陳澎 裴元津

中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司 天津市 300300

1 引言

21 世紀(jì)以來，我國乘用車保有量呈現(xiàn)快速上升的趨勢，道路承載壓力不斷增加。根據(jù)中國交通事故深入調(diào)查數(shù)據(jù)庫(CIDAS)2011-2018 年統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息,行人、自行車、電動自行車等弱勢道路使用者參與的交通事故占國內(nèi)事故總量80.28%,其中兩輪車事故(含三輪車)占63.87%,行人事故占16.41%。最近幾年，隨著國際社會對VRU人群道路使用權(quán)和人身安全的關(guān)注逐步提升，圍繞車外人員安全所推出的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)和新車評價規(guī)程正在逐步完善，汽車對VRU 的碰撞保護(hù)領(lǐng)域，無論測評技術(shù)還是開發(fā)領(lǐng)域均已成為安全領(lǐng)域的熱門研究方向。本文主要解讀汽車對VRU 的碰撞保護(hù)領(lǐng)域中行人保護(hù)測試方法的思路與框架，探討制訂行人保護(hù)測試與評價規(guī)范的初衷，并分析新版規(guī)程的變化內(nèi)容。

2 行人保護(hù)測試評價依據(jù)解讀

2.1 評價依據(jù)

旨在模擬真實事故碰撞中，車外行人的受損情況解析（圖1）。在車輛碰撞測試中，通過直接觀察假人所對應(yīng)的傳感器數(shù)值便可判斷汽車對行人的保護(hù)性能。然而，車輛撞擊VRU 時，因碰撞工況復(fù)雜多變，人體會產(chǎn)生不同姿態(tài)的撞擊運動姿態(tài)，從而帶來腿部碰撞點和頭部落點大不相同。早期的研究表明，若使用整體假人進(jìn)行事故場景復(fù)現(xiàn)，即便是嚴(yán)格保證相同試驗條件，假人撞擊的姿態(tài)也無法保持高度一致，導(dǎo)致無法進(jìn)行工程開發(fā)，失去了研究的意義，故此催生出了劃分人體部位進(jìn)行單獨測試的思路。

圖1 車外人員撞擊機(jī)理

根據(jù)CIDAS 發(fā)布的VRU 事故統(tǒng)計，人體頭部和腿部的損傷占比和嚴(yán)重性分別位居身體所有部位的前兩位，通過合理有效的推論最終決定，將致死率最高的頭部和致殘率最高的腿部定義為目前所評價的核心部位。

整體測試框架搭建好之后，當(dāng)面對如此多且復(fù)雜的車輛前端碰撞結(jié)構(gòu)，若想全部進(jìn)行撞擊測試（尤其是頭型），顯然是需要耗費大量的資源，因此考慮將全部碰撞范圍劃分成一片片區(qū)域，對每個區(qū)域進(jìn)行單獨評價，再匯總成總體成績，而這種思路也就衍生出了現(xiàn)在所見到的“均分區(qū)域法”。該方法的特點是選擇區(qū)域內(nèi)損傷較大的點進(jìn)行測試，整體存在一定的隨機(jī)因素，結(jié)果的判定方法較為苛刻。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，有限元仿真逐漸被應(yīng)用于被動安全性能開發(fā)中，精確性不斷迭代，使其慢慢被人們所接受。行人保護(hù)測評方法同樣也與時俱進(jìn)的構(gòu)建了“網(wǎng)格點”法，被目前廣泛使用，即每隔100mm 投放一個網(wǎng)格點作為沖擊目標(biāo)位置，通過仿真或?qū)嶋H測試獲得每個點的顏色，最終形成一張能夠覆蓋頭型碰撞落點的、完整的預(yù)測云圖，而測評中心僅需要通過每種顏色的比例，隨機(jī)抽取部分點進(jìn)行測試驗證，即可對整體性能做出判斷?！熬W(wǎng)格點”法大大降低了測試周期，提高了效率，也被譽(yù)為物理評價與仿真評價相結(jié)合的第一個成功案例。

根據(jù)規(guī)程要求，行人保護(hù)占總體得分的15%。雖然與“三大碰撞”的總得分占比相差較大，但“單項門檻”這一概念決定了行人保護(hù)同樣具有舉足輕重的作用，引導(dǎo)車輛在開發(fā)過程中要全面發(fā)展，若產(chǎn)生“偏科”最終也無法得到理想的分?jǐn)?shù)（表1）。

表1 2021 版C-NCAP 星級評定方案

2.2 評價方法

行人保護(hù)的測試流程主要分為四個階段：

● 車輛準(zhǔn)備

通過配重、調(diào)整車輛高度等方法，將車輛調(diào)整至實際行駛狀態(tài)下的40km/h 的車身姿態(tài)，本步驟是“車輛標(biāo)記”的基礎(chǔ)。

