田威，劉杰彬，王立民

（中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司，天津 300300）

隨著安全帶、安全氣囊等乘用車安全裝置的普及，正面碰撞中乘員上肢嚴(yán)重受傷的概率明顯降低。然而乘員的下肢損傷越來(lái)越嚴(yán)重，尤其是下肢損傷[2]，對(duì)乘員下肢進(jìn)行保護(hù)顯得尤為重要。

2021 版中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程C-NCAP 首次引入了正面50%重疊可漸近變形移動(dòng)壁障碰撞工況（MPDB）[3]，對(duì)乘員膝部傷害進(jìn)行評(píng)價(jià)，乘員膝部傷害考察膝部的大腿力和膝部位移情況，同時(shí)引入了可變區(qū)域接觸和集中力載荷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)?？勺儏^(qū)域接觸考察的是可能造成大腿力和膝部位移超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)位置，集中力載荷考察的是可能造成大腿力超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)位置，2 種風(fēng)險(xiǎn)類型罰分分別可罰1 分。2 種風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)評(píng)價(jià)可能存在交集，集中力載荷風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)一定是可變區(qū)域接觸風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，不同點(diǎn)在于可變區(qū)域評(píng)價(jià)側(cè)重的是一個(gè)平面上的力，而集中力載荷評(píng)價(jià)側(cè)重的是一個(gè)集中點(diǎn)上的力，兩者評(píng)價(jià)互補(bǔ)缺一不可，能夠全面地評(píng)價(jià)膝部風(fēng)險(xiǎn)位置。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是對(duì)可能發(fā)生膝部危險(xiǎn)情況的考察，廠家可以通過(guò)滑臺(tái)試驗(yàn)即Knee Mapping 試驗(yàn)進(jìn)行證明，選取的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位置并不會(huì)存在大腿力和膝部位移量超標(biāo)的可能，進(jìn)而消除2 種風(fēng)險(xiǎn)類型罰分。

同時(shí)，在MPDB 試驗(yàn)后，還會(huì)進(jìn)行主副駕腳部空間的破裂情況檢查，如果腳部空間發(fā)生破裂情況，則不接受Knee Mapping 數(shù)據(jù)。本文主要根據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析腳部空間破裂的因素，探究腳部空間破裂與乘員腳部傷害的關(guān)系，從中找出規(guī)律，減少甚至避免乘員腳部傷害風(fēng)險(xiǎn)。

1 判定過(guò)程

2021 版C-NCAP 中腳部空間破裂的判定過(guò)程為：移去所有地毯及隔音材料，試驗(yàn)后從車輛內(nèi)部、外部進(jìn)行腳部區(qū)域檢查，確定是否已經(jīng)有較大的載荷進(jìn)入乘員艙。通過(guò)Z方向上的脛骨力和力矩進(jìn)行輔助判定，查看通過(guò)車輛腳部區(qū)域傳向脛骨的載荷輸入。此處腳部空間為乘員可以接觸到的位置，主副駕的座椅可以在任一位置，只要腳能觸碰到的位置都為腳部空間破裂判定的區(qū)域，區(qū)域不包括中央通道豎直面及內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

檢查接縫開(kāi)口、點(diǎn)焊失效或面板撕裂的情況。如果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致腳部空間不穩(wěn)定接觸、外部載荷進(jìn)入腳坑區(qū)域的路徑、防火墻嚴(yán)重破壞的情況、腳部接觸到金屬邊緣、至少2 個(gè)連續(xù)焊點(diǎn)脫開(kāi)的情況，則判定為腳部空間破裂。2 個(gè)連續(xù)焊點(diǎn)失效或者存在透光現(xiàn)象是判斷腳部空間的充分條件之一，而非必要條件。

腳部空間發(fā)生嚴(yán)重破裂，得分應(yīng)被修正，修正值為-1 分。判斷腳部空間破裂需要綜合考慮腳部空間結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、焊點(diǎn)失效、透光、布置的情況及Z方向上的脛骨力和力矩的大小，通常認(rèn)為外界的風(fēng)險(xiǎn)能夠進(jìn)入乘員艙腳部空間或者腳部空間結(jié)構(gòu)不能抵抗更大的外界載荷，風(fēng)險(xiǎn)性就存在。

