曹正林

（中國第一汽車集團公司研發(fā)總院，長春 130013）

主題詞：新能源車 被動安全 主動安全 NCAP評價體系

1 前言

汽車安全問題一直伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展。20世紀(jì)40年代后，汽車安全性逐漸成為各國政府、社會以及各大汽車制造廠關(guān)注的焦點之一。聯(lián)合國WHO組織發(fā)布2018年《全球道路安全狀況報告》顯示全球道路交通死亡人數(shù)持續(xù)上升，每年造成135萬人死亡，另外3 000萬至5 000萬人遭受非致命傷害，許多人因傷害而出現(xiàn)殘疾。根據(jù)WHO報告統(tǒng)計，道路交通事故給各國造成的損失估計約達國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%，而在中低等收入發(fā)展中國家的情況更嚴(yán)重，高達國內(nèi)生產(chǎn)總值的5%。同時，道路交通死亡人數(shù)在世界各地分布也不均衡。發(fā)展中國家占世界道路交通死亡人數(shù)的90%，而這些國家的人們只擁有世界大約一半的車輛，已經(jīng)影響了這些國家的持續(xù)性發(fā)展。預(yù)計2020年因道路交通事故全球交通死亡人數(shù)將增至190萬，道路交通傷亡已經(jīng)成為5～29歲青少年死亡的主要因素[1-2]。鑒于“全球性道路交通安全危機”已經(jīng)形成，聯(lián)合國大會責(zé)成WHO組織實施2011～2020年的“十年道路安全行動”[3]，行動目標(biāo)為“到2020年，穩(wěn)定并隨后降低預(yù)測的全球道路死亡水平”。行動計劃由5項基本內(nèi)容組成：

（1）道路安全管理

（2）更安全的道路與基礎(chǔ)設(shè)施

（3）更安全的車輛

（4）更安全的交通參與者行為

（5）迅速的事故后響應(yīng)

“十年安全行動”在車輛安全方面主要的努力方向是：制定全球統(tǒng)一技術(shù)法規(guī)；推廣NCAP活動；所有新車強制裝配最低標(biāo)準(zhǔn)安全裝備；推廣主動避撞技術(shù)；鼓勵購買、使用和維護安全的車輛[4]。

本文重點對汽車安全法規(guī)和評價體系的發(fā)展變化、未來趨勢進行闡述，為汽車安全工程師在追求建設(shè)“零傷亡”社會提供一定的參考。

2 汽車安全法規(guī)的發(fā)展變化

1966年8月31日，美國國會通過了《國家交通和汽車安全法》，規(guī)定對1968年以后生產(chǎn)的車型實施安全法，同時指定國家高速公路交通安全局（NHTSA）執(zhí)行并負責(zé)修訂。后來在原有安全法中的17項規(guī)定基礎(chǔ)上增加9項條款，構(gòu)建了FMVSS（Federal Motor Vehicle Safe Standard）雛形。1973年8月15日，美國國會決定在全部車輛上實施被動式乘員保護系統(tǒng)，并對安全帶的使用進行立法，要求1978年后全國新生產(chǎn)汽車均需裝備安全氣囊或其他乘員保護裝置。1998年6月，美國國會頒布了“21世紀(jì)運輸均等權(quán)利法案,即The Transportation Equity Act for the 21st Century（TEA21）”，要求依據(jù)FMVSS208法規(guī)，改進對不同尺寸、系安全帶與不系安全帶的乘員的保護效果；同時，依靠智能安全氣囊等技術(shù)，將氣囊給嬰兒、兒童和其他乘員帶來的危險降至最低，促使“智能安全氣囊法規(guī)”（新版FMVSS 208）的產(chǎn)生。目前，美國FMVSS法規(guī)經(jīng)過多次修訂后已日臻完善，成為世界上最為嚴(yán)格和細致的汽車被動安全法規(guī)[5-6]。

1950年后，在歐洲也相繼推出了歐洲經(jīng)濟委員會ECE（Economic Commission for Europe Regulation）、歐洲經(jīng)濟共同體EEC（European Economic Community）安全法規(guī)。日本、加拿大、澳大利亞和中國等國家的汽車安全法規(guī)基本是參照美國和歐洲的相關(guān)法規(guī)制定的（圖1）。