● 車輛標(biāo)記

當(dāng)車輛姿態(tài)固定后，會通過基準(zhǔn)線劃分出頭部、腿部測試的關(guān)鍵區(qū)域，并在形成的整體域內(nèi)投影找到均勻布局的網(wǎng)格點，最后完成全部標(biāo)記內(nèi)容。

● 頭型試驗

頭部測試考核頭部損傷指標(biāo)（HIC）,通過頭部質(zhì)心的合成加速度計算得到，試驗時頭型沖擊器以40km/h 的速度，通過對應(yīng)區(qū)域選用不同頭型（成人或兒童）和不同沖擊角度進(jìn)行測試及評價。

● 腿型試驗

腿部損傷評價主要以小腿的彎矩和膝部韌帶伸長量來評價，試驗時腿型沖擊器以40km/h 的速度，保持豎直狀態(tài)精確撞擊對應(yīng)網(wǎng)格點位置，間隔1 個網(wǎng)格點進(jìn)行一次試驗測試，未進(jìn)行測試的點按相鄰左右兩側(cè)得分較低者進(jìn)行評價。

當(dāng)車輛配備主動彈起式發(fā)動機(jī)罩時，將會增加兩個系統(tǒng)可靠性的驗證環(huán)節(jié)：一部分需要使用不易探測的腿型驗證車輛探知行人的準(zhǔn)確性；另一部分是選取部分頭部測試位置，保證在低速系統(tǒng)不工作狀態(tài)下，也可以對頭部起到有效的保護(hù)作用。若兩項均通過驗證，則后續(xù)常規(guī)頭型試驗中，可以在系統(tǒng)工作狀態(tài)下進(jìn)行測試評價。

3 新版試驗方法變化

2021 版《C-NCAP管理規(guī)則》已于2021下半年發(fā)布了最新的修訂文稿，定于2022 年1 月開始正式實施，行人保護(hù)部分有較大更新，下面分別從評價方法和試驗方法的變更方面進(jìn)行解讀，比較新舊規(guī)程的不同之處。

3.1 評價方法變更

新版管理規(guī)則中頭型試驗評價方式基本不變，但腿型的試驗評價部分由aPLI 先進(jìn)腿型替代Flex-PLI 柔性腿型和TRL 上腿型進(jìn)行評價（圖2）。

圖2 C-NCAP 測試內(nèi)容示意圖

（1）頭型評價

2018 版《C-NCAP 管理規(guī)則》頭型試驗區(qū)域最高得分為12 分，2021 版減少至最高分10 分，頭型占比得分適當(dāng)減少。另外，由于擴(kuò)大了測試區(qū)域，頭型區(qū)域的隨機(jī)選取個數(shù)由8 個增加到10 個。車型生產(chǎn)企業(yè)為降低CAE 預(yù)測結(jié)果誤差引起的風(fēng)險，可向C-NCAP 管理中心申請增加行人保護(hù)試驗方案，頭型的增加點數(shù)最多為10 個。

頭型點通過試驗區(qū)域預(yù)測結(jié)果判定條件（表2）計算得到修正系數(shù)，該系數(shù)會和推薦修正系數(shù)對比，過高和過低均會做修改處理,修正系數(shù)可接受值由0.75～1.25 變?yōu)?.8～1.2，“修正系數(shù)大于1.25，調(diào)整至1，修正系數(shù)為0.5～0.75，修正系數(shù)減去0.2，修正系數(shù)小于0.5，調(diào)整至0”更改為“修正系數(shù)大于1.2，調(diào)整至1.2，修正系數(shù)小于0.8，修正系數(shù)減去0.2”。

表2 頭型試驗區(qū)域預(yù)測結(jié)果判定條件

若車企未按照要求提供試驗所需頭型試驗區(qū)域預(yù)測結(jié)果等資料，則會按照均分區(qū)域法來進(jìn)行試驗及評分，均分區(qū)域由12 均分區(qū)域變?yōu)樾掳嬉蟮?8 個均分區(qū)域，每個區(qū)域各選一個點進(jìn)行測試，當(dāng)車企認(rèn)為有必要增加試驗點數(shù)，從而得到更加準(zhǔn)確的評價結(jié)果時，可提出增加試驗點。

（2）腿型評價

2018 版管理規(guī)則腿型試驗區(qū)域最高得分為3 分，2021 版增加至最高分5 分，腿型得分占比增加。大腿的彎矩最高可得點數(shù)分0.400，小腿的彎矩最高可得點數(shù)分0.400，膝部韌帶伸長量最高可得點數(shù)分0.200。aPLI 腿型在結(jié)果判定區(qū)間的定義上有所更新，通過大量的數(shù)據(jù)驗證，改變了原先復(fù)雜的曲線定義法，直接使用“aPLI 腿型與車輛第一接觸時刻起60ms 以內(nèi)的特定時間段”進(jìn)行描述。

