]。2003年，J-NCAP（Japan New Car Assessment Program，日本新車評價規(guī)程）中增加頭型沖擊試驗項目，2011年加入腿型沖擊試驗項目，旨在促使汽車生產(chǎn)商提高汽車行人保護性能。目前，中國行人保護評價方案（概要）已發(fā)布，將于2018年納入C-NCAP（China New Car Assess- ment Program，中國新車評價規(guī)程）。

C-NCAP行人保護評價方案即將于2018年實施，從試驗區(qū)域、試驗方法和評分方法3個方面與Euro-NCAP和J-NCAP進行對比，使車輛制造商明白C-NCAP新規(guī)范與他國規(guī)范之間的差異，了解新規(guī)范實施帶來的影響，提出應對策略。C-NCAP頭部沖擊（網(wǎng)格點法）需要生產(chǎn)商提供仿真值，且對仿真值的準確度存在較高要求。同時，通過對比中美成年人的身體參數(shù)，綜合3個國家評價方法的差異，為C-NCAP評價方案的優(yōu)化提出合理化建議。

1 頭型沖擊試驗

1.1 試驗區(qū)域差異

頭型試驗區(qū)域由WAD（Wrap Around Distance，包繞距離）線、機罩側邊參考線和發(fā)動機罩前緣基準線圍成，包含發(fā)動機罩、前風擋玻璃和A柱等零部件。C-NCAP試驗區(qū)域與Euro-NCAP、J-NCAP的差異主要存在于試驗區(qū)域的劃分方式和成人/兒童頭型試驗區(qū)域。

C-NCAP根據(jù)提供試驗樣品和車輛信息的情況采用不同試驗區(qū)域劃分方法，對于既提供試驗樣品又提供車輛信息的情況采用網(wǎng)格點法。該方法采用WAD1 000線、WAD 1 500線、WAD 1 700線及WAD 2 100線將頭型沖擊試驗區(qū)域劃分為3部分，如圖1所示，指示點（頭型飛行中心線）位于WAD 1 000線和WAD 1 700線之間使用兒童頭型，位于WAD 1 700線和WAD 2 100線之間使用成人頭型；其余情況采用12等分均分區(qū)域法，基于WAD 1 000線、WAD 1 500線、WAD 2 100線將整個頭型試驗區(qū)域劃分為A和C共2個區(qū)域，如圖2所示。每個區(qū)域均分為6個大區(qū)，每個大區(qū)再分為4個區(qū)，共計48個小區(qū)；其中C區(qū)域為兒童頭部碰撞區(qū)，A區(qū)域為成人頭部碰撞區(qū)。

Euro-NCAP 8.2版本與C-NCAP采用相同網(wǎng)格點法劃分頭型試驗區(qū)域，只是成人、兒童頭型的試驗區(qū)域略有差異。Euro-NCAP 8.2版本中WAD 1 500線和WAD 1 700線之間的區(qū)域根據(jù)發(fā)動機罩后參考線劃分成人頭型試驗區(qū)域和兒童頭型試驗區(qū)域，位于WAD 1 500線和發(fā)動機罩后參考線之間區(qū)域采用兒童頭型，發(fā)動機罩后參考線與WAD 1 700線之間的區(qū)域采用成人頭型[4-5]。

與C-NCAP 12等分劃分區(qū)域方法不同，J-NCAP采用18等分劃分區(qū)域的方法，通過WAD 1 000線、WAD 1 350線、WAD 1 700線和WAD 2 100線將整個頭型試驗區(qū)域劃分為3個區(qū)域，如圖3所示，分別為I、II、III區(qū)域，每個區(qū)域等分為6個大區(qū)，每個大區(qū)再分為A，B，C，D 4個區(qū)，共計72個區(qū)。其中I區(qū)為成人頭型評價區(qū)，II、III區(qū)為兒童頭型評價區(qū)[6-7]。

