基于2021 版C-NCAP 规程的脚部空间破裂评价方法

田威，刘杰彬，王立民

（中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300）

随着安全带、安全气囊等乘用车安全装置的普及，正面碰撞中乘员上肢严重受伤的概率明显降低。然而乘员的下肢损伤越来越严重，尤其是下肢损伤[2]，对乘员下肢进行保护显得尤为重要。

2021 版中国新车评价规程C-NCAP 首次引入了正面50%重叠可渐近变形移动壁障碰撞工况（MPDB）[3]，对乘员膝部伤害进行评价，乘员膝部伤害考察膝部的大腿力和膝部位移情况，同时引入了可变区域接触和集中力载荷风险评价。可变区域接触考察的是可能造成大腿力和膝部位移超标的风险位置，集中力载荷考察的是可能造成大腿力超标的风险位置，2 种风险类型罚分分别可罚1 分。2 种风险点评价可能存在交集，集中力载荷风险点一定是可变区域接触风险点，不同点在于可变区域评价侧重的是一个平面上的力，而集中力载荷评价侧重的是一个集中点上的力，两者评价互补缺一不可，能够全面地评价膝部风险位置。风险评价是对可能发生膝部危险情况的考察，厂家可以通过滑台试验即Knee Mapping 试验进行证明，选取的风险点位置并不会存在大腿力和膝部位移量超标的可能，进而消除2 种风险类型罚分。

同时，在MPDB 试验后，还会进行主副驾脚部空间的破裂情况检查，如果脚部空间发生破裂情况，则不接受Knee Mapping 数据。本文主要根据现有试验数据，分析脚部空间破裂的因素，探究脚部空间破裂与乘员脚部伤害的关系，从中找出规律，减少甚至避免乘员脚部伤害风险。

1 判定过程

2021 版C-NCAP 中脚部空间破裂的判定过程为：移去所有地毯及隔音材料，试验后从车辆内部、外部进行脚部区域检查，确定是否已经有较大的载荷进入乘员舱。通过Z方向上的胫骨力和力矩进行辅助判定，查看通过车辆脚部区域传向胫骨的载荷输入。此处脚部空间为乘员可以接触到的位置，主副驾的座椅可以在任一位置，只要脚能触碰到的位置都为脚部空间破裂判定的区域，区域不包括中央通道竖直面及内部的结构。

检查接缝开口、点焊失效或面板撕裂的情况。如果发现导致脚部空间不稳定接触、外部载荷进入脚坑区域的路径、防火墙严重破坏的情况、脚部接触到金属边缘、至少2 个连续焊点脱开的情况，则判定为脚部空间破裂。2 个连续焊点失效或者存在透光现象是判断脚部空间的充分条件之一，而非必要条件。

脚部空间发生严重破裂，得分应被修正，修正值为-1 分。判断脚部空间破裂需要综合考虑脚部空间结构的强度、焊点失效、透光、布置的情况及Z方向上的胫骨力和力矩的大小，通常认为外界的风险能够进入乘员舱脚部空间或者脚部空间结构不能抵抗更大的外界载荷，风险性就存在。

2 评价结果

综合测评成绩显示，24 款车型中脚部空间破裂的有4 款，无脚部空间破裂的有20 款，通过率为83.33%，如图1 所示。大部分车型对于脚部空间保护充分，车辆结构设计合理，焊点强度有效，无破裂情况，4 款车型出现空间破裂情况，需要通过现象找出原因并进行改善，进而提升车身脚部空间结构的强度和完整性。

3 案例分析

3.1 脚部空间破裂的案例

案例一：焊点失效，出现裂缝，具体如图2 所示。

图2 焊点失效后出现裂缝

原因分析：在MPDB 试验过程中，主驾侧会受到较大的侵入，对主驾侧轮胎、相邻门槛造成冲击，主驾侧门槛强度不够被挤压变形，门槛与地板交接处出现应力，焊点失效，钣金撕裂，具体细节如图3 所示。

图3 焊点失效后出现裂缝细节图

案例二：前端载荷过大造成开裂透光，如图4所示。

图4 开裂透光情况

原因分析：车辆前端变形严重，发动机、变速箱等部件向后发生较大位移，对主驾脚部空间造成较大的载荷，使焊点、搭接位置失效，如图5 所示。

图5 车辆前端变形图

案例三：边缘位置焊点失效出现透光情况，如图6所示。

图6 边缘位置失效情况

原因分析：出现多个连续焊点开焊，并有撕裂透光现象，整体脚部空间边缘强度不够，造成焊接位置多处失效，脚部空间边缘结构有可能由于焊接失效造成塌陷，风险极大，如图7 所示。

