基于NCAP的不同國家行人保護評價體系相關性研究

張新宇，劉彥君，呂 鑫 Zhang Xinyu，Liu Yanjun，Lü Xin

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基于NCAP的不同國家行人保護評價體系相關性研究

張新宇，劉彥君，呂 鑫 Zhang Xinyu，Liu Yanjun，Lü Xin

（北京現代汽車有限公司技術中心，北京 101300）

根據2013年中國交通事故統計，行人傷亡事故的比例超過23%。為降低行人在交通事故中的損傷風險，各國都在推進行人保護評價方案的發展。目前Euro-NCAP和J-NCAP行人保護評價方案已經逐步完善，C-NCAP行人保護評價方案（概要）也已提出，并將于2018年執行。對比C-NCAP行人保護評價方案與Euro-NCAP、J-NCAP行人保護評價方案在試驗區域、試驗方法和評分方法3個方面的差異，研究表明，J-NCAP行人評價方案與C-NCAP差異明顯，采用日本方案設計的車輛有必要重新進行校核及優化以滿足C-NCAP要求。C-NCAP強調生產商提高頭型試驗區域仿真能力，以提供準確預測值。

行人保護；新車評價規程（NCAP）；試驗方法差異

2013年我國交通事故死亡總人數58 539人，受傷總人數213 724人，其中至少23%的傷亡事故有行人參與[1]。我國以混合交通為主[2]，汽車對行人的傷害概率遠大于其他國家；因此推行車輛行人保護能力的評價對降低行人傷亡率具有積極作用。

交通事故統計數據表明行人與車輛發生碰撞時，大部分為汽車前部撞擊行人側面。在此碰撞工況下，行人下肢通常先與汽車保險杠及發動機罩前緣接觸，緊接著行人繞發動機罩前緣轉動，直到頭、上肢、胸或背與發動機罩、前風擋玻璃或A柱發生撞擊。在此過程中，身體各個部位會受到不同程度的傷害，但頭部和下肢受傷概率最高，且頭部易受到AIS（Abbreviated Injury Scale，簡明損傷定級標準）2-6級損傷，即中度及以上傷害，下肢易受到中度傷害（AIS2-4）[3]。

由于行人事故發生幾率大，損傷風險高，行人保護的研究也越來越引起全球范圍的關注。2005年，Euro-NCAP（European New Car Assessment Program，歐洲新車評價規程）將行人保護性能評價納入到新車評價規程中，目前Euro-NCAP使用8.2版本[4]。2003年，J-NCAP（Japan New Car Assessment Program，日本新車評價規程）中增加頭型沖擊試驗項目，2011年加入腿型沖擊試驗項目，旨在促使汽車生產商提高汽車行人保護性能。目前，中國行人保護評價方案（概要）已發布，將于2018年納入C-NCAP（China New Car Assess- ment Program，中國新車評價規程）。

C-NCAP行人保護評價方案即將于2018年實施，從試驗區域、試驗方法和評分方法3個方面與Euro-NCAP和J-NCAP進行對比，使車輛制造商明白C-NCAP新規范與他國規范之間的差異，了解新規范實施帶來的影響，提出應對策略。C-NCAP頭部沖擊（網格點法）需要生產商提供仿真值，且對仿真值的準確度存在較高要求。同時，通過對比中美成年人的身體參數，綜合3個國家評價方法的差異，為C-NCAP評價方案的優化提出合理化建議。

1 頭型沖擊試驗

1.1 試驗區域差異

頭型試驗區域由WAD（Wrap Around Distance，包繞距離）線、機罩側邊參考線和發動機罩前緣基準線圍成，包含發動機罩、前風擋玻璃和A柱等零部件。C-NCAP試驗區域與Euro-NCAP、J-NCAP的差異主要存在于試驗區域的劃分方式和成人/兒童頭型試驗區域。