C-NCAP、Euro-NCAP和J-NCAP評價體系頭型試驗均在WAD 1 000線與WAD 2 100線之間區(qū)域進行，但成人頭型及兒童頭型試驗區(qū)域的劃分不盡相同，J-NCAP兒童頭型試驗區(qū)域最大、C-NCAP兒童頭型試驗區(qū)域（均分區(qū)域法）最小。按照Euro-NCAP和J-NCAP要求設計的車輛需要擴大成人頭型的測試區(qū)域來考量其在C-NCAP規(guī)則下的保護性能。

1.2 試驗位置及條件差異

C-NCAP采用網(wǎng)格點法劃分試驗區(qū)域，根據(jù)所有網(wǎng)格點預測結果，隨機選取試驗點進行試驗，但試驗點選取細則尚未公布。采用均分區(qū)域法劃分的試驗區(qū)域中，每個區(qū)域選取最差性能點進行試驗。Euro-NCAP試驗區(qū)域中選擇任意網(wǎng)格點作為沖擊位置，后一個沖擊點與前一個沖擊點之間至少保持165 mm的間距。J-NCAP頭型試驗區(qū)域如圖3所示，沖擊點距離碰撞區(qū)域邊界線10 mm以上，后一個沖擊點與前一個沖擊點之間的距離至少在110 mm以上。

C-NCAP和Euro-NCAP試驗加載條件相同，見表1；J-NCAP試驗加載條件較前兩者復雜，見表2。J-NCAP根據(jù)發(fā)動機罩前緣離地高度和發(fā)動機罩角度不同，將試驗車型分為3類，類別I發(fā)動機罩前緣離地高度小于等于835 mm；類別II發(fā)動機罩前緣離地高度大于835 mm；類別III發(fā)動機罩角度大于等于30°。頭型不同、測試點位置不同以及沖擊角度不同，但沖擊速度相同。

表1 C-NCAP、Euro-NCAP頭型沖擊試驗加載條件

區(qū)分沖擊速度/(km/h)沖擊角度/(°) 兒童頭部碰撞區(qū)域4050 成人頭部碰撞區(qū)域4065

表2 J-NCAP頭型沖擊試驗加載條件

區(qū)分沖擊速度/ (km/h)沖擊角度/ (°) 發(fā)動機罩前風擋玻璃 類別I類別II類別III類別I類別II類別III 兒童頭部碰撞區(qū)域35656025404045 成人頭部碰撞區(qū)域35659050404045

J-NCAP試驗點選取更加密集，且試驗加載條件較Euro-NCAP和C-NCAP更加復雜，能夠更準確地復現(xiàn)事故中行人與各區(qū)域的沖擊情況；但J-NCAP較其他兩個規(guī)則沖擊速度低。Euro-NCAP規(guī)則下的車輛試驗加載條件滿足C-NCAP要求，而J-NCAP規(guī)則下的車輛需要進行更高速度的沖擊校核其在C-NCAP要求下的保護性能。

1.3 評分方法差異

C-NCAP與Euro-NCAP、J-NCAP相同，均采用HIC15（15ms Head Injury Criteria，15ms頭部損傷指標）對測試點進行評分，三者的HIC15高低性能限值見表3。三者高性能限值相同，低性能限值中J-NCAP要求更寬松。

表3 HIC15高低限值表

區(qū)分高性能值低性能值 Euro-NCAP6501 700 J-NCAP6502 000 C-NCAP6501 700

C-NCAP頭型沖擊試驗滿分12分。頭型沖擊試驗實際分數(shù)為滿分與得分率的乘積。試驗車輛的得分率為

=（1）

式中，修正系數(shù)必須介于0.75和1.25之間。在制造商提供預測分數(shù)的試驗點中抽取試驗點，獲得上述試驗點的總分，該總分與制造商預測分數(shù)的比即為修正系數(shù)；省略區(qū)域試驗點分數(shù)指的是零分區(qū)域和滿分區(qū)域試驗點的分數(shù)，傷害性能不確定點的分數(shù)通過試驗獲得。