图7 结构失效细节图

案例四：钣金结构强度不大，造成空间破裂，如图8 所示。原因分析：脚部空间钣金结构强度不大，不能应对较大冲击，使得多处撕裂透光、焊接失效。

图8 钣金结构强度失效图

3.2 脚部空间未破裂但有一定风险的案例

案例一：焊点未完全失效，发生透光现象，钣金之间边缘有重合的部分，如图9 所示。

图9 焊点未完全失效透光图

案例二：焊点完全失效，脚部空间未发生严重破裂，此焊点失效不会影响脚部空间的保护失效，多层板之间的焊点失效不属于脚部空间破裂，如图10所示。

图10 焊点完全失效图

3.3 改进意见

针对3.1 的案例一，可以加强门槛强度，改变传力方向和路径，减少应力变形带来的焊点失效和透光现象。

针对3.1 的案例二，应合理布局发动机舱内部的结构部件，减少零部件的堆压冲击，给予缓冲空间，在纵向力的挤压下降低主驾脚部空间所受载荷面积，减少受力。

针对3.1 的案例三，应加强脚部空间结构件强度和焊接强度，增加一些加强筋板，更好地加强脚部空间结构。

一些典型的加强筋板结构如图11 所示。

图11 常见的筋板加强结构

针对3.1 的案例四，应加强脚部结构钣金强度，采用二层或三层的钣金结构，如图12 所示。

图12 常见的多层钣金结构

针对3.2 的案例一和案例二，建议涂装固体胶，加强焊缝的强度，消除透光情况，如图13 所示。

图13 常见的接缝密封胶粘结

4 东盟NCAP 脚部空间破裂的评价方法

东盟NCAP 对脚部空间破裂的评价是在ODB（偏置变形障碍）试验后进行，其评价要求如下：脚部空间出现裂缝透光，裂缝长度大于100 mm 或宽度大于20 mm，满足一项尺寸要求则被判定为脚部空间破裂；地板与A 柱位置结构出现分离，间隙长度大于100 mm 或宽度大于20 mm，满足一项尺寸要求则被判定脚部空间破裂；地板与门槛位置结构出现分离，间隙长度大于100 mm 或宽度大于20 mm，满足一项尺寸要求则被判定脚部空间破裂并罚1 分。脚部空间测量方法如图14 所示，测量发现地板发生开裂透光，尺寸达到破裂的要求。

图14 脚部空间测量方法示意图

5 欧洲NCAP 脚部空间破裂的评价方法

欧洲NCAP 对脚部空间破裂的评价是在MPDB 试验后进行，被判定脚部空间破裂并罚1 分，并且不接受膝部评价的数据。其评价要求如下：需判定脚部空间结构的稳定性，如出现结构丧失、搭接钣金错位破裂、地板与门槛或A 柱出现较大空隙、脚部空间受到挤压使得空间丧失严重等情况；需要判定是否出现较大的破裂，使脚部能够接触到车的外部区域；防火墙出现较大变形和破裂，使脚部受到较大的外部风险；使驾驶员的脚部能够接触到脚部空间破坏后的锋利金属边缘[4]。

从脚部结构破裂情况分析，观察试验后脚部空间的情况，需要将脚底地毯和隔音材料全部去除，检查车辆内部和外部变形情况，分析脚部空间是否受到了巨大的载荷冲击；从假人小腿受到的Z方向上的胫骨力和力矩判断脚部空间破裂的情况，通过检查官对脚部空间的检查及对数据的分析，重点观察脚部地板与A 柱和门槛的连接位置，如果有必要可以将车辆举起，拆掉部分部件，查看脚部空间的外面结构变形情况。

6 脚部伤害数据分析

当脚部地板出现严重破裂或脚部空间变形严重时，会导致脚部侵入量增大，从而对脚部产生挤压力，严重时会造成小腿绕X轴的弯矩瞬间增大，导致小腿胫骨治疗指数值增大，小腿损伤增加。C-NCAP 试验中出现脚部空间破裂的车辆，其小腿得分均较低。

7 结论

脚部空间破裂评价的目的是保护乘员脚部空间。从4 个案例可以看出，不仅有钣金结构强度不够造成的断裂，也有脚部空间区域周围焊接强度不够发生的失效情况，从原因入手分析了如何减少外部载荷对乘员脚部的伤害，加强车身结构，避免造成脚部空间破裂风险，利于乘员进行被动安全保护。同时，对比了东盟和欧洲的脚部空间破裂评价方法，发现C-NCAP评价方法与EURO NCAP 评价方法的主观性更强，需结合结构和数据进行综合评判，不会只因焊点失效或透光现象就判定脚部空间破裂，而ASEAN NCAP 评价方法更为客观，更容易理解。