基于2021版C-NCAP的乘员保护修正项评价结果分析

王立民 李志 黄志刚

摘  要：2021版C-NCAP相较于2018版首次引入了乘员保护修正项目，使车辆乘员保护性能的评价更加全面。本文总结乘员保护修正项评价过程中罚分频率较高的项目及常见的问题，按不同试验及假人类型梳理出现罚分的评价项目。之后解析乘员保护修正项目评价原理，深入分析问题原因，同时给出整改方法供车企被动安全工程师参考。

关键词：C-NCAP；乘员保护；修正项；安全性能评价

中图分类号： U467.1+4    文献标识码：A    文章编号：1005-2550（2024）02-0033-06

Analysis of assessment results of occupant protection modifiers based on 2021 version C-NCAP

WANG Li-min， LI Zhi， HUANG Zhi-gang

（CATARC Automotive Test Center（Tianjin） CO.， Ltd.， Tianjin 300300， China）

Abstract： The 2021 version C-NCAP introduces occupant protection modification for the first time compared to the 2018 version， making the assessment of vehicle occupant protection performance more comprehensive. This paper summarizes the items with high penalty frequency and common problems in the assessment process of occupant protection modifier items， and sorts out the assessment items with penalty points according to different tests and dummy types. After analyzing the assessment principle of occupant protection modifier project， in-depth analysis of the causes of problems， and rectification methods are given for the reference of passive safety engineers of automobile enterprises.

Key Words： C-NCAP; Occupant Protection; Modifier; Safety Performance Assessment

1    前言

車辆被动安全性能的传统评价方法主要依赖于假人伤害值和车身变形量两个方面[1-4]。在各类国标和新车评价规程（New Car Assessment Program，NCAP）中，高速碰撞工况的评价基本上都以假人伤害值算法体系为主体，把假人传感器采集到的数据代入标准定义的指标中判断结果或计算得分。单纯从假人伤害值评价约束系统对乘员的保护作用存在一些缺陷和不足，为了能更加全面地检测车辆乘员保护性能，欧盟新车安全评鉴协会（European New Car Assessment Programme，Euro NCAP）自2013版规程起就增加了气囊触底评价项目等一系列修正项目。围绕气囊、安全带等约束系统及车身结构的保护性能展开评价，对于不符合要求的情况在假人相应保护部位给予罚分[5]。中国新车评价规程（China-New Car Assessment Program，C-NCAP）在2021版中同样引入了类似的罚分项目，也称作乘员保护主观评价项目。相比于Euro NCAP，C-NCAP的主观评价项目更多，覆盖更加全面[6]。

在2021版C-NCAP中，乘员保护修正项围绕四大碰撞工况制定，分别为正面50%重叠移动渐进变形壁障碰撞（Mobile Progressive Deformable Barrier，MPDB）、正面全宽刚性壁障碰撞（Full-width Rigid Barrier，FRB）、侧面移动壁障碰撞（AE-MDB）和侧面柱碰撞（POLE）。其中两个正面碰撞试验形式的修正项目更多，可针对假人不同的部位进行分类。修正项目的设立使得乘员保护的评价不止局限于几个固定的工况，其设立的根源可以追溯到覆盖更多体征的乘员、更加剧烈的工况、更广泛的接触区域等，这使得乘员保护评价的鲁棒性大大提高。