Euro-NCAP頭型沖擊試驗滿分為24分[8]。頭型沖擊試驗的實際分數(shù)為滿分與得分率的乘積。Euro-NCAP得分率計算方法與C-NCAP相同，但要求修正系數(shù)介于0.5和1.5之間，對生產(chǎn)商的仿真預測值的準確度要求更加寬泛。

J-NCAP頭型沖擊試驗滿分為4分。試驗區(qū)域劃分為18個大區(qū)，每個大區(qū)中選擇1～2個危險點進行試驗，上述試驗點不能存在于相同的1/4區(qū)域中，試驗獲得的損傷值作為代表值，進行插值計算，獲得該試驗點分數(shù)，將該大區(qū)所有試驗點分數(shù)平均獲得大區(qū)分數(shù)，根據(jù)各個大區(qū)分數(shù)平均算出I、II、III區(qū)域的分數(shù)，再進行平均獲得該車型試驗分數(shù)。

C-NCAP和Euro-NCAP頭型沖擊試驗均提出對修正系數(shù)的要求，修正系數(shù)即為試驗值與仿真值的比，該值反映生產(chǎn)商提供仿真值的準確性。C-NCAP修正系數(shù)的要求較Euro-NCAP更加嚴格，這就要求我國汽車生產(chǎn)商仿真設置與試驗條件保持較高一致性，最好使修正系數(shù)小于1.0（仿真預測損傷值大于試驗損傷值）。

2 腿型沖擊試驗

C-NCAP與Euro-NCAP、J-NCAP腿型沖擊試驗方案存在顯著差異。C-NCAP進行保險杠沖擊試驗，根據(jù)保險杠下部高度的不同選擇大腿腿型或小腿腿型；Euro-NCAP腿型沖擊試驗包含保險杠沖擊試驗和WAD 775沖擊試驗；J-NCAP只進行小腿腿型保險杠沖擊試驗。

2.1 試驗區(qū)域差異

C-NCAP進行保險杠沖擊試驗，根據(jù)保險杠距地面高度不同選擇Flex PLI（Flexible Pedestrian Legform Impactor，柔性行人小腿沖擊器）或大腿沖擊器，具體臨界值尚未公布。C-NCAP腿型沖擊試驗區(qū)域為保險杠角之間的區(qū)域或橫梁最外邊緣之間的區(qū)域，取兩個區(qū)域中較大的區(qū)域。從車輛中心線與試驗區(qū)域中心線交點開始，每隔100 mm標記一個網(wǎng)格點，腿部沖擊試驗區(qū)域以L0點為中心，車輛右側標記為正，分別為L1～L6；左側為負，分別為L-1～L-6，如圖4所示。C-NCAP規(guī)定從L0或L1開始，每隔1個網(wǎng)格點選取1個試驗點，車輛兩側對稱位置任選一試驗點進行評價。

Euro-NCAP 8.2版本保險杠沖擊試驗區(qū)域與C-NCAP相同，WAD 775沖擊試驗采用大腿腿型進行，沖擊試驗區(qū)域采用100 mm網(wǎng)格點劃分方法。從車輛中心線與WAD 775線交點開始，沿WAD 775線到保險杠角參考點，每隔100 mm標記一個網(wǎng)格點。中心點記為U0，車輛左側標記為正，分別為U1～U6；右側為負，分別為U-1～U-6。試驗點選取方法與C-NCAP一致。

J-NCAP進行保險杠沖擊試驗，不區(qū)分保險杠高度均采用Flex PLI[9]，保險杠上部參考線與保險杠角形成的腿型沖擊試驗區(qū)域均分為L1區(qū)、L2區(qū)和L3區(qū)，將上述區(qū)域分別劃分為A、B兩部分，共6 個碰撞區(qū)域，如圖5所示。J-NCAP中，小腿沖擊試驗最多選定3個碰撞點，每個碰撞點間隔大于132 mm，若不足132 mm，則選擇對稱位置。

