基于NCAP的不同国家行人保护评价体系相关性研究

张新宇，刘彦君，吕 鑫 Zhang Xinyu，Liu Yanjun，Lü Xin



基于NCAP的不同国家行人保护评价体系相关性研究

张新宇，刘彦君，吕 鑫 Zhang Xinyu，Liu Yanjun，Lü Xin

（北京现代汽车有限公司技术中心，北京 101300）

根据2013年中国交通事故统计，行人伤亡事故的比例超过23%。为降低行人在交通事故中的损伤风险，各国都在推进行人保护评价方案的发展。目前Euro-NCAP和J-NCAP行人保护评价方案已经逐步完善，C-NCAP行人保护评价方案（概要）也已提出，并将于2018年执行。对比C-NCAP行人保护评价方案与Euro-NCAP、J-NCAP行人保护评价方案在试验区域、试验方法和评分方法3个方面的差异，研究表明，J-NCAP行人评价方案与C-NCAP差异明显，采用日本方案设计的车辆有必要重新进行校核及优化以满足C-NCAP要求。C-NCAP强调生产商提高头型试验区域仿真能力，以提供准确预测值。

行人保护；新车评价规程（NCAP）；试验方法差异

2013年我国交通事故死亡总人数58 539人，受伤总人数213 724人，其中至少23%的伤亡事故有行人参与[1]。我国以混合交通为主[2]，汽车对行人的伤害概率远大于其他国家；因此推行车辆行人保护能力的评价对降低行人伤亡率具有积极作用。

交通事故统计数据表明行人与车辆发生碰撞时，大部分为汽车前部撞击行人侧面。在此碰撞工况下，行人下肢通常先与汽车保险杠及发动机罩前缘接触，紧接着行人绕发动机罩前缘转动，直到头、上肢、胸或背与发动机罩、前风挡玻璃或A柱发生撞击。在此过程中，身体各个部位会受到不同程度的伤害，但头部和下肢受伤概率最高，且头部易受到AIS（Abbreviated Injury Scale，简明损伤定级标准）2-6级损伤，即中度及以上伤害，下肢易受到中度伤害（AIS2-4）[3]。

由于行人事故发生几率大，损伤风险高，行人保护的研究也越来越引起全球范围的关注。2005年，Euro-NCAP（European New Car Assessment Program，欧洲新车评价规程）将行人保护性能评价纳入到新车评价规程中，目前Euro-NCAP使用8.2版本[4]。2003年，J-NCAP（Japan New Car Assessment Program，日本新车评价规程）中增加头型冲击试验项目，2011年加入腿型冲击试验项目，旨在促使汽车生产商提高汽车行人保护性能。目前，中国行人保护评价方案（概要）已发布，将于2018年纳入C-NCAP（China New Car Assess- ment Program，中国新车评价规程）。

C-NCAP行人保护评价方案即将于2018年实施，从试验区域、试验方法和评分方法3个方面与Euro-NCAP和J-NCAP进行对比，使车辆制造商明白C-NCAP新规范与他国规范之间的差异，了解新规范实施带来的影响，提出应对策略。C-NCAP头部冲击（网格点法）需要生产商提供仿真值，且对仿真值的准确度存在较高要求。同时，通过对比中美成年人的身体参数，综合3个国家评价方法的差异，为C-NCAP评价方案的优化提出合理化建议。

1 头型冲击试验

1.1 试验区域差异

头型试验区域由WAD（Wrap Around Distance，包绕距离）线、机罩侧边参考线和发动机罩前缘基准线围成，包含发动机罩、前风挡玻璃和A柱等零部件。C-NCAP试验区域与Euro-NCAP、J-NCAP的差异主要存在于试验区域的划分方式和成人/儿童头型试验区域。