自2010年以來，歐洲交通事故年死亡人數(shù)減少了20%，但此數(shù)字自2013年以來沒有大幅下降。近年來，歐盟國家每年因交通事故死亡人數(shù)仍高達2.6萬，實施強制性安全功能的目標(biāo)是在2030年前減少至1.3萬人[4]。因此，2018年歐盟為減少交通事故要求自2021年起將強制實施12項車輛安全功能。其中包含緊急剎車系統(tǒng)、酒精鎖車系統(tǒng)、分心識別、嗜睡預(yù)警系統(tǒng)和預(yù)防系統(tǒng)、事故數(shù)據(jù)記錄器、緊急停止信號、正面碰撞乘員保護測試與安全帶改進、自行車騎行者和行人頭部碰撞區(qū)域擴大與安全玻璃、智能車速輔助系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)、側(cè)撞乘員保護、倒車攝像頭及監(jiān)測系統(tǒng)。

圖1 全球三大汽車法規(guī)體系

中國汽車安全法規(guī)與國際標(biāo)準(zhǔn)體系在發(fā)布時間上差距較大，在1999年10月28日國機管[1999]567號文發(fā)布了《關(guān)于正面碰撞乘員保護的設(shè)計規(guī)則》，簡稱CMVDR 294。目前，CMVDR 294已經(jīng)變成我國強制性標(biāo)準(zhǔn)《汽車正面碰撞的乘員保護》（GB 11551—2014）。加上2006年1月18日頒布的《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護》（GB 20071—2006）和《乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求》（GB 20072—2006）構(gòu)成了我國整車被動安全法規(guī)體系。值得關(guān)注的是中國已經(jīng)在安全氣囊模塊、行人保護等方面縮短了與國際的差距，如《道路車輛安全氣囊部件》（GB/T 19949—2005）和《道路車輛安全氣囊部件》（ISO 12097-2002）基本相同?！镀噷π腥说呐鲎脖Ｗo》（GB/T 24550—2009）引用了《關(guān)于機動車碰撞時對行人及弱勢道路使用者加強保護和減輕嚴(yán)重傷害的認(rèn)證統(tǒng)一規(guī)定》（GTR9），并且開始起草汽車安全氣囊誤作用試驗方法和要求[7]。未來兩年中國將頒布事故數(shù)據(jù)記錄器（EDR）標(biāo)準(zhǔn)，為道路交通事故的司法鑒定、數(shù)據(jù)統(tǒng)計提供堅實的基礎(chǔ)。

這些法規(guī)的推出以及強制執(zhí)行，一定程度上推動了汽車安全技術(shù)的不斷發(fā)展。

3 新車評價體系（NCAP）的發(fā)展變化

除了強制性汽車安全法規(guī)外，新車評價程序NCAP（New Car Assessment Program）也是檢驗、評價汽車安全性能的重要依據(jù)。1978年美國高速公路安全管理局（NHTSA）提出NCAP評價體系，1994年開始對汽車安全性能進行星級評價，并將評價結(jié)果向社會公布[8]。隨后，歐洲、日本、澳大利亞、韓國、中國等國家相繼建立各自的NCAP評價體系（圖2）。在所有NCAP評價體系中，Euro NCAP最具影響力和代表性，它是由國際汽車聯(lián)合會牽頭，歐洲各國汽車聯(lián)合會、政府機關(guān)、消費者權(quán)益組織、汽車俱樂部等于1997年聯(lián)合創(chuàng)建的汽車安全評價組織，并頒布Euro NCAP評價體系。Euro NCAP在2009年2月頒布評價體系采用全新的星級評價方法，同時提高了行人保護和主動安全性能要求。Euro NCAP不依附于任何汽車制造企業(yè)，其宗旨是檢驗歐洲市場上銷售的汽車在安全性方面的表現(xiàn)，為消費者提供真實可信的參考信息，從而促進汽車制造企業(yè)在汽車安全技術(shù)上的競爭，對普遍提高汽車安全性能起到重要作用。

圖2 全球NCAP評價體系分布

早期NCAP評價體系主要以被動安全評測為主，尤其是乘員保護。經(jīng)過多年的發(fā)展變化，Euro NCAP評價體系分別對成人保護、兒童保護、行人保護、安全輔助系統(tǒng)進行單獨測試，并按照一定計算方法對4部分的評價結(jié)果進行加權(quán)計算，根據(jù)最終結(jié)果進行安全性能星級評價[9-10]。

2017年，Euro NCAP發(fā)布的2020-2025年路線圖，除了各個評價項目的占比發(fā)生變化外，Euro NCAP有兩個較為明顯的變化[11-16]：

