基于NCAP及法規(guī)的行人保護(hù)大腿部評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)解讀

岳國(guó)輝 蔣斌慶 孫晴 陳現(xiàn)嶺

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心；河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

近年來(lái)，汽車的行人保護(hù)性能逐漸得到了全世界越來(lái)越多人的關(guān)注和重視，各國(guó)強(qiáng)制性法規(guī)及NCAP新車評(píng)價(jià)規(guī)程也越來(lái)越多的將行人保護(hù)性能納為重點(diǎn)評(píng)價(jià)的安全性能指標(biāo)，尤其國(guó)外對(duì)行人保護(hù)的重視度很高，歐盟新車評(píng)價(jià)規(guī)程（Euro NCAP）、日本新車評(píng)價(jià)規(guī)程（J-NCAP）和韓國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程（K-NCAP）等國(guó)家地區(qū)均把行人保護(hù)列入新車評(píng)價(jià)體系中，將行人保護(hù)作為新車安全性能的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[1-2]。另外，一系列行人保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)先后發(fā)布，例如全球技術(shù)法規(guī)：GTR Nr.9；中國(guó)：GB/T 24550-2009；歐盟法規(guī)：EC 78/2009和ECE R127等。其中EuroNCAP對(duì)行人保護(hù)的測(cè)評(píng)項(xiàng)目最全面，也最具代表性，其在2016年執(zhí)行的行人保護(hù)測(cè)評(píng)項(xiàng)中還新增加了“自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）系統(tǒng)”的評(píng)價(jià)要求，行人保護(hù)項(xiàng)總分也由原來(lái)的36分增加到42分（新增了AEB評(píng)價(jià)的6分），而且還設(shè)定了只有在常規(guī)行人保護(hù)測(cè)評(píng)項(xiàng)中獲得22分或更高得分，才允許獲得AEB最高6分的得分[3]。對(duì)于想要在EuroNCAP測(cè)評(píng)中獲得高星級(jí)的車型，為確保在常規(guī)行人保護(hù)測(cè)評(píng)項(xiàng)中獲得22分或更高得分，原來(lái)很難得分的大腿部測(cè)評(píng)項(xiàng)的得分能力也變得更加重要。文章將對(duì)新版行人保護(hù)測(cè)評(píng)要求進(jìn)行詳細(xì)解讀，為相關(guān)車型開發(fā)提供參考。

1 法規(guī)對(duì)比介紹

目前已執(zhí)行的行人保護(hù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)大腿部的測(cè)評(píng)項(xiàng)主要分為2類：1）大腿部沖擊前保險(xiǎn)杠測(cè)評(píng)，是對(duì)小腿部測(cè)評(píng)的補(bǔ)充（對(duì)于下保險(xiǎn)杠高度＜425 mm的車輛，用小腿部沖擊前保險(xiǎn)杠；對(duì)于下保險(xiǎn)杠高度≥500 mm的車輛，用大腿部替代小腿部沖擊前保險(xiǎn)杠；對(duì)于下保險(xiǎn)杠高度≥425 mm，但＜500 mm的車輛，生產(chǎn)廠家可以在二者中進(jìn)行選擇[4]34）；2）大腿部沖擊機(jī)罩前沿測(cè)評(píng)。具體試驗(yàn)要求及評(píng)價(jià)要求對(duì)比信息，如表1所示。

表1 不同法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)大腿部測(cè)評(píng)要求對(duì)比[5]

由于大腿沖擊前保險(xiǎn)杠測(cè)評(píng)的試驗(yàn)要求比較簡(jiǎn)單明確，所以文章不再進(jìn)行詳細(xì)介紹。以下只對(duì)行人保護(hù)大腿部沖擊機(jī)罩前沿的相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解讀說(shuō)明。