C-NCAP根据提供试验样品和车辆信息的情况采用不同试验区域划分方法，对于既提供试验样品又提供车辆信息的情况采用网格点法。该方法采用WAD1 000线、WAD 1 500线、WAD 1 700线及WAD 2 100线将头型冲击试验区域划分为3部分，如图1所示，指示点（头型飞行中心线）位于WAD 1 000线和WAD 1 700线之间使用儿童头型，位于WAD 1 700线和WAD 2 100线之间使用成人头型；其余情况采用12等分均分区域法，基于WAD 1 000线、WAD 1 500线、WAD 2 100线将整个头型试验区域划分为A和C共2个区域，如图2所示。每个区域均分为6个大区，每个大区再分为4个区，共计48个小区；其中C区域为儿童头部碰撞区，A区域为成人头部碰撞区。

Euro-NCAP 8.2版本与C-NCAP采用相同网格点法划分头型试验区域，只是成人、儿童头型的试验区域略有差异。Euro-NCAP 8.2版本中WAD 1 500线和WAD 1 700线之间的区域根据发动机罩后参考线划分成人头型试验区域和儿童头型试验区域，位于WAD 1 500线和发动机罩后参考线之间区域采用儿童头型，发动机罩后参考线与WAD 1 700线之间的区域采用成人头型[4-5]。

与C-NCAP 12等分划分区域方法不同，J-NCAP采用18等分划分区域的方法，通过WAD 1 000线、WAD 1 350线、WAD 1 700线和WAD 2 100线将整个头型试验区域划分为3个区域，如图3所示，分别为I、II、III区域，每个区域等分为6个大区，每个大区再分为A，B，C，D 4个区，共计72个区。其中I区为成人头型评价区，II、III区为儿童头型评价区[6-7]。

C-NCAP、Euro-NCAP和J-NCAP评价体系头型试验均在WAD 1 000线与WAD 2 100线之间区域进行，但成人头型及儿童头型试验区域的划分不尽相同，J-NCAP儿童头型试验区域最大、C-NCAP儿童头型试验区域（均分区域法）最小。按照Euro-NCAP和J-NCAP要求设计的车辆需要扩大成人头型的测试区域来考量其在C-NCAP规则下的保护性能。

1.2 试验位置及条件差异

C-NCAP采用网格点法划分试验区域，根据所有网格点预测结果，随机选取试验点进行试验，但试验点选取细则尚未公布。采用均分区域法划分的试验区域中，每个区域选取最差性能点进行试验。Euro-NCAP试验区域中选择任意网格点作为冲击位置，后一个冲击点与前一个冲击点之间至少保持165 mm的间距。J-NCAP头型试验区域如图3所示，冲击点距离碰撞区域边界线10 mm以上，后一个冲击点与前一个冲击点之间的距离至少在110 mm以上。

C-NCAP和Euro-NCAP试验加载条件相同，见表1；J-NCAP试验加载条件较前两者复杂，见表2。J-NCAP根据发动机罩前缘离地高度和发动机罩角度不同，将试验车型分为3类，类别I发动机罩前缘离地高度小于等于835 mm；类别II发动机罩前缘离地高度大于835 mm；类别III发动机罩角度大于等于30°。头型不同、测试点位置不同以及冲击角度不同，但冲击速度相同。

表1 C-NCAP、Euro-NCAP头型冲击试验加载条件

区分冲击速度/(km/h)冲击角度/(°) 儿童头部碰撞区域4050 成人头部碰撞区域4065

表2 J-NCAP头型冲击试验加载条件

区分冲击速度/ (km/h)冲击角度/ (°) 发动机罩前风挡玻璃 类别I类别II类别III类别I类别II类别III 儿童头部碰撞区域35656025404045 成人头部碰撞区域35659050404045

J-NCAP试验点选取更加密集，且试验加载条件较Euro-NCAP和C-NCAP更加复杂，能够更准确地复现事故中行人与各区域的冲击情况；但J-NCAP较其他两个规则冲击速度低。Euro-NCAP规则下的车辆试验加载条件满足C-NCAP要求，而J-NCAP规则下的车辆需要进行更高速度的冲击校核其在C-NCAP要求下的保护性能。