（1）乘員保護的變化

2020以后，Euro NCAP采用MPDB碰撞模式取代正面ODB碰撞模式，并采用仿生度更高的THOR假人代替目前的HybirdⅢ假人對人體傷害進行評價。兒童保護評價標(biāo)準(zhǔn)使用ECER129取代ECER44，并采用改進后的Q10兒童假人（圖3）。

圖3 MPDB-Euro NCAP 2025 Roadmap[15]

側(cè)面MDB碰撞的速度由50 km/h提高至60 km/h，并且增加對非碰撞側(cè)乘員保護評價（遠端保護），側(cè)面移動壁障（AE-MDB）及小車質(zhì)量（1 400 kg）不變（圖4）。

圖4 AE-MDB-Euro NCAP 2025 Roadmap[15]

圖5 Timeline-Euro NCAP 2025 Roadmap[15]

（2）安全輔助系統(tǒng)的變化

自2009年頒布的Euro NCAP（2012）評價規(guī)則中便增加了安全輔助系統(tǒng)測試項目，以提高車輛的主動防護能力。由于時代發(fā)展和技術(shù)進步，汽車安全方面的技術(shù)也在不斷“進化”，Euro NCAP 2020-2025路線圖中加大安全輔助系統(tǒng)測試項目、評分比例，并制定了時間表，這些新條目會部分取代現(xiàn)存的標(biāo)準(zhǔn)要求（圖5）。時間表中，六角形為計劃開始的時間，圓形為草案擬定發(fā)布的時間，方形為實施的時間?？梢钥吹?，駕駛員監(jiān)測（Driver Monitoring）、部分自動緊急制動系統(tǒng)（AEB）、自動緊急轉(zhuǎn)向（Automatic Emergency Steering）、尾部碰撞保護（Whiplash/Rearend Crash Protection）、行人/自行車更新版本子系統(tǒng)（Revised subsystem for pedestrian&cyclist）等都在2018年開始測試準(zhǔn)備，2019年發(fā)布評價草案，2020年開始分不同階段計劃慢慢實施。2021年開始制定車聯(lián)網(wǎng)V2X測試方法，2024年才真正實施。

近年來，隨著自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，Euro NCAP開始意識到，將自動駕駛分割成一個個單獨的功能來進行評價越來越困難，所以Euro NCAP開始探尋“基于場景”的自動駕駛評價方法，以此來給消費者提供更好的評價指標(biāo)和參考結(jié)果（圖6）。

圖6 Automated Driving-Euro-NCAP 2025 Roadmap[16]

由于車聯(lián)網(wǎng)的大發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全（Cyber Security）也開始被Euro NCAP提上日程，因為很多主動安全功能都將應(yīng)用部分網(wǎng)絡(luò)（包括數(shù)據(jù)存儲、計算和程序下載），一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)安全問題，這些功能也會受到影響，因此Euro NCAP已經(jīng)開始關(guān)注其他標(biāo)準(zhǔn)的實行情況，如ISO 26262/ISO 21434/J 3061，但不排除在未來的Euro NCAP評價體系中加入一些最低限度的網(wǎng)絡(luò)安全要求。

4 汽車保險安全評價體系的發(fā)展變化

美國公路安全保險協(xié)會（Insurance Institute for Highway Safety，IIHS）于1959成立，1995開始安全性能測試，測試項目主要包括64 km/h正面25%重疊率的小偏置碰撞、側(cè)面碰撞、車頂強度試驗、鞭打試驗以及AEB跟隨測試，同時還有燈光照度、自動調(diào)節(jié)等測試[17-20]（圖7）。

IIHS根據(jù)測試結(jié)果分為Good、Acceptable、Marginal和Poor 4個等級。IIHS和歐洲NCAP一樣，必須每一項測試結(jié)果達到Good才會給予總體Good的等級，進入年度Top Safety Pick推薦車型目錄中。

2016年11月16日，在中國保險行業(yè)協(xié)會指導(dǎo)下，中國汽車工程研究院（重慶）和中保研汽車技術(shù)研究院借鑒美國IIHS和歐洲Euro NCAP評價體系頒布了“中國保險汽車安全指數(shù)（C-IASI）”評價規(guī)則。2017年C-IASI進行了首批車型安全性能測試，并公開發(fā)布結(jié)果，2018年9月26日向社會公開發(fā)布了第二批12款車型的測試結(jié)果(表1)，在行業(yè)內(nèi)造成巨大轟動，引起國際、國內(nèi)主流汽車企業(yè)對C-IASI評價規(guī)則的高度重視。