C-NCAP根據提供試驗樣品和車輛信息的情況采用不同試驗區域劃分方法，對于既提供試驗樣品又提供車輛信息的情況采用網格點法。該方法采用WAD1 000線、WAD 1 500線、WAD 1 700線及WAD 2 100線將頭型沖擊試驗區域劃分為3部分，如圖1所示，指示點（頭型飛行中心線）位于WAD 1 000線和WAD 1 700線之間使用兒童頭型，位于WAD 1 700線和WAD 2 100線之間使用成人頭型；其余情況采用12等分均分區域法，基于WAD 1 000線、WAD 1 500線、WAD 2 100線將整個頭型試驗區域劃分為A和C共2個區域，如圖2所示。每個區域均分為6個大區，每個大區再分為4個區，共計48個小區；其中C區域為兒童頭部碰撞區，A區域為成人頭部碰撞區。

Euro-NCAP 8.2版本與C-NCAP采用相同網格點法劃分頭型試驗區域，只是成人、兒童頭型的試驗區域略有差異。Euro-NCAP 8.2版本中WAD 1 500線和WAD 1 700線之間的區域根據發動機罩后參考線劃分成人頭型試驗區域和兒童頭型試驗區域，位于WAD 1 500線和發動機罩后參考線之間區域采用兒童頭型，發動機罩后參考線與WAD 1 700線之間的區域采用成人頭型[4-5]。

與C-NCAP 12等分劃分區域方法不同，J-NCAP采用18等分劃分區域的方法，通過WAD 1 000線、WAD 1 350線、WAD 1 700線和WAD 2 100線將整個頭型試驗區域劃分為3個區域，如圖3所示，分別為I、II、III區域，每個區域等分為6個大區，每個大區再分為A，B，C，D 4個區，共計72個區。其中I區為成人頭型評價區，II、III區為兒童頭型評價區[6-7]。

C-NCAP、Euro-NCAP和J-NCAP評價體系頭型試驗均在WAD 1 000線與WAD 2 100線之間區域進行，但成人頭型及兒童頭型試驗區域的劃分不盡相同，J-NCAP兒童頭型試驗區域最大、C-NCAP兒童頭型試驗區域（均分區域法）最小。按照Euro-NCAP和J-NCAP要求設計的車輛需要擴大成人頭型的測試區域來考量其在C-NCAP規則下的保護性能。

1.2 試驗位置及條件差異

C-NCAP采用網格點法劃分試驗區域，根據所有網格點預測結果，隨機選取試驗點進行試驗，但試驗點選取細則尚未公布。采用均分區域法劃分的試驗區域中，每個區域選取最差性能點進行試驗。Euro-NCAP試驗區域中選擇任意網格點作為沖擊位置，后一個沖擊點與前一個沖擊點之間至少保持165 mm的間距。J-NCAP頭型試驗區域如圖3所示，沖擊點距離碰撞區域邊界線10 mm以上，后一個沖擊點與前一個沖擊點之間的距離至少在110 mm以上。

C-NCAP和Euro-NCAP試驗加載條件相同，見表1；J-NCAP試驗加載條件較前兩者復雜，見表2。J-NCAP根據發動機罩前緣離地高度和發動機罩角度不同，將試驗車型分為3類，類別I發動機罩前緣離地高度小于等于835 mm；類別II發動機罩前緣離地高度大于835 mm；類別III發動機罩角度大于等于30°。頭型不同、測試點位置不同以及沖擊角度不同，但沖擊速度相同。

表1 C-NCAP、Euro-NCAP頭型沖擊試驗加載條件

區分沖擊速度/(km/h)沖擊角度/(°) 兒童頭部碰撞區域4050 成人頭部碰撞區域4065

表2 J-NCAP頭型沖擊試驗加載條件

區分沖擊速度/ (km/h)沖擊角度/ (°) 發動機罩前風擋玻璃 類別I類別II類別III類別I類別II類別III 兒童頭部碰撞區域35656025404045 成人頭部碰撞區域35659050404045