C-NCAP、Euro-NCAP及J-NCAP保險杠沖擊試驗區(qū)域相同，前兩者試驗區(qū)域劃分較J-NCAP細致，且試驗點數(shù)量較J-NCAP多；因此按照日本評價規(guī)范設計的車輛需對保險杠沖擊區(qū)域進行更多位置的校核，以確認其能滿足C-NCAP的要求。

2.2 沖擊位置及沖擊條件差異

在C-NCAP、Euro-NCAP及J-NCAP保險杠沖擊試驗中，F(xiàn)lex-PLI以0°、40 km/h沖擊前保險杠，離地高度75 mm；大腿沖擊器以0°、40km/h沖擊前保險杠。Euro-NCAP的WAD 755沖擊試驗中WAD 930線和保險杠內(nèi)參考線連線的垂線與水平線的夾角為大腿模塊的撞擊角度，且撞擊能量（速度）取決于撞擊角度，撞擊速度范圍為20～33 km/h。

2.3 評分方法差異

C-NCAP、Euro-NCAP及J-NCAP小腿保險杠沖擊試驗損傷評價指標有脛骨彎矩、ACL（Anterior Cruciate Ligament，前十字韌帶）和PCL（Posterior Cruciate Ligament，后交叉韌帶）伸長量及MCL（Medical Collateral Ligament，內(nèi)側副韌帶）伸長量，各個評價指標的限制值見表4。C-NCAP和Euro-NCAP大腿保險杠沖擊試驗損傷評價指標有彎矩、撞擊合力；彎矩的限制值為285~350 Nm，撞擊合力限制值為5 kN～6 kN。Euro-NCAP WAD 775沖擊試驗損傷評價指標與大腿保險杠沖擊試驗損傷評價指標相同。

表4 小腿沖擊試驗損傷值對比

區(qū)分脛骨彎矩/NmMCL伸長量/mmACL和PCL伸長量/mm 高性能值低性能值高性能值低性能值限值* Euro-NCAP282340 1922≥10 J-NCAP22438016.422≥13 C-NCAP282340 1922≥10

注：*在ACL、PCL低于限值的前提下，由MCL計算成績。

C-NCAP大腿腿型保險杠沖擊試驗采用2.1所述方法抽取試驗點，每個試驗點根據(jù)損傷指標最危險值進行評分，未進行測試點依據(jù)相鄰點最低得分計分，對稱點按照對應點得分進行計分，計算出得分率，乘以滿分3分，即為相應試驗最終分數(shù)。小腿腿型保險杠沖擊試驗，試驗點抽取方法相同，但計分方法存在差異。每個試驗點評分指標分為兩部分，權重均為0.5，脛骨彎矩（4個位置）為第1部分，韌帶伸長量為第2部分，均選取最危險值進行評價。

Euro-NCAP保險杠沖擊試驗滿分6分，評分方法與C-NCAP相同。WAD 775沖擊試驗方法與大腿腿型保險杠沖擊試驗評分方法相同，滿分為6分。

J-NCAP只進行小腿腿型沖擊試驗，每個試驗點將評分指標分為兩部分，兩部分的權重不同，脛骨彎矩（4個位置）為第1部分，選取最危險值進行評價，滿分為4分，權重為0.73；韌帶伸長量為第2部分，選取最危險值進行評價，滿分為4分，權重為0.27。將L1、L2、L3中的測試點分數(shù)進行平均，再將3個區(qū)域分數(shù)進行平均，獲得的數(shù)值即為最終的腿型沖擊試驗的分數(shù)。

C-NCAP和Euro-NCAP評價保險杠對行人腿部傷害中考慮保險杠高度對傷害位置的影響，同時認為下脛骨傷害和膝部韌帶傷害的重要性相同。J-NCAP不區(qū)分保險杠高度，且提高脛骨彎矩的權重，認為下脛骨損傷對人造成更大的痛苦；因此按照日本評價規(guī)范設計的車輛需根據(jù)保險杠高度的不同選擇試驗方案重新校核其保護性能。