2 評(píng)價(jià)結(jié)果

綜合測(cè)評(píng)成績(jī)顯示，24 款車型中腳部空間破裂的有4 款，無(wú)腳部空間破裂的有20 款，通過(guò)率為83.33%，如圖1 所示。大部分車型對(duì)于腳部空間保護(hù)充分，車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，焊點(diǎn)強(qiáng)度有效，無(wú)破裂情況，4 款車型出現(xiàn)空間破裂情況，需要通過(guò)現(xiàn)象找出原因并進(jìn)行改善，進(jìn)而提升車身腳部空間結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和完整性。

3 案例分析

3.1 腳部空間破裂的案例

案例一：焊點(diǎn)失效，出現(xiàn)裂縫，具體如圖2 所示。

圖2 焊點(diǎn)失效后出現(xiàn)裂縫

原因分析：在MPDB 試驗(yàn)過(guò)程中，主駕側(cè)會(huì)受到較大的侵入，對(duì)主駕側(cè)輪胎、相鄰門檻造成沖擊，主駕側(cè)門檻強(qiáng)度不夠被擠壓變形，門檻與地板交接處出現(xiàn)應(yīng)力，焊點(diǎn)失效，鈑金撕裂，具體細(xì)節(jié)如圖3 所示。

圖3 焊點(diǎn)失效后出現(xiàn)裂縫細(xì)節(jié)圖

案例二：前端載荷過(guò)大造成開(kāi)裂透光，如圖4所示。

圖4 開(kāi)裂透光情況

原因分析：車輛前端變形嚴(yán)重，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等部件向后發(fā)生較大位移，對(duì)主駕腳部空間造成較大的載荷，使焊點(diǎn)、搭接位置失效，如圖5 所示。

圖5 車輛前端變形圖

案例三：邊緣位置焊點(diǎn)失效出現(xiàn)透光情況，如圖6所示。

圖6 邊緣位置失效情況

原因分析：出現(xiàn)多個(gè)連續(xù)焊點(diǎn)開(kāi)焊，并有撕裂透光現(xiàn)象，整體腳部空間邊緣強(qiáng)度不夠，造成焊接位置多處失效，腳部空間邊緣結(jié)構(gòu)有可能由于焊接失效造成塌陷，風(fēng)險(xiǎn)極大，如圖7 所示。

圖7 結(jié)構(gòu)失效細(xì)節(jié)圖

案例四：鈑金結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不大，造成空間破裂，如圖8 所示。原因分析：腳部空間鈑金結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不大，不能應(yīng)對(duì)較大沖擊，使得多處撕裂透光、焊接失效。

圖8 鈑金結(jié)構(gòu)強(qiáng)度失效圖

3.2 腳部空間未破裂但有一定風(fēng)險(xiǎn)的案例

案例一：焊點(diǎn)未完全失效，發(fā)生透光現(xiàn)象，鈑金之間邊緣有重合的部分，如圖9 所示。

圖9 焊點(diǎn)未完全失效透光圖

案例二：焊點(diǎn)完全失效，腳部空間未發(fā)生嚴(yán)重破裂，此焊點(diǎn)失效不會(huì)影響腳部空間的保護(hù)失效，多層板之間的焊點(diǎn)失效不屬于腳部空間破裂，如圖10所示。

圖10 焊點(diǎn)完全失效圖

3.3 改進(jìn)意見(jiàn)

針對(duì)3.1 的案例一，可以加強(qiáng)門檻強(qiáng)度，改變傳力方向和路徑，減少應(yīng)力變形帶來(lái)的焊點(diǎn)失效和透光現(xiàn)象。

針對(duì)3.1 的案例二，應(yīng)合理布局發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部的結(jié)構(gòu)部件，減少零部件的堆壓沖擊，給予緩沖空間，在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。

針對(duì)3.1 的案例三，應(yīng)加強(qiáng)腳部空間結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度和焊接強(qiáng)度，增加一些加強(qiáng)筋板，更好地加強(qiáng)腳部空間結(jié)構(gòu)。

一些典型的加強(qiáng)筋板結(jié)構(gòu)如圖11 所示。

圖11 常見(jiàn)的筋板加強(qiáng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)3.1 的案例四，應(yīng)加強(qiáng)腳部結(jié)構(gòu)鈑金強(qiáng)度，采用二層或三層的鈑金結(jié)構(gòu)，如圖12 所示。

圖12 常見(jiàn)的多層鈑金結(jié)構(gòu)

針對(duì)3.2 的案例一和案例二，建議涂裝固體膠，加強(qiáng)焊縫的強(qiáng)度，消除透光情況，如圖13 所示。

圖13 常見(jiàn)的接縫密封膠粘結(jié)