J-NCAP試驗點選取更加密集，且試驗加載條件較Euro-NCAP和C-NCAP更加復雜，能夠更準確地復現事故中行人與各區域的沖擊情況；但J-NCAP較其他兩個規則沖擊速度低。Euro-NCAP規則下的車輛試驗加載條件滿足C-NCAP要求，而J-NCAP規則下的車輛需要進行更高速度的沖擊校核其在C-NCAP要求下的保護性能。

1.3 評分方法差異

C-NCAP與Euro-NCAP、J-NCAP相同，均采用HIC15（15ms Head Injury Criteria，15ms頭部損傷指標）對測試點進行評分，三者的HIC15高低性能限值見表3。三者高性能限值相同，低性能限值中J-NCAP要求更寬松。

表3 HIC15高低限值表

區分高性能值低性能值 Euro-NCAP6501 700 J-NCAP6502 000 C-NCAP6501 700

C-NCAP頭型沖擊試驗滿分12分。頭型沖擊試驗實際分數為滿分與得分率的乘積。試驗車輛的得分率為

=（1）

式中，修正系數必須介于0.75和1.25之間。在制造商提供預測分數的試驗點中抽取試驗點，獲得上述試驗點的總分，該總分與制造商預測分數的比即為修正系數；省略區域試驗點分數指的是零分區域和滿分區域試驗點的分數，傷害性能不確定點的分數通過試驗獲得。

Euro-NCAP頭型沖擊試驗滿分為24分[8]。頭型沖擊試驗的實際分數為滿分與得分率的乘積。Euro-NCAP得分率計算方法與C-NCAP相同，但要求修正系數介于0.5和1.5之間，對生產商的仿真預測值的準確度要求更加寬泛。

J-NCAP頭型沖擊試驗滿分為4分。試驗區域劃分為18個大區，每個大區中選擇1～2個危險點進行試驗，上述試驗點不能存在于相同的1/4區域中，試驗獲得的損傷值作為代表值，進行插值計算，獲得該試驗點分數，將該大區所有試驗點分數平均獲得大區分數，根據各個大區分數平均算出I、II、III區域的分數，再進行平均獲得該車型試驗分數。

C-NCAP和Euro-NCAP頭型沖擊試驗均提出對修正系數的要求，修正系數即為試驗值與仿真值的比，該值反映生產商提供仿真值的準確性。C-NCAP修正系數的要求較Euro-NCAP更加嚴格，這就要求我國汽車生產商仿真設置與試驗條件保持較高一致性，最好使修正系數小于1.0（仿真預測損傷值大于試驗損傷值）。

2 腿型沖擊試驗

C-NCAP與Euro-NCAP、J-NCAP腿型沖擊試驗方案存在顯著差異。C-NCAP進行保險杠沖擊試驗，根據保險杠下部高度的不同選擇大腿腿型或小腿腿型；Euro-NCAP腿型沖擊試驗包含保險杠沖擊試驗和WAD 775沖擊試驗；J-NCAP只進行小腿腿型保險杠沖擊試驗。

2.1 試驗區域差異

C-NCAP進行保險杠沖擊試驗，根據保險杠距地面高度不同選擇Flex PLI（Flexible Pedestrian Legform Impactor，柔性行人小腿沖擊器）或大腿沖擊器，具體臨界值尚未公布。C-NCAP腿型沖擊試驗區域為保險杠角之間的區域或橫梁最外邊緣之間的區域，取兩個區域中較大的區域。從車輛中心線與試驗區域中心線交點開始，每隔100 mm標記一個網格點，腿部沖擊試驗區域以L0點為中心，車輛右側標記為正，分別為L1～L6；左側為負，分別為L-1～L-6，如圖4所示。C-NCAP規定從L0或L1開始，每隔1個網格點選取1個試驗點，車輛兩側對稱位置任選一試驗點進行評價。