3 結論及討論

對即將于2018年實施的C-NCAP行人保護評價方案，通過從試驗區(qū)域、試驗方法和評分方法3個方面與Euro-NCAP和J-NCAP進行對比。C-NCAP與Euro-NCAP頭型沖擊評價方案無顯著差異，與J-NCAP在頭型試驗區(qū)域劃分、頭型沖擊位置和沖擊速度角度等方面均存在顯著差異；腿型沖擊試驗方面，C-NCAP、J-NCAP只進行保險杠沖擊試驗，但C-NCAP根據(jù)保險杠高度選擇沖擊器類型，而Euro-NCAP進行保險杠沖擊試驗和WAD 775沖擊試驗分別考察腿部和髖部的損傷。

通過以上對比，為汽車生產(chǎn)商應對2018年實施的C-NCAP行人保護評價方案提出如下建議：

1）根據(jù)歐洲、日本要求設計的車輛需擴大成人頭型的測試區(qū)域來考量其在C-NCAP規(guī)則下的保護性能；

2）根據(jù)日本評價方案設計的車輛需對頭型試驗區(qū)域進行更高速度的沖擊試驗校核其保護性能；

3）生產(chǎn)商需提高頭型試驗區(qū)域仿真能力，提供能夠滿足C-NCAP要求的預測值；

4）按照日本評價方案設計的車輛需根據(jù)保險杠高度不同選擇試驗方案重新校核其保護性能。

通過以上分析，C-NCAP與Euro-NCAP頭型評價方案具有較高的一致性，而J-NCAP與這兩個評價方案差異較大。Euro-NCAP行人保護評價方案評價歐美人體與車輛發(fā)生碰撞的損傷情況，其依據(jù)歐美人體參數(shù)和事故損傷統(tǒng)計數(shù)據(jù)構建。中美中等身材男性身高差異4.20%，體重差異23.95%；中美中等身材女性身高差異2.92%，體重差異23.91%，見表5。中美成人人體參數(shù)存在較大差異，導致行人與車輛碰撞過程中運動狀態(tài)及損傷分布均會存在差異。車輛以40 km/h速度撞擊不同百分位多剛體假人模型，隨著假人百分位的增加，頭部與頭型試驗區(qū)域的接觸位置向前風擋玻璃方向移動，而身高較低的女性行人頭部損傷風險明顯高于其他身高行人，HIC15超過 2 000[12]。中美人體與同一車輛發(fā)生碰撞過程中，由于中國成人身高和體重較低，與車輛接觸的位置更靠近保險杠，損傷風險更高。因此我國頭型沖擊試驗標準應該與歐洲標準有所區(qū)別，適當將成人頭型沖擊區(qū)域向WAD 1 250線靠攏，適當放大HIC15范圍，根據(jù)撞擊位置的不同設置不同的沖擊速度和沖擊角度，以便更準確地復現(xiàn)中國人體與車輛發(fā)生碰撞過程中頭部的損傷情況，更準確地評價汽車對中國行人的保護效果。

表5 中美成人人體參數(shù)對比

區(qū)分身高/mm差異體重/kg差異 中國*美國**中國*美國** 50th男性1 6901 7614.20%68.985.423.95% 50th女性1 5761 6222.92%57.371.023.91%

注：*數(shù)據(jù)來源參考文獻[10]，**數(shù)據(jù)來源參考文獻[11]。

在轎車與行人碰撞中，相同車輛對歐美人群和亞洲人群造成的傷害不同，這就要求在借鑒吸收成熟評價方案的基礎上，根據(jù)我國事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)和人體參數(shù)進行優(yōu)化，使得評價規(guī)程能夠客觀地評價相關車型對于中國行人的保護性能。

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2016-12-26

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A

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