下面对乘员保护修正项评价过程中罚分频率较高的项目进行汇总整理，针对典型问题进行分析并给出改善意见（相同问题不重复讨论）。

2    MPDB工况

MPDB工况和FRB工况在修正项方面有很多一致的项目，但也有各自的特色。由于MPDB工况50%偏置的特点，偏重考察车身结构方面的性能。

2.1   前排驾驶员

在“乘员舱完整性”、“肩带负载力”和“脚部空间破裂”三个项目中，部分车型出现了罚分情况。

2.1.1 乘员舱完整性

当乘员舱结构变得不稳定时，任何额外的载荷都可能导致乘员舱不可预测的过度变形塌陷。不稳定的乘员舱结构使得车辆的测试结果和可重复性变差，降低试验数据的可信度。

一般乘用车中常见的载荷传递路径分为上、中、下三条。上路径为A柱。中路径为门内横梁，横梁靠近A柱一端固定在腰线高度，靠近B柱一端固定在B底部对应位置。下路径为门槛。三条载荷传递路径是支撑乘员舱的主要框架，如果碰撞后出现大变形的弯曲、溃缩等失效情况，会严重挤压乘员生存空间。碰撞后仪表板、转向柱和气囊的位置严重依赖于仪表板横梁的位置，如果仪表板横梁与A柱的连接点失效，仪表板大幅度后移会减少乘员缓冲吸能空间，对乘员各部位伤害值造成难以预估的风险。

事故研究表明，防止乘员舱侵入是降低伤害风险的重要因素。如果有足够的空间，约束系统可以以受控的方式使乘员减速，将负载均匀地施加在车身最坚固的部位。

如果侵入发生，并且乘员舱已经达到或超过了其控制入侵的能力，单个试验中的假人结果可能无法反映在轻微不同的撞击条件或乘员特征下可能预期的变化。因此，使用乘员舱稳定性失效罚分项来表明通过假人评分反映的车辆保护水平不能在现实中车辆将经历的各种事故场景中都能得到保证。

仪表板横梁与A柱的连接螺栓出现断裂失效是一种非常危险的情况，表明仪表板横梁与车身已经出现错位的风险。当碰撞冲击强度进一步加剧时，现有载荷传递路径无法继续保证结构强度，仪表板位置更加向后，挤压乘员生存空间，造成严重损伤。检查车身其他部位也发现该车辆左侧A柱顶端和与门槛相连的底端均出现弯折变形，导致门框变形。

相比于尺寸、质量大的车辆，小型车辆更容易出现乘员舱完整性失效的问题。针对该问题的改进措施如下：

（1）增强车辆前端结构的吸能特性。充分利用前机舱吸能空间和防撞梁、吸能盒、纵梁的吸能效果。

（2）增强车辆乘员舱结构强度。优化载荷传递部件的结构设计和制作材料，如增大A柱和门槛的截面积，使用高强度钢材作为原材料加工或补强相关零部件。改善制造工艺，增强A柱与门槛、A柱与仪表板横梁的连接强度。

（3）优化载荷传递路径。通过整车结构优化，使更大比例的载荷沿A柱和门槛进行传递，减轻前围板和仪表板横梁所受载荷。

2.1.2 肩带负载力

过高的肩带力会增加假人胸部载荷，使乘员胸部和颈部损伤风险大大增加，造成勒断乘员肋骨、锁骨等保护不当的情况。图1展示了某试验超过6kN的肩带负载力曲线。

安全带作为重要的车辆被动安全约束系统之一，在乘员保护领域的作用举足轻重。安全带的选配和参数设置是需要参考多种因素并反复验证的系统工程。图2所示的光滑抛物线形式的肩带负载力曲线通常在普通三点式安全带上发生。使用限力式安全带能有效降低肩带力带能针对肩带负载力峰值过高的问题，可适当降低安全带限力等级，根据需要更换安全带内部扭力杆直径来调整肩带力。优化前应充分考虑安全带力降低后可能带来的影响。

2.1.3 脚部空间破裂

在正面碰撞过程中，脚步空间区域通常会挡在载荷传递路径上。如果脚步空间区域强度设计不够或载荷传递路径设计不合理，可能会导致脚步空间所受载荷超过承受限值，导致脚步空间破裂现象。本项目的考察加强了对乘员脚部空间的保护，减少外部载荷对乘员脚部的伤害。总结脚步空间结构失效类型如下：

（1）钣金搭接部位的焊点失效，出现裂缝。如果通过裂缝，脚步空间能内外连通，則脚步空间外侧的底盘零部件有通过裂缝插入脚步空间的风险，对乘员下肢造成损伤。容易出现裂缝的搭接位置有：脚底板与门槛；脚底板之间；脚底板与中通道；脚底板与前围板。