Euro-NCAP 8.2版本保險杠沖擊試驗區域與C-NCAP相同，WAD 775沖擊試驗采用大腿腿型進行，沖擊試驗區域采用100 mm網格點劃分方法。從車輛中心線與WAD 775線交點開始，沿WAD 775線到保險杠角參考點，每隔100 mm標記一個網格點。中心點記為U0，車輛左側標記為正，分別為U1～U6；右側為負，分別為U-1～U-6。試驗點選取方法與C-NCAP一致。

J-NCAP進行保險杠沖擊試驗，不區分保險杠高度均采用Flex PLI[9]，保險杠上部參考線與保險杠角形成的腿型沖擊試驗區域均分為L1區、L2區和L3區，將上述區域分別劃分為A、B兩部分，共6 個碰撞區域，如圖5所示。J-NCAP中，小腿沖擊試驗最多選定3個碰撞點，每個碰撞點間隔大于132 mm，若不足132 mm，則選擇對稱位置。

C-NCAP、Euro-NCAP及J-NCAP保險杠沖擊試驗區域相同，前兩者試驗區域劃分較J-NCAP細致，且試驗點數量較J-NCAP多；因此按照日本評價規范設計的車輛需對保險杠沖擊區域進行更多位置的校核，以確認其能滿足C-NCAP的要求。

2.2 沖擊位置及沖擊條件差異

在C-NCAP、Euro-NCAP及J-NCAP保險杠沖擊試驗中，Flex-PLI以0°、40 km/h沖擊前保險杠，離地高度75 mm；大腿沖擊器以0°、40km/h沖擊前保險杠。Euro-NCAP的WAD 755沖擊試驗中WAD 930線和保險杠內參考線連線的垂線與水平線的夾角為大腿模塊的撞擊角度，且撞擊能量（速度）取決于撞擊角度，撞擊速度范圍為20～33 km/h。

2.3 評分方法差異

C-NCAP、Euro-NCAP及J-NCAP小腿保險杠沖擊試驗損傷評價指標有脛骨彎矩、ACL（Anterior Cruciate Ligament，前十字韌帶）和PCL（Posterior Cruciate Ligament，后交叉韌帶）伸長量及MCL（Medical Collateral Ligament，內側副韌帶）伸長量，各個評價指標的限制值見表4。C-NCAP和Euro-NCAP大腿保險杠沖擊試驗損傷評價指標有彎矩、撞擊合力；彎矩的限制值為285~350 Nm，撞擊合力限制值為5 kN～6 kN。Euro-NCAP WAD 775沖擊試驗損傷評價指標與大腿保險杠沖擊試驗損傷評價指標相同。

表4 小腿沖擊試驗損傷值對比

區分脛骨彎矩/NmMCL伸長量/mmACL和PCL伸長量/mm 高性能值低性能值高性能值低性能值限值* Euro-NCAP282340 1922≥10 J-NCAP22438016.422≥13 C-NCAP282340 1922≥10

注：*在ACL、PCL低于限值的前提下，由MCL計算成績。

C-NCAP大腿腿型保險杠沖擊試驗采用2.1所述方法抽取試驗點，每個試驗點根據損傷指標最危險值進行評分，未進行測試點依據相鄰點最低得分計分，對稱點按照對應點得分進行計分，計算出得分率，乘以滿分3分，即為相應試驗最終分數。小腿腿型保險杠沖擊試驗，試驗點抽取方法相同，但計分方法存在差異。每個試驗點評分指標分為兩部分，權重均為0.5，脛骨彎矩（4個位置）為第1部分，韌帶伸長量為第2部分，均選取最危險值進行評價。

Euro-NCAP保險杠沖擊試驗滿分6分，評分方法與C-NCAP相同。WAD 775沖擊試驗方法與大腿腿型保險杠沖擊試驗評分方法相同，滿分為6分。

J-NCAP只進行小腿腿型沖擊試驗，每個試驗點將評分指標分為兩部分，兩部分的權重不同，脛骨彎矩（4個位置）為第1部分，選取最危險值進行評價，滿分為4分，權重為0.73；韌帶伸長量為第2部分，選取最危險值進行評價，滿分為4分，權重為0.27。將L1、L2、L3中的測試點分數進行平均，再將3個區域分數進行平均，獲得的數值即為最終的腿型沖擊試驗的分數。