1.3 评分方法差异

C-NCAP与Euro-NCAP、J-NCAP相同，均采用HIC15（15ms Head Injury Criteria，15ms头部损伤指标）对测试点进行评分，三者的HIC15高低性能限值见表3。三者高性能限值相同，低性能限值中J-NCAP要求更宽松。

表3 HIC15高低限值表

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

C-NCAP头型冲击试验满分12分。头型冲击试验实际分数为满分与得分率的乘积。试验车辆的得分率为

=（1）

式中，修正系数必须介于0.75和1.25之间。在制造商提供预测分数的试验点中抽取试验点，获得上述试验点的总分，该总分与制造商预测分数的比即为修正系数；省略区域试验点分数指的是零分区域和满分区域试验点的分数，伤害性能不确定点的分数通过试验获得。

Euro-NCAP头型冲击试验满分为24分[8]。头型冲击试验的实际分数为满分与得分率的乘积。Euro-NCAP得分率计算方法与C-NCAP相同，但要求修正系数介于0.5和1.5之间，对生产商的仿真预测值的准确度要求更加宽泛。

J-NCAP头型冲击试验满分为4分。试验区域划分为18个大区，每个大区中选择1～2个危险点进行试验，上述试验点不能存在于相同的1/4区域中，试验获得的损伤值作为代表值，进行插值计算，获得该试验点分数，将该大区所有试验点分数平均获得大区分数，根据各个大区分数平均算出I、II、III区域的分数，再进行平均获得该车型试验分数。

C-NCAP和Euro-NCAP头型冲击试验均提出对修正系数的要求，修正系数即为试验值与仿真值的比，该值反映生产商提供仿真值的准确性。C-NCAP修正系数的要求较Euro-NCAP更加严格，这就要求我国汽车生产商仿真设置与试验条件保持较高一致性，最好使修正系数小于1.0（仿真预测损伤值大于试验损伤值）。

2 腿型冲击试验

C-NCAP与Euro-NCAP、J-NCAP腿型冲击试验方案存在显著差异。C-NCAP进行保险杠冲击试验，根据保险杠下部高度的不同选择大腿腿型或小腿腿型；Euro-NCAP腿型冲击试验包含保险杠冲击试验和WAD 775冲击试验；J-NCAP只进行小腿腿型保险杠冲击试验。

2.1 试验区域差异

C-NCAP进行保险杠冲击试验，根据保险杠距地面高度不同选择Flex PLI（Flexible Pedestrian Legform Impactor，柔性行人小腿冲击器）或大腿冲击器，具体临界值尚未公布。C-NCAP腿型冲击试验区域为保险杠角之间的区域或横梁最外边缘之间的区域，取两个区域中较大的区域。从车辆中心线与试验区域中心线交点开始，每隔100 mm标记一个网格点，腿部冲击试验区域以L0点为中心，车辆右侧标记为正，分别为L1～L6；左侧为负，分别为L-1～L-6，如图4所示。C-NCAP规定从L0或L1开始，每隔1个网格点选取1个试验点，车辆两侧对称位置任选一试验点进行评价。

Euro-NCAP 8.2版本保险杠冲击试验区域与C-NCAP相同，WAD 775冲击试验采用大腿腿型进行，冲击试验区域采用100 mm网格点划分方法。从车辆中心线与WAD 775线交点开始，沿WAD 775线到保险杠角参考点，每隔100 mm标记一个网格点。中心点记为U0，车辆左侧标记为正，分别为U1～U6；右侧为负，分别为U-1～U-6。试验点选取方法与C-NCAP一致。

J-NCAP进行保险杠冲击试验，不区分保险杠高度均采用Flex PLI[9]，保险杠上部参考线与保险杠角形成的腿型冲击试验区域均分为L1区、L2区和L3区，将上述区域分别划分为A、B两部分，共6 个碰撞区域，如图5所示。J-NCAP中，小腿冲击试验最多选定3个碰撞点，每个碰撞点间隔大于132 mm，若不足132 mm，则选择对称位置。