（2）脚步空间整体强度失效，出现剧烈溃缩变形。这种情况表明脚步空间已经无法承受外加载荷，外部载荷透过脚底板传递到乘员脚步和小腿。

（3）钣金开裂和剧烈溃缩变形叠加出现。

针对这些脚步空间失效现象，可参考如下思路予以改善。总体改进方案为加强脚步空间结构强度和优化载荷传递，同时减少因应力集中造成的局部失效开裂。对于前端结构比较复杂的燃油车，应合理布局发动机舱内部的结构部件，减少零部件的堆压，给予缓冲空间，从纵向力的挤压下降低主驾脚部空间所受载荷面积，减少受力情况。

在结构加强方面，可增加纵向加强筋板提供支撑，采用二层或多层结构加强保护。

2.2   前排乘员

在“肩带负载力”项目中，部分车型出现了罚分情况。

2.3   第二排女性假人

在“头部向前超线”、“安全带佩戴位置”、“肩带负载力”、“骨盆下潜”等项目中，部分车型出现了罚分情况。

2.3.1 头部超线

在碰撞过程中，第二排女性假人头部前倾量过大，假人头部撞击前排座椅靠背的风险也越高。如果假人头部与前排座椅靠背发生硬接触，会对假人头部伤害值造成额外损伤和不利影响。图2展示了第二排女性假人是否超线的判定过程，通过侧面摄像观察假人头部在达到最大前倾量时是否越过450mm、550mm靠背最后标记线。一般情况下，相同车型在50km/hFRB工况下的碰撞波形强度要高于50km/hMPDB工况。车辆在FRB工况下更容易出现第二排女性假人超线问题。

假人头部过度前倾的问题通过提高安全带限力等级的方法改善，增强安全带对假人的约束。但是这种方式同样会造成肩带负载力提高，增大假人胸部载荷，降低假人胸部评分。因此，减小假人头部前倾量和减小肩带负载力两个优化目标对安全带的调节方向相反。对于安全带的参数设置，需要避免只考虑一方面因素的极端情况，综合考虑各方面需求，制定合理的参数。

第二排假人头部超线罚分，可以通过滑台验证试验取消。在实车碰撞试验中第二排女性假人乘坐的相同位置放置HIII50th假人进行滑台试验，如果假人头部不会接触到前排靠背或当接触到前排座椅时，HIC15低于700，可以消除罚分。

2.3.2  安全带佩戴位置

本项目的设立主要考察安全带在胸部佩戴路径是否过高，以是否“盖孔”作为判定基准。如果安全带在假人胸部相对过高的位置，有可能避开胸压传感器，使得碰撞后获得更好的假人胸部伤害值。安全带佩戴位置过高的设计，一方面不能真实反应假人胸部伤害结果，也容易出现安全带勒乘员脖子的情况。在调节假人阶段，如果出现盖孔问题，可通过调节安全带高调来降低安全带胸部路径。如果调整高调位置仍不能改善，需要进行罚分。图3展示安全带盖孔情况。

对于尺寸固定的假人，安全带佩戴路径由座椅位置，车身结构和安全带固定点位置共同决定。需要从车辆设计阶段予以重视，综合考虑人机工程学等各方面因素影响，使安全带路径处于合理位置。

2.3.3 骨盆下潜

下潜问题指碰撞过程中，腰带从髂骨前缘滑向腹部。下潜问题发生时，乘员腹部受到腰带的压迫，严重情况下会导致内脏损伤。目前THOR假人和HIII05th女性假人均标配髂骨力传感器，能进行骨盆下潜判定。分析统计结果发现，相比于前排乘坐的THOR假人和HIII05th女性假人，第二排HIII05th女性假人更容易出现下潜问题。下潜发生时，髂骨力曲线在减小阶段出现较大的髂骨力变化速率，髂骨力速率曲线出现突变尖峰，如图4所示。通过高速视频能观察到，下潜瞬间安全带腹带勒进假人腹股沟中，如图5所示。