1.1 Euro NCAP v8.0版大腿部測(cè)評(píng)要求說(shuō)明

2015年開始執(zhí)行的EuroNCAPv8.0[4]版（最新v8.1版與v8.0版相比在行人保護(hù)方面沒有更新，以v8.0版進(jìn)行說(shuō)明）在行人保護(hù)項(xiàng)方面，與之前版本相比更新內(nèi)容為在大腿部測(cè)評(píng)中引入網(wǎng)格點(diǎn)法，另外在大腿沖擊器質(zhì)量、沖擊角度確定、沖擊速度、能量計(jì)算及沖擊位置等方面進(jìn)行了更新?lián)Q代，具體測(cè)試要求，如圖1所示。

圖1 Euro NCAP v8.0版大腿部對(duì)WAD 775 mm測(cè)試要求示意圖

圖1中所涉及到的名詞和參數(shù)要求等具體說(shuō)明如下。

1.1.1 包絡(luò)線WAD 775 mm和WAD 930 mm

在EuroNCAPv8.0[4]17的行人保護(hù)項(xiàng)中，新增加2條包絡(luò)線WAD775 mm和WAD930 mm，如圖2所示。其中，WAD 775 mm用于大腿部測(cè)試網(wǎng)格點(diǎn)劃分及測(cè)點(diǎn)選取（Euro NCAP v8.0之前版本中測(cè)點(diǎn)選取在機(jī)罩前沿參照線上）；WAD 930 mm用于與內(nèi)部防撞梁參照線（IBRL）共同確定沖擊角度（α）。

圖2 Euro NCAP v8.0包絡(luò)線WAD示意圖

1.1.2 內(nèi)部防撞梁參照線（IBRL）

在確定IBRL之前，先在前保險(xiǎn)杠外表面上標(biāo)記一條垂向距離地面520 mm的520 mm參照線，然后拆除汽車前端的塑料前保險(xiǎn)杠及與其相關(guān)聯(lián)零部件，如墊塊和吸能裝置等。

IBRL是由一系列高度標(biāo)記點(diǎn)（Height marking）組成，而高度標(biāo)記點(diǎn)又是由相應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)（Grid point）及其周邊相鄰標(biāo)記點(diǎn)（Adjacent markings）來(lái)確定，以下對(duì)這些網(wǎng)格點(diǎn)及相鄰標(biāo)記點(diǎn)的確定方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

1）首先在過(guò)汽車中心的縱向垂直平面內(nèi)，用一虛擬豎向直尺找到與車身前防撞梁最先接觸的點(diǎn)（或面），然后將虛擬直尺向防撞梁斷面內(nèi)側(cè)偏移10 mm后，再與防撞梁接觸的最上點(diǎn)即定義為IBRL的網(wǎng)格點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 Euro NCAP v8.0內(nèi)部防撞梁參照線（IBRL）網(wǎng)格點(diǎn)定義

2）在獲得起始網(wǎng)格點(diǎn)之后，從起始網(wǎng)格點(diǎn)開始向汽車中心線左右兩側(cè)分別每隔100 mm確定上述網(wǎng)格點(diǎn)，直到防撞梁左右末端為止，獲得所有IBRL的網(wǎng)格點(diǎn)，如圖4a中黃色原點(diǎn)所示。然后將前防撞梁上每2個(gè)100 mm間隔的網(wǎng)格點(diǎn)之間的距離均勻分為3等分，等分點(diǎn)記為相鄰標(biāo)記點(diǎn)，如圖4a中藍(lán)、綠色豎條所示。

3）前防撞梁上IBRL的高度標(biāo)記點(diǎn)的高度取網(wǎng)格點(diǎn)與其相鄰2個(gè)標(biāo)記點(diǎn)高度的平均值。

另外，對(duì)于前防撞梁最外端與前保險(xiǎn)杠測(cè)試區(qū)邊界（圖4a中黃色豎條所示）之間的IBRL的高度標(biāo)記點(diǎn)的高度計(jì)算分為2種情況：1）如圖4a所示，當(dāng)前防撞梁橫向最外端超出最外一個(gè)100 mm網(wǎng)格點(diǎn)33.3 mm或更多時(shí)，在網(wǎng)格點(diǎn)外側(cè)33.3 mm處增加一個(gè)相鄰標(biāo)記點(diǎn)，則前防撞梁區(qū)域之外的IBRL線的高度標(biāo)記點(diǎn)的高度取100 mm網(wǎng)格點(diǎn)與其相鄰2個(gè)標(biāo)記點(diǎn)高度的平均值。2）如圖4b所示，當(dāng)前防撞梁橫向最外端距最外一個(gè)100 mm網(wǎng)格點(diǎn)不足33.3 mm時(shí)，則前防撞梁區(qū)域之外的IBRL的高度標(biāo)記點(diǎn)的高度取100 mm網(wǎng)格點(diǎn)與其內(nèi)側(cè)標(biāo)記的高度的平均值即可。