C-NCAP和Euro-NCAP評價保險杠對行人腿部傷害中考慮保險杠高度對傷害位置的影響，同時認為下脛骨傷害和膝部韌帶傷害的重要性相同。J-NCAP不區分保險杠高度，且提高脛骨彎矩的權重，認為下脛骨損傷對人造成更大的痛苦；因此按照日本評價規范設計的車輛需根據保險杠高度的不同選擇試驗方案重新校核其保護性能。

3 結論及討論

對即將于2018年實施的C-NCAP行人保護評價方案，通過從試驗區域、試驗方法和評分方法3個方面與Euro-NCAP和J-NCAP進行對比。C-NCAP與Euro-NCAP頭型沖擊評價方案無顯著差異，與J-NCAP在頭型試驗區域劃分、頭型沖擊位置和沖擊速度角度等方面均存在顯著差異；腿型沖擊試驗方面，C-NCAP、J-NCAP只進行保險杠沖擊試驗，但C-NCAP根據保險杠高度選擇沖擊器類型，而Euro-NCAP進行保險杠沖擊試驗和WAD 775沖擊試驗分別考察腿部和髖部的損傷。

通過以上對比，為汽車生產商應對2018年實施的C-NCAP行人保護評價方案提出如下建議：

1）根據歐洲、日本要求設計的車輛需擴大成人頭型的測試區域來考量其在C-NCAP規則下的保護性能；

2）根據日本評價方案設計的車輛需對頭型試驗區域進行更高速度的沖擊試驗校核其保護性能；

3）生產商需提高頭型試驗區域仿真能力，提供能夠滿足C-NCAP要求的預測值；

4）按照日本評價方案設計的車輛需根據保險杠高度不同選擇試驗方案重新校核其保護性能。

通過以上分析，C-NCAP與Euro-NCAP頭型評價方案具有較高的一致性，而J-NCAP與這兩個評價方案差異較大。Euro-NCAP行人保護評價方案評價歐美人體與車輛發生碰撞的損傷情況，其依據歐美人體參數和事故損傷統計數據構建。中美中等身材男性身高差異4.20%，體重差異23.95%；中美中等身材女性身高差異2.92%，體重差異23.91%，見表5。中美成人人體參數存在較大差異，導致行人與車輛碰撞過程中運動狀態及損傷分布均會存在差異。車輛以40 km/h速度撞擊不同百分位多剛體假人模型，隨著假人百分位的增加，頭部與頭型試驗區域的接觸位置向前風擋玻璃方向移動，而身高較低的女性行人頭部損傷風險明顯高于其他身高行人，HIC15超過 2 000[12]。中美人體與同一車輛發生碰撞過程中，由于中國成人身高和體重較低，與車輛接觸的位置更靠近保險杠，損傷風險更高。因此我國頭型沖擊試驗標準應該與歐洲標準有所區別，適當將成人頭型沖擊區域向WAD 1 250線靠攏，適當放大HIC15范圍，根據撞擊位置的不同設置不同的沖擊速度和沖擊角度，以便更準確地復現中國人體與車輛發生碰撞過程中頭部的損傷情況，更準確地評價汽車對中國行人的保護效果。

表5 中美成人人體參數對比

區分身高/mm差異體重/kg差異 中國*美國**中國*美國** 50th男性1 6901 7614.20%68.985.423.95% 50th女性1 5761 6222.92%57.371.023.91%

注：*數據來源參考文獻[10]，**數據來源參考文獻[11]。

在轎車與行人碰撞中，相同車輛對歐美人群和亞洲人群造成的傷害不同，這就要求在借鑒吸收成熟評價方案的基礎上，根據我國事故統計數據和人體參數進行優化，使得評價規程能夠客觀地評價相關車型對于中國行人的保護性能。

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A

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