5 汽車安全技術(shù)新特點與挑戰(zhàn)

近兩年，“電動化”、“智能化”、“網(wǎng)聯(lián)化”、“共享化”已成為汽車行業(yè)發(fā)展總體趨勢。汽車安全技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)不再局限于碰撞階段，安全技術(shù)專業(yè)的格局和開發(fā)組織方式也產(chǎn)生了相應(yīng)變化，安全技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出集成化、智能化和系統(tǒng)化的趨勢。汽車安全概念內(nèi)容和含義已經(jīng)發(fā)生改變，由傳統(tǒng)的汽車安全轉(zhuǎn)變?yōu)榘粍影踩?、主動安全、功能安全的“大安全”概?圖8)。汽車安全技術(shù)也出現(xiàn)了幾個新的特點和挑戰(zhàn)：

圖7 美國IIHS測試項目和評價規(guī)則[16-20]

表1 C-IASI2018年第1批車型測試結(jié)果[21]

圖8 全方位安全系統(tǒng)集成

（1）道路交通事故調(diào)查數(shù)據(jù)已經(jīng)開始展現(xiàn)越來越重要的角色。Euro NCAP 2025路線圖中已經(jīng)明確將道路交通事故中典型的兩車相撞事故納入到測試評價項目中，該測試項目更加接近事故現(xiàn)實。另外，典型道路交通事故數(shù)據(jù)為自動駕駛汽車策略研發(fā)提供大量極端駕駛場景。

（2）主要的汽車生產(chǎn)國和銷售市場上，強制性安全法規(guī)和NCAP、IIHS、C-IASI等安全評價體系并存，前者屬于汽車安全基本要求，而后者已經(jīng)受到廣大消費者的認(rèn)可，并具備很高的市場影響力。在滿足汽車安全技術(shù)法規(guī)的基礎(chǔ)上，獲得NCAP、IIHS、C-IASI等安全評價體系較高安全評價，為汽車安全設(shè)計帶來巨大挑戰(zhàn)。隨著汽車產(chǎn)品研發(fā)周期逐漸縮短以及CAE仿真技術(shù)的提高，數(shù)字化仿真成為汽車安全性研發(fā)的重要手段。

（3）油耗雙積分的產(chǎn)業(yè)政策使得汽車輕量化和電動化成為發(fā)展趨勢。相對傳統(tǒng)燃油車碰撞安全，電動車碰撞安全還需要重點考慮碰撞后防火、防爆炸、防泄漏、高壓電安全和電池擠壓后熱失效問題。同時，汽車輕量化和增加電動車?yán)m(xù)航里程要求車輛使用鋁、鎂、碳纖維等輕質(zhì)材料，這些新材料和新工藝也對汽車安全設(shè)計帶來挑戰(zhàn)[22]。

（4）全方位安全系統(tǒng)是汽車安全技術(shù)發(fā)展的趨勢，主要包括主動安全、被動安全、道路交通環(huán)境、智能駕駛系統(tǒng)等技術(shù)的深度融合和集成。在技術(shù)細節(jié)上就會推動越來越復(fù)雜的安全電子集成工作，比如傳感器的類型和數(shù)量越來越多、安全系統(tǒng)功能模塊越來越復(fù)雜、控制策略穩(wěn)健性要求越來越高等，均需要進行快速、深入的研究。

6 結(jié)論及啟示

（1）基于銷售市場的地域性，以滿足強制性安全法規(guī)、NCAP、IIHS、C-IASI等安全評價體系為目標(biāo)進行汽車安全性能開發(fā)成為常態(tài)，安全設(shè)計需要大規(guī)模使用CAE分析手段進行多工況、飽和式分析優(yōu)化。

（2）電動車帶來碰撞后防火、防爆炸、防泄漏、高壓電安全和電池擠壓后熱失效等新問題，勢必會增加車體重量，這與電動車輕量化、增加續(xù)航里程相矛盾。如何解決鋁、鎂、碳纖維等輕質(zhì)材料碰撞特性模擬、連接工藝模擬，進而提升在CAE虛擬環(huán)境下的仿真精度、一次性成功率是當(dāng)下汽車安全工程師急需解決的問題。

（3）未來主動安全、被動安全、道路交通環(huán)境、智能駕駛系統(tǒng)等技術(shù)的深度融合和集成為汽車制造商的專業(yè)分工、開發(fā)流程建設(shè)帶來挑戰(zhàn)。