摘  要

E-NCAP和C-NCAP是目前新車型開發(fā)過程中主要參考的安全性評價體系。但是由于中歐兩地事故調(diào)查數(shù)據(jù)的地域性區(qū)別，兩大評價體系存在一定的不同。本文主要就側(cè)面碰撞評價中兩者的不同進(jìn)行分析，結(jié)合仿真和實車試驗數(shù)據(jù)研究主要影響因素碰撞車速提升給假人傷害指標(biāo)等評價指標(biāo)帶來的影響，并對車型開發(fā)過程中如何提升車型安全性提出了建議。


關(guān)鍵字：E-NCAP, C-NCAP,側(cè)面碰撞

作者：王凱，鄭艷婷，張長江

單位：中國汽車技術(shù)研究中心有限公司

來源：2020SAECCE


NCAP是最早在美國開展并已經(jīng)在日本等發(fā)達(dá)國家運行多年的新車評價規(guī)程，一般由政府或具有權(quán)威性的組織機構(gòu)，按照比國家法規(guī)更嚴(yán)格的方法對在市場上銷售的車型進(jìn)行碰撞安全性能測試?評分和劃分星級，并向社會公開評價結(jié)果。由于這樣的測試公開?嚴(yán)格?客觀，為消費者所關(guān)心，也成為汽車企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的重要規(guī)范，對提高汽車安全性能作用顯著。因此，許多國家(如澳大利亞?韓國?印度等)開始重視并建立本國的NCAP。

這些法規(guī)中公認(rèn)最為嚴(yán)格的，是歐盟實施的E-NCAP測試。它由歐洲各國汽車聯(lián)合會?政府機關(guān)?消費者權(quán)益組織?汽車俱樂部等組織組成，由國際汽車聯(lián)合會(FIA)牽頭。E-NCAP不依附于任何汽車生產(chǎn)企業(yè)，所需經(jīng)費由歐盟提供，不定期對已上市的新車和進(jìn)口車進(jìn)行碰撞試驗。而中國汽車技術(shù)研究中心在深入研究和分析國外NCAP的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國的汽車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)?道路交通實際情況和車型特征，并進(jìn)行廣泛的國內(nèi)外技術(shù)交流和實際試驗確定了C-NCAP的試驗和評分規(guī)則。

但是，各國NCAP在組織實施方式?試驗規(guī)程和評分方法上都有明顯不同，這與各國在法規(guī)體系?道路交通事故統(tǒng)計和車輛狀況等方面存在的差異密切相關(guān)。隨著安全技術(shù)的不斷發(fā)展，E-NCAP(2020版)和C-NCAP(2021版)對于側(cè)面碰撞的試驗方法和評價指標(biāo)就不盡相同，具體如圖1所示。

      
圖 1 E-NCAP （2020版）和 C-NCAP （2021版）側(cè)面碰撞試驗

E-NCAP(2020版)和C-NCAP(2021版)側(cè)面碰撞標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別

E-NCAP(2020版)和C-NCAP(2021版)側(cè)面碰撞標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別主要在于臺車碰撞速度?臺車壁障離地間隙以及后排假人三個方面(表1)，其他方面比如臺車質(zhì)量?前排假人，以及前排假人評價指標(biāo)等關(guān)鍵因素均相同?

表1側(cè)面碰撞標(biāo)準(zhǔn)差異


標(biāo)準(zhǔn)里區(qū)別產(chǎn)生的原因主要是不同地區(qū)事故調(diào)查結(jié)果不同導(dǎo)致的，比如E-NCAP認(rèn)為在歐洲地區(qū)路況較好，側(cè)面碰撞事故發(fā)生的碰撞速度較高，大概率為60km/h左右?事故車輛也以轎車居多，故臺車壁障離地間隙為300mm，同時后排乘客也以兒童居多。

而C-NCAP認(rèn)為在中國路況較堵，側(cè)面碰撞事故中碰撞速度相對較低，為50km/h左右?事故車輛也以SUV居多，故臺車壁障離地間隙350mm，后排乘客以女性居多。顯而易見，不同的臺車速度和壁障離地間隙將對側(cè)面碰撞結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。由于后排假人屬于不同類型，反映的是不同評價體系對于不同類型乘員在側(cè)面碰撞過程中受到的傷害程度，難以討論其在其他條件變化時受到的影響，故本文不對后排假人做進(jìn)一步的討論。只將討論重點放在臺車速度和壁障離地間隙對側(cè)面碰撞結(jié)果產(chǎn)生的影響。