为解决下潜问题，一方面安全带下固定点不能布置的过高和过于靠后，以增大腰带与骨盆平面夹角。同时增强座椅对假人的约束能力，加强坐垫对假人的支撑作用，通过增大座椅坐垫的反力来减少骨盆的前向位移和下向位移。

2.4   第二排儿童假人

部分车型出现了安全带滑肩的情况，造成罚分。

MPDB试验中，第二排儿童假人为Q10假人，其年龄和体征尺寸较大，通常不能乘坐CRS（儿童约束系统）儿童座椅，需要使用成人安全带加以约束。如果在碰撞过程中，安全带出现勒脖子或从假人肩部滑落，都属于保护不当情况。儿童颈部相比成人更加脆弱，安全带勒颈会给儿童乘员颈部带来巨大风险，是需要极力避免的一种危险工况。乘员肩部是安全带重要的受力点。碰撞过程中安全带从肩部滑落后，无法对乘员提供充足有效的约束，可能导致假人过度前傾，头部撞击前排座椅靠背。图6展示了安全带滑肩情况。

安全带勒颈和滑肩问题与CRS和安全带路径有密切关系。可通过更换CRS座椅尝试改善相关问题。

3    FRB主观评价

相比于MPDB，FRB试验独有的修正评价项目是膝部风险点考察。

3.1   前排驾驶员

在“头部气囊触底”、“肩带负载力”项目和膝部风险点项目中，部分车型出现了罚分情况。

3.1.1 头部气囊触底

头部气囊触底表现为当气囊内气体不足时，假人头部隔着气囊与气囊后方部件，如方向盘、仪表盘等发生硬接触，属于一种气囊失效或保护不当的现象。C-NCAP头部气囊触底判定方法为：当假人头部与气囊深度接触阶段，观察到头部所受外力加速度曲线中存在一个或几个明显的尖峰时，对这些尖峰的起点和终点进行平滑插补处理，如果其峰值应比插补曲线对应值高出5g以上，且至少持续3ms，考虑判定为触底。下面结合具体案例说明。

图7展示了某试验驾驶员假人侧面摄像截图和该假人头部外力加速度曲线。分析假人头部外力加速度曲线发现在110ms～150ms阶段，曲线在主波峰外出现异常的峰值较大的突增。观察该曲线对应视频，重点检查该突增对应时间段内假人头部运动情况。可发现在120ms后假人头部深埋入主气囊中，假人头部与气囊重叠量大，超过3/4的头部长度。此时间段内，主气囊剩余气体较少，假人头部与除方向盘外其他部件无硬接触可能，因此曲线突增是由头部击穿气囊与方向盘发生硬接触造成的。硬接触使头部所受外力增加，导致外力加速度曲线出现额外的波峰。分析该波峰量级，符合“3ms/5g”要求。综合曲线和视频可判定，本案例符合触底罚分规则。

气囊触底的判定需要结合视频与曲线综合考虑，二者缺一不可。

3.1.2 膝部风险点

在膝部评价方面，通过膝部风险点的选取并进行Knee mapping滑台验证试验，可从整体上提升仪表台与膝部或小腿撞击后安全的鲁棒性。在2021年C-NCAP中，使用FRB试验后车辆进行膝部风险点选取。同时要综合MPDB和FRB结果进行knee mapping前提条件判定。符合knee mapping前提条件的车型才有资格进行Knee mapping滑台试验，滑台试验结果合格，可以消除膝部风险点罚分。

不符合knee mapping前提条件的车型中，问题点主要为以下三项：

（1）乘员舱完整性罚分；

（2）脚部空间罚分；

（3）在MPDB或FRB试验中，前排假人膝部伤害值（膝位移和大腿力）超标。

膝部风险点的选取主要围绕两个方面去考察，即大腿力或膝位移是否超标。在乘员舱空间较小或者约束系统限制乘员移动能力不足的情况下，碰撞过程中前排假人前向移动过大会导致假人下肢与仪表板接触，当膝盖与仪表板发生硬接触可能会造成大腿力超标；当小腿被仪表板拦住而大腿继续前移可能会造成膝位移超标。