圖4 Euro NCAP v8.0中防撞梁之外IBRL高度標(biāo)記點(diǎn)示意圖

在完成所有高度標(biāo)記點(diǎn)高度計(jì)算后，將之前拆除的汽車前端的塑料前保險(xiǎn)杠及相關(guān)聯(lián)零部件復(fù)位安裝回車身上，然后再將高度標(biāo)記點(diǎn)投射到前保險(xiǎn)杠外表面上，即獲得IBRL。過(guò)程中如果遇到如進(jìn)氣格柵之類的“溝”不能完成點(diǎn)投影時(shí)，可用膠帶來(lái)覆蓋這些“溝”，以近似還原出汽車的外輪廓，然后將點(diǎn)投影到膠帶上，具體效果，如圖5所示。

圖5 Euro NCAP v8.0中IBRL參考線定義實(shí)物圖

當(dāng)IBRL標(biāo)記完成后，將IBRL與初始時(shí)完成的520 mm參照線進(jìn)行對(duì)比，如果IBRL所有位置都低于520 mm參照線，則IBRL不作調(diào)整；如果IBRL局部或全部位置高于520 mm參照線，則這些局部或全部位置IBRL要用520 mm參照線替代。至此可完成最終版IBRL的定義。

1.1.3 包絡(luò)線WAD775 mm測(cè)試區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)劃分

將過(guò)汽車中心的縱向垂面與包絡(luò)線WAD 775 mm之間的交點(diǎn)，作為測(cè)試區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)劃分的起始點(diǎn)，如圖6所示，在起始點(diǎn)左右兩側(cè)橫向每間隔100 mm在包絡(luò)線WAD775 mm上標(biāo)記一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，直到遇到角參照點(diǎn)（機(jī)罩前沿參照線與側(cè)參照線交點(diǎn)）在包絡(luò)線WAD 775 mm上的縱向投影點(diǎn)為止。對(duì)于最外側(cè)網(wǎng)格點(diǎn)，如果該網(wǎng)格點(diǎn)與投影點(diǎn)之間間距≥50 mm，則保留該網(wǎng)格點(diǎn)，否則需刪除該網(wǎng)格點(diǎn)。

圖6Euro NCAP v8.0中包絡(luò)線WAD775 mm網(wǎng)格點(diǎn)劃分示意圖

1.1.4 大腿部沖擊角度能量速度計(jì)算

1）大腿部沖擊角度（α）確定方式。在每個(gè)大腿部測(cè)點(diǎn)位置縱向垂直平面內(nèi)，通過(guò)IBRL到WAD 930 mm所形成直線的垂線與地面之間的角度即為α。

2）大腿部沖擊能量（En/J）計(jì)算公式，如式（1）所示[4]。

式中：mn——常數(shù)，取7.4 kg；

v0——常數(shù)，取11.11 m/s；

α——沖擊角度，（°）。

3）大腿部沖擊速度（vt/（m/s））計(jì)算公式，如式（2）所示[4]。

另外，在Euro NCAP v8.0[4]48版中大腿部沖擊質(zhì)量要求為定值（10.5 kg），至此，大腿部沖擊測(cè)試所需要的參數(shù)全部確定完畢。

1.1.5 大腿部測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)要求

1）當(dāng)En計(jì)算值＜160 J時(shí)，無(wú)需進(jìn)行大腿部沖擊試驗(yàn)，可直接得分；

2）大腿的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的“虛擬得分”滿分為1分，大腿區(qū)域總“虛擬得分”滿分=網(wǎng)格點(diǎn)個(gè)數(shù)×1；