首先，側(cè)碰臺車速度提升將導(dǎo)致碰撞能量的增加，根據(jù)能量計算公式E=1/2(mv2)，其中m=1400kg，v1=60km/h，v2=50km/h，可以得出E-NCAP規(guī)定的側(cè)碰能量約為194kJ，C-NCAP規(guī)定的側(cè)碰能量為135kJ，前者約為后者的144倍。其次，C-NCAP臺車離地高度比E-NCAP高50mm，可能導(dǎo)致門檻對側(cè)碰的支撐作用減小，因此側(cè)碰的侵入量和侵入速度會有所增加。

側(cè)面碰撞仿真與實車試驗結(jié)果對比

綜合以上分析，碰撞速度和碰撞高度都有可能對碰撞結(jié)果產(chǎn)生影響，因此應(yīng)對兩種法規(guī)，可能需要采取不同的開發(fā)策略。如圖2所示，為了比較兩種碰撞工況的不同，我們采用相同車輛?同一配置模型分別對兩種工況進(jìn)行模擬，并且于左側(cè)前車門和B柱側(cè)圍的設(shè)置測量點，用于比較不同位置動態(tài)最大侵入量和動態(tài)最大侵入速度。

試驗后，將對車輛的B柱變形量和車門變形進(jìn)行掃描測量，將掃描后的側(cè)圍變形與仿真結(jié)果進(jìn)行對標(biāo)，通過參數(shù)調(diào)整，使得仿真變形量與試驗變形量基本吻合，便于最后對假人傷害值仿真結(jié)果進(jìn)行比較。



圖2 側(cè)圍測量點

在E-NCAP和C-NCAP兩種側(cè)碰工況下，前車門和B柱變形量的仿真和實車試驗對比如圖3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，仿真結(jié)果與實車試驗結(jié)果基本保持一致，仿真結(jié)果具有一定參考價值。E-NCAP側(cè)碰工況下，車門和B柱的變形更嚴(yán)重，表明壁障對于車身的沖擊更大，這是由于E-NCAP壁障速度更高導(dǎo)致的。同時，E-NCAP壁障撞擊點更低，對于車身的變形位置有一定的影響。




側(cè)面碰撞仿真對比結(jié)果見表2。在相同車輛?相同配置的前提下，依據(jù)左側(cè)前車門和B柱側(cè)圍的6個測量點的動態(tài)最大侵入量和動態(tài)最大侵入速度來看，E-NCAP工況下的評價指標(biāo)均比C-NCAP工況大?B柱頂端及與WSID假人頭部對應(yīng)的側(cè)圍位置，E-NCAP工況下的侵入量及侵入速度稍大于C-NCAP工況但與WSID假人胸部?腹部?骨盆對應(yīng)的關(guān)鍵側(cè)圍位置，E-NCAP工況的侵入量及侵入速度則遠(yuǎn)高于C-NCAP。

表２ 測量點侵入量和侵入速度


圖4所示為E-NCAP和C-NCAP兩種側(cè)碰工況下前排假人的運動姿態(tài)，通過與實車試驗假人運動姿態(tài)對比，可以發(fā)現(xiàn)由于參數(shù)合理，仿真結(jié)果與假人實際動作過程基本保持一致，仿真結(jié)果具有一定參考價值。前排WSID假人在E-NCAP側(cè)碰工況下明顯運動幅度更大，與側(cè)圍的碰撞更猛烈，收到的沖擊更大。這是由于E-NCAP壁障速度更高導(dǎo)致的。

為提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，會進(jìn)行仿真與試驗結(jié)果曲線的對標(biāo)。考慮到在側(cè)面碰撞中，B柱侵入速度?侵入量?侵入形態(tài)對假人傷害影響較大，特將右側(cè)B柱加速度?壁障加速度曲線?B柱侵入速度曲線?B柱變形量?車身整體變形量的仿真曲線和試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，保證各關(guān)鍵影響因素運動姿態(tài)與試驗結(jié)果盡量一致。在此基礎(chǔ)上，我們可以得出假人在E-NCAP和C-NCAP兩種側(cè)碰工況中不同的傷害值表現(xiàn)。



頭部曲線對比圖如圖5所示。紅色曲線為E-NCAP仿真工況下，前排WSID假人頭部Y向加速度曲線；藍(lán)色曲線為C-NCAP仿真工況下，前排WSID假人頭部Y向加速度曲線。

可以看出，兩條曲線大致趨勢相同，且由于側(cè)氣簾防護(hù)功能比較完備，兩者的數(shù)值都不大。但是E-NCAP仿真工況下，WSID假人頭部Y向加速度明顯大于C-NCAP仿真工況，這是由于E-NCAP工況碰撞速度偏大，成為假人頭部傷害增大的主要影響因素。