3.2 試驗方法變更

新版管理規(guī)則中試驗方法部分的變化主要體現(xiàn)在四個方面，即試驗區(qū)域標(biāo)記方法變更、頭型試驗方法變更、腿型試驗方法變更及沖擊器標(biāo)定方法變更。

（1）試驗區(qū)域標(biāo)記

牌照安裝支架的描述進(jìn)行了重新定義，將拆除牌照板相關(guān)描述調(diào)整為“檢查并確認(rèn)車輛前部牌照及牌照安裝支架，其狀態(tài)應(yīng)與實際正常行駛時狀態(tài)一致（牌照除外）或盡可能接近”，這樣更加接近我國道路行駛中的車輛狀態(tài)，同時也改變了包絡(luò)線位置，給腿型測試帶來了新的挑戰(zhàn)。

基于交通事故統(tǒng)計，最新明確了兩輪車騎行車的碰撞安全同樣需要重點關(guān)注。在經(jīng)過一系列事故調(diào)查、事故重建、運動學(xué)損傷機(jī)理分析等科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C之后，2021 版管理規(guī)則擴(kuò)展了頭型測試區(qū)域，增加WAD2100-WAD2300 位置的頭型測試區(qū)域（見圖3），對于均分區(qū)域法，增加WAD2100-WAD2300 風(fēng)擋均分區(qū)域W1-W6，每個風(fēng)擋均分區(qū)域被分為2 個區(qū)（A和B）。

圖3 頭型新增碰撞區(qū)

（2）頭型試驗方法

2018 版管理規(guī)則中頭型的藍(lán)色網(wǎng)格點可以是單個，也可以是多個，相鄰網(wǎng)格點構(gòu)成一個藍(lán)色區(qū)域，修訂后改為單個或相鄰的兩個藍(lán)色網(wǎng)格點構(gòu)成，進(jìn)一步明確了藍(lán)色區(qū)域各網(wǎng)格點測試結(jié)果之間的關(guān)系；經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，擴(kuò)大后頭型測試區(qū)域?qū)⒃黾蛹s30 個網(wǎng)格點位置，總網(wǎng)格點個數(shù)的量級從160 個提升到了190 個，此前隨機(jī)抽取8 個網(wǎng)格點進(jìn)行驗證存在局限性，故而提升至隨機(jī)抽取10 個，并且企業(yè)自主申請增加的試驗點數(shù)量也更改為不超過10 個。

（3）腿型試驗方法

2018 版管理規(guī)則是依據(jù)保險杠下部基準(zhǔn)線來選用柔性腿或剛性腿型來完成測試及評價，2021 版要求中改用aPLI 腿型測試，更有利于完整、精確的體現(xiàn)被測車輛對行人下肢的損傷情況。測試過程中，當(dāng)aPLI 腿型處于在第一接觸時刻時，沖擊器的底部應(yīng)在地面基準(zhǔn)平面以上25mm±10mm，并且要滿足空間中的豎直姿態(tài)和震動穩(wěn)定性。

（4）沖擊器標(biāo)定方法

該部分內(nèi)容的變更主要是涉及對于全新腿型aPLI 的標(biāo)定方法，腿型的靜態(tài)標(biāo)定應(yīng)按照官方手冊進(jìn)行年檢，而動態(tài)標(biāo)定則與柔性腿型相似，即用直線導(dǎo)向的蜂窩鋁小車以11.1m/s±0.2m/s 的速度進(jìn)行撞擊腿型，采集60ms 內(nèi)的各項數(shù)據(jù)值與要求的標(biāo)定通道進(jìn)行比較，最終評判腿型的狀態(tài)與性能。

由于增加了上體質(zhì)量塊來考核大腿性能，相對于柔性腿型而言，aPLI 腿型的動態(tài)標(biāo)定方法在撞擊膝關(guān)節(jié)中心位置的基礎(chǔ)上，增加了一個膝關(guān)節(jié)中心以上120mm 的大腿位置標(biāo)定，見圖4。

圖4 腿型膝關(guān)節(jié)中心以上120mm 位置動態(tài)沖擊標(biāo)定

4 結(jié)論

本文探討制訂行人保護(hù)測試與評價規(guī)范的初衷，并分析新版規(guī)程的變化內(nèi)容。在新版管理規(guī)則中，汽車測評中心對行人保護(hù)試驗及評價方法進(jìn)行修改，在進(jìn)行行人腿部碰撞保護(hù)試驗評價中，采用先進(jìn)的行人腿型（aPLI），并替代了傳統(tǒng)Flex-PLI 和TRL上腿型，同時結(jié)合中國交通事故中典型的二輪車騎行者等VRU 群體受傷案例，為了更好的保護(hù)VRU 群體安全，新版測評規(guī)則擴(kuò)大了行人保護(hù)頭部試驗區(qū)域，增加了行人保護(hù)測試得分難度，這樣有助于促進(jìn)車企加快對車輛的優(yōu)化與改進(jìn),推動我國道路交通安全發(fā)展。