3）每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)得分取決于大腿模塊中最差性能指標(biāo)，指標(biāo)分低性能限值和高性能限值，介于高低性能限值之間采用線性差值計(jì)算；

4）大腿部區(qū)域總得分=（總“虛擬得分”/總“虛擬得分”滿分）×6；

5）對(duì)于未進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試的網(wǎng)格點(diǎn)得分采用就近原則（與相鄰結(jié)果最差網(wǎng)格點(diǎn)得分一致）及對(duì)稱原則（對(duì)稱網(wǎng)格點(diǎn)性能一致）；

6）根據(jù)高低性能限值評(píng)價(jià)試驗(yàn)項(xiàng)得分，高性能限值下得滿分（1分），低性能限值以上得0分，中間的采取線性插值方法計(jì)算得分，具體限值情況，如表2[4]3所示。

表2 Euro NCAP v8.0中大腿部試驗(yàn)評(píng)價(jià)項(xiàng)及性能限值

1.2 其他NCAP標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)大腿部測(cè)試要求說(shuō)明

由于Euro NCAP在v8.0之前版本中針對(duì)大腿部測(cè)評(píng)要求與EC 78/2009非常類似，所以本節(jié)中以EC 78/2009為基礎(chǔ)針對(duì)大腿部測(cè)評(píng)要求進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明。

如圖7所示，在EC 78/2009的詳細(xì)執(zhí)行文件（EC）No 631/2009[9]19-22中大腿部測(cè)評(píng)要求與Euro NCAP v8.0版主要差異體現(xiàn)在大腿沖擊器質(zhì)量、沖擊角度確定、沖擊速度、能量計(jì)算及沖擊位置確定等方面。

圖7 EC 78/2009大腿部測(cè)評(píng)要求示意圖

EC78/2009中大腿部測(cè)評(píng)具體要求如下：

1）大腿部測(cè)評(píng)為法規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)，不作為車型法規(guī)通過(guò)與否的必須項(xiàng)；

2）當(dāng)En＞200 J時(shí)進(jìn)行行人大腿部沖擊測(cè)試；

3）大腿部沖擊測(cè)試點(diǎn)選取必須在機(jī)罩前沿參照線上，分別在機(jī)罩前沿參照線中段及兩邊1/3段上被認(rèn)為最容易造成傷害的部位進(jìn)行測(cè)試；

4）被選擇的測(cè)試點(diǎn)之間的間距至少應(yīng)達(dá)到150mm，且各個(gè)測(cè)試點(diǎn)與角參照點(diǎn)（機(jī)罩前沿參照線與側(cè)參照線交點(diǎn)）的間距至少應(yīng)達(dá)到75 mm；

5）大腿部沖擊試驗(yàn)條件中的α，vt，En由相應(yīng)測(cè)點(diǎn)處的機(jī)罩前沿參照線離地高度與前保險(xiǎn)杠導(dǎo)程（定義方式，如圖8所示）兩者通過(guò)查表的形式共同決定，會(huì)因汽車前端造型不同而不同，具體查詢的表格數(shù)據(jù)可參考文獻(xiàn)[9]20-22；

圖8 導(dǎo)程及參照線離地高度的確定示意圖

2 Euro NCAP車型大腿部得分統(tǒng)計(jì)分析

為充分識(shí)別Euro NCAP在v8.0版新行人保護(hù)大腿部測(cè)評(píng)要求執(zhí)行后對(duì)歐盟車型行人保護(hù)項(xiàng)大腿部得分情況的影響，同時(shí)對(duì)標(biāo)歐盟車型針對(duì)EuroNCAP行人保護(hù)項(xiàng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的應(yīng)對(duì)思路，以下選取了Euro NCAP 2014年全年測(cè)評(píng)過(guò)的42款車型、2015年全年測(cè)評(píng)過(guò)的39款車型（2015年共計(jì)評(píng)價(jià)44款車型，其中包含5款客貨兩用車型，本次統(tǒng)計(jì)分析未包括這5款客貨兩用車型）及2016年23款車型的行人保護(hù)大腿部得分?jǐn)?shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1）如圖9所示，在2014年測(cè)評(píng)的42款車型中，得0分車型達(dá)14款，得滿分6分車型只有1款，平均得分為1.7分，說(shuō)明在Euro NCAP v8.0之前版本行人保護(hù)大腿部測(cè)評(píng)中，各車型行人保護(hù)大腿部總體得分情況較差，大部分車型在行人保護(hù)項(xiàng)中主要靠頭部和小腿部得分以滿足預(yù)期星級(jí)要求。