综合评价经验给出膝部伤害值改善意见如下：

（1）加强座椅和安全带等约束系统对假人的约束情况，以减少碰撞过程中假人下肢的前向位移量。重点发挥安全带腰带的约束作用，使用预紧式限力安全带。

（2）减少仪表板表面尖锐突出造型。

（3）在膝部能接触到的仪表板范围和转向管柱护罩背后（可参考CNCAP膝部评价区域）较近区域不要布置金属支架。减少膝部硬接触出现的可能。

3.2   前排乘员

在“肩带负载力”项目和膝部风险点项目中，部分车型出现了罚分情况。

3.3   第二排女性假人

在“头部向前超线”、“肩带负载力”、“骨盆下潜”、“安全带失效”等项目中，部分车型出现了罚分情况。

图8展示了一种安全带失效情况。可发现部分安全带织带发生断裂，安全带扣红色按钮破裂。在碰撞过程中，安全带带扣损坏后，插片从带扣中飞出，导致安全带无法继续约束乘员。乘员整体向前运动砸到前排座椅上。安全带带扣破裂是造成此次问题的主要原因。

针对上述问题，需要在产品开发阶段验证安全带系统强度等性能，加强品控。

3.4   第二排女性假人

部分车型出现了ISOFIX装置失效罚分情况。

对于安全带类儿童座椅，CRS固定装置为安全带。对于ISOFIX类儿童座椅，CRS固定装置为ISOFIX下固定点和Top tether上固定点。如果相应的安全带和固定点发生损坏或断裂，属于固定装置失效情况。图9为ISOFIX下固定点断裂情况。

针对上述情况，需要调查ISOFIX装置设计情况和所用材质，多进行固定点强度验证试验以确保其强度。

4    侧面碰撞工况

侧面碰撞工况（AE-MDB和POLE）中，乘员保护修正项目主要集中在侧面气帘和侧气囊评价。2021版C-NCAP气帘评价项目包括：外观尺寸、展开形态、动态保护和保压性能。部分车型在外观尺寸出现罚分，主要原因在于评价区域内非充气区域尺寸或面积不符合标准要求。此外在开发过程中需注意侧面气帘在展开过程中不能有硬质飞溅物的出现，同时假人头部应被气帘充气区域稳稳承接，不能与B柱、C柱等部件产生硬接触。侧气囊主要观察有无错误展开的情况发生。

5    结论

通过分析两种正面碰撞试验类型（MPDB和FRB）中各位置假人主观评价项目问题情况，发现第二排女性假人出现罚分的项目和比率较高，其次为THOR假人和FRB工况中的前排男性假人。第二排女性假人出现的问题主要来源于两种约束系统，安全带和座椅。如安全带匹配不当造成的肩带负载力过大、头部超线和安全带盖孔，因座椅约束不足造成的骨盆下潜。THOR假人因车身结构问题出现罚分的情况较多，如乘员舱结构完整性和脚部空间破裂。对于FRB工况中的前排男性假人，应重点关注车辆约束系统对假人头部和膝部的保护效果。

参考文献：

[1]Shaw G，Crandall J R，Butcher J.Biofidelity Evaluation of the THOR Advanced Frontal Crash Test Dummy[J].International Journal of Crashworthiness， 2010，7（3）：239-254.DOI：10.1533/cras.2002.0217.

[2]Niska A，Wenll J，Karlstrm J.Crash tests to evaluate the design of temporary traffic control devices for increased safety of cyclists at road works[J].Accident Analysis & Prevention，2022，166：106529-.DOI：10.1016/j.aap.2021.106529.

[3]張金换，杜汇良，马春生，等. 汽车碰撞安全性设计[M].北京：清华大学出版社，2010.

[4]水野幸治. 汽车碰撞安全[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.12.

[5]Euro NCAP Technical Bulletin TB001： Hazardous Airbag Deployment Modifier（Version 2.2）[S/OL]. https：//www.euroncap.com/

[6]中国汽车技术研究中心有限公司. C-NCAP管理规则（2021年版）[M]. 天津： 中国汽车技术研究中心， 2021.