4 東盟NCAP 腳部空間破裂的評(píng)價(jià)方法

東盟NCAP 對(duì)腳部空間破裂的評(píng)價(jià)是在ODB（偏置變形障礙）試驗(yàn)后進(jìn)行，其評(píng)價(jià)要求如下：腳部空間出現(xiàn)裂縫透光，裂縫長(zhǎng)度大于100 mm 或?qū)挾却笥?0 mm，滿足一項(xiàng)尺寸要求則被判定為腳部空間破裂；地板與A 柱位置結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分離，間隙長(zhǎng)度大于100 mm 或?qū)挾却笥?0 mm，滿足一項(xiàng)尺寸要求則被判定腳部空間破裂；地板與門檻位置結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分離，間隙長(zhǎng)度大于100 mm 或?qū)挾却笥?0 mm，滿足一項(xiàng)尺寸要求則被判定腳部空間破裂并罰1 分。腳部空間測(cè)量方法如圖14 所示，測(cè)量發(fā)現(xiàn)地板發(fā)生開(kāi)裂透光，尺寸達(dá)到破裂的要求。

圖14 腳部空間測(cè)量方法示意圖

5 歐洲NCAP 腳部空間破裂的評(píng)價(jià)方法

歐洲NCAP 對(duì)腳部空間破裂的評(píng)價(jià)是在MPDB 試驗(yàn)后進(jìn)行，被判定腳部空間破裂并罰1 分，并且不接受膝部評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)。其評(píng)價(jià)要求如下：需判定腳部空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如出現(xiàn)結(jié)構(gòu)喪失、搭接鈑金錯(cuò)位破裂、地板與門檻或A 柱出現(xiàn)較大空隙、腳部空間受到擠壓使得空間喪失嚴(yán)重等情況；需要判定是否出現(xiàn)較大的破裂，使腳部能夠接觸到車的外部區(qū)域；防火墻出現(xiàn)較大變形和破裂，使腳部受到較大的外部風(fēng)險(xiǎn)；使駕駛員的腳部能夠接觸到腳部空間破壞后的鋒利金屬邊緣[4]。

從腳部結(jié)構(gòu)破裂情況分析，觀察試驗(yàn)后腳部空間的情況，需要將腳底地毯和隔音材料全部去除，檢查車輛內(nèi)部和外部變形情況，分析腳部空間是否受到了巨大的載荷沖擊；從假人小腿受到的Z方向上的脛骨力和力矩判斷腳部空間破裂的情況，通過(guò)檢查官對(duì)腳部空間的檢查及對(duì)數(shù)據(jù)的分析，重點(diǎn)觀察腳部地板與A 柱和門檻的連接位置，如果有必要可以將車輛舉起，拆掉部分部件，查看腳部空間的外面結(jié)構(gòu)變形情況。

6 腳部傷害數(shù)據(jù)分析

當(dāng)腳部地板出現(xiàn)嚴(yán)重破裂或腳部空間變形嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致腳部侵入量增大，從而對(duì)腳部產(chǎn)生擠壓力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成小腿繞X軸的彎矩瞬間增大，導(dǎo)致小腿脛骨治療指數(shù)值增大，小腿損傷增加。C-NCAP 試驗(yàn)中出現(xiàn)腳部空間破裂的車輛，其小腿得分均較低。

7 結(jié)論

腳部空間破裂評(píng)價(jià)的目的是保護(hù)乘員腳部空間。從4 個(gè)案例可以看出，不僅有鈑金結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠造成的斷裂，也有腳部空間區(qū)域周圍焊接強(qiáng)度不夠發(fā)生的失效情況，從原因入手分析了如何減少外部載荷對(duì)乘員腳部的傷害，加強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)，避免造成腳部空間破裂風(fēng)險(xiǎn)，利于乘員進(jìn)行被動(dòng)安全保護(hù)。同時(shí)，對(duì)比了東盟和歐洲的腳部空間破裂評(píng)價(jià)方法，發(fā)現(xiàn)C-NCAP評(píng)價(jià)方法與EURO NCAP 評(píng)價(jià)方法的主觀性更強(qiáng)，需結(jié)合結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)判，不會(huì)只因焊點(diǎn)失效或透光現(xiàn)象就判定腳部空間破裂，而ASEAN NCAP 評(píng)價(jià)方法更為客觀，更容易理解。