圖9 2014年Euro NCAP車型大腿部得分統(tǒng)計(jì)

2）如圖10所示，在2015和2016年測(cè)評(píng)的62款車型中，得滿分6分車型達(dá)18款，得0分車型為0，平均得分為4.3分，說(shuō)明在Euro NCAP v8.0版本行人保護(hù)大腿部測(cè)評(píng)中，各車型行人保護(hù)大腿部總體得分情況明顯好轉(zhuǎn)，并且可以預(yù)見，在未來(lái)的EuroNCAP行人保護(hù)測(cè)評(píng)中頭部、小腿部及大腿部得分將變得同等重要，尤其針對(duì)大腿部得分的車輛前端優(yōu)化設(shè)計(jì)將越來(lái)越受到車型設(shè)計(jì)人員的重視。

圖10 2015和2016年Euro NCAP車型大腿部得分統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)2014，2015，2016年的Euro NCAP測(cè)試車型行人保護(hù)大腿部得分情況統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，v8.0版新行人保護(hù)大腿部測(cè)評(píng)要求，明顯降低了得分難度；同時(shí)也說(shuō)明歐盟車型為應(yīng)對(duì)逐年加嚴(yán)的EuroNCAP行人保護(hù)得分要求，已開始重點(diǎn)關(guān)注原來(lái)很難得分的行人保護(hù)大腿部測(cè)評(píng)項(xiàng)。對(duì)于國(guó)內(nèi)主機(jī)廠來(lái)說(shuō)，在后續(xù)有歐盟市場(chǎng)EuroNCAP星級(jí)要求的車型開發(fā)中，也需要對(duì)行人保護(hù)大腿部得分情況引起足夠重視。

3 結(jié)論

文章通過(guò)對(duì)2015年開始執(zhí)行的EuroNCAP v8.0版行人保護(hù)大腿部測(cè)評(píng)要求進(jìn)行詳細(xì)解讀，結(jié)合2014，2015，2016年104款測(cè)評(píng)車型行人保護(hù)大腿部得分統(tǒng)計(jì)分析及某款SUV車型在應(yīng)對(duì)v8.0版大腿部測(cè)評(píng)時(shí)遇到的問題及解決方案，一方面明確在后續(xù)執(zhí)行的EuroNCAP評(píng)價(jià)中，行人保護(hù)大腿項(xiàng)應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視，另一方面為其他需要考慮Euro NCAP評(píng)價(jià)的車型開發(fā)在行人保護(hù)大腿部測(cè)評(píng)方面提供一些設(shè)計(jì)建議。具體建議如下：

1）行人保護(hù)大腿部測(cè)評(píng)與車輛前端造型密切相關(guān)，通過(guò)控制車輛前端造型，盡量增大α，進(jìn)而降低En及vt，vt降低則可以有效緩解周邊吸能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度；

2）在機(jī)罩下沿、前保險(xiǎn)杠及中網(wǎng)后部，為大腿部測(cè)評(píng)區(qū)域設(shè)計(jì)合理的變形空間，在具備足夠潰縮吸能空間的前提下，才可能通過(guò)優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以達(dá)到增加大腿部沖擊得分的目的；

3）在大腿部測(cè)試區(qū)域內(nèi)，要通過(guò)潰縮結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，確保支撐大腿部的上中下各部位剛度均衡、合理，盡量避免出現(xiàn)剛度落差大的問題，這樣可以顯著降低大腿部沖擊傷害。