胸部位移曲線對比圖如圖6所示。紅色曲線為E-NCAP仿真工況下，前排WSID假人胸部三根肋骨的位移曲線；藍(lán)色曲線為C-NCAP仿真工況下，前排WSID假人胸部三根肋骨的位移曲線。可以看出，三根肋骨曲線大致趨勢相同，但兩者的數(shù)值相差較大。

E-NCAP仿真工況下，WSID假人胸部三根肋骨的位移明顯大于C-NCAP仿真工況，上肋骨相差最小也達(dá)到了10mm，下肋骨相差達(dá)到了15mm，這是由于E-NCAP工況碰撞速度偏大，且可移動壁障離地間隙更低導(dǎo)致的，使得WSID假人胸部越靠下，變形量越大。



腹部位移曲線對比圖如圖7所示。紅色曲線為E-NCAP仿真工況下，前排WSID假人腹部兩根肋骨的位移曲線；藍(lán)色曲線為C-NCAP仿真工況下，前排WSID假人腹部兩根肋骨的位移曲線?？梢钥闯?，兩根肋骨曲線大致趨勢相同，但兩者的數(shù)值相差較大。

E-NCAP仿真工況下，WSID假人腹部兩根肋骨的位移明顯大于C-NCAP仿真工況，腹部上肋骨相差達(dá)到了13mm，下肋骨相差達(dá)到了10mm，這是由于E-NCAP工況碰撞速度偏大，成為假人腹部兩根肋骨的位移增大的主要影響因素。



骨盆力曲線對比圖如圖8所示。紅色曲線為E-NCAP仿真工況下，前排WSID假人骨盆Y向受力曲線藍(lán)色曲線為C-NCAP仿真工況下，前排WSID假人骨盆Y向受力曲線。

可以看出，兩條曲線大致趨勢相同，但是E-NCAP仿真工況下，WSID假人骨盆Y向受力明顯大于C-NCAP仿真工況，這是由于E-NCAP工況碰撞速度偏大，且重心偏低，成為假人骨盆Y向受力增大的主要影響因素。



E-NCAP和C-NCAP兩種側(cè)碰工況下，前排假人的實車試驗傷害指標(biāo)對比分析見表3。可以看出，通過將仿真參數(shù)與試驗結(jié)果進(jìn)行對標(biāo)，仿真結(jié)果已經(jīng)接近于實車試驗數(shù)據(jù)，除了骨盆力實車試驗結(jié)果比仿真結(jié)果略大外，其他各項指標(biāo)均沒有大的偏離。

實車碰撞的結(jié)果仍然是E-NCAP工況比CNACP工況的假人傷害更大，這是由于E-NCAP工況壁障碰撞速度偏大，且重心偏低，假人受力更大。

表3 實車碰撞假人傷害對比


結(jié)  論

本文通過對E-NCAP(2020版)和C-NCAP(2021版)側(cè)面碰撞標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別進(jìn)行分析，對臺車碰撞速度和臺車離地間隙兩個側(cè)面碰撞重要影響因素進(jìn)行仿真結(jié)果討論，提出了車型側(cè)面碰撞安全開發(fā)過程中需要關(guān)注的問題，同時得出以下結(jié)論:

E-NCAP側(cè)碰工況相對于C-NCAP側(cè)碰工況，兩者的主要區(qū)別在后排乘員不同?移動壁障的碰撞速度不同E-NCAP側(cè)碰壁障的撞擊點更低，導(dǎo)致兩種工況的碰撞結(jié)果有所不同。

通過側(cè)圍變形量和假人運動姿態(tài)兩方面在仿真和實車試驗數(shù)據(jù)的對標(biāo)，仿真模型的結(jié)果已經(jīng)接近于實車試驗的結(jié)果，可以為后續(xù)車型安全性提升提供可靠的仿真結(jié)果支持。

綜合考慮側(cè)圍的變形量及假人傷害值的仿真和實車試驗結(jié)果，相比C-NCAP工況，E-NCAP側(cè)碰工況更加惡劣，車身側(cè)圍變形量更大，同時會對假人胸?腹?骨盆造成更大威脅。

針對E-NCAP側(cè)碰工況，需要重點提升側(cè)圍靠下部分結(jié)構(gòu)的強度?？舍槍﹂T檻梁?B柱?座椅橫梁進(jìn)行截面尺寸設(shè)計及材料優(yōu)化設(shè)計，提升側(cè)圍靠下部分的結(jié)構(gòu)強度，最終保護(hù)乘員，降低其傷害值。



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