C-NCAP、Euro-NCAP及J-NCAP保险杠冲击试验区域相同，前两者试验区域划分较J-NCAP细致，且试验点数量较J-NCAP多；因此按照日本评价规范设计的车辆需对保险杠冲击区域进行更多位置的校核，以确认其能满足C-NCAP的要求。

2.2 冲击位置及冲击条件差异

在C-NCAP、Euro-NCAP及J-NCAP保险杠冲击试验中，Flex-PLI以0°、40 km/h冲击前保险杠，离地高度75 mm；大腿冲击器以0°、40km/h冲击前保险杠。Euro-NCAP的WAD 755冲击试验中WAD 930线和保险杠内参考线连线的垂线与水平线的夹角为大腿模块的撞击角度，且撞击能量（速度）取决于撞击角度，撞击速度范围为20～33 km/h。

2.3 评分方法差异

C-NCAP、Euro-NCAP及J-NCAP小腿保险杠冲击试验损伤评价指标有胫骨弯矩、ACL（Anterior Cruciate Ligament，前十字韧带）和PCL（Posterior Cruciate Ligament，后交叉韧带）伸长量及MCL（Medical Collateral Ligament，内侧副韧带）伸长量，各个评价指标的限制值见表4。C-NCAP和Euro-NCAP大腿保险杠冲击试验损伤评价指标有弯矩、撞击合力；弯矩的限制值为285~350 Nm，撞击合力限制值为5 kN～6 kN。Euro-NCAP WAD 775冲击试验损伤评价指标与大腿保险杠冲击试验损伤评价指标相同。

表4 小腿冲击试验损伤值对比

区分胫骨弯矩/NmMCL伸长量/mmACL和PCL伸长量/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计算成绩。

C-NCAP大腿腿型保险杠冲击试验采用2.1所述方法抽取试验点，每个试验点根据损伤指标最危险值进行评分，未进行测试点依据相邻点最低得分计分，对称点按照对应点得分进行计分，计算出得分率，乘以满分3分，即为相应试验最终分数。小腿腿型保险杠冲击试验，试验点抽取方法相同，但计分方法存在差异。每个试验点评分指标分为两部分，权重均为0.5，胫骨弯矩（4个位置）为第1部分，韧带伸长量为第2部分，均选取最危险值进行评价。

Euro-NCAP保险杠冲击试验满分6分，评分方法与C-NCAP相同。WAD 775冲击试验方法与大腿腿型保险杠冲击试验评分方法相同，满分为6分。

J-NCAP只进行小腿腿型冲击试验，每个试验点将评分指标分为两部分，两部分的权重不同，胫骨弯矩（4个位置）为第1部分，选取最危险值进行评价，满分为4分，权重为0.73；韧带伸长量为第2部分，选取最危险值进行评价，满分为4分，权重为0.27。将L1、L2、L3中的测试点分数进行平均，再将3个区域分数进行平均，获得的数值即为最终的腿型冲击试验的分数。

C-NCAP和Euro-NCAP评价保险杠对行人腿部伤害中考虑保险杠高度对伤害位置的影响，同时认为下胫骨伤害和膝部韧带伤害的重要性相同。J-NCAP不区分保险杠高度，且提高胫骨弯矩的权重，认为下胫骨损伤对人造成更大的痛苦；因此按照日本评价规范设计的车辆需根据保险杠高度的不同选择试验方案重新校核其保护性能。

3 结论及讨论

对即将于2018年实施的C-NCAP行人保护评价方案，通过从试验区域、试验方法和评分方法3个方面与Euro-NCAP和J-NCAP进行对比。C-NCAP与Euro-NCAP头型冲击评价方案无显著差异，与J-NCAP在头型试验区域划分、头型冲击位置和冲击速度角度等方面均存在显著差异；腿型冲击试验方面，C-NCAP、J-NCAP只进行保险杠冲击试验，但C-NCAP根据保险杠高度选择冲击器类型，而Euro-NCAP进行保险杠冲击试验和WAD 775冲击试验分别考察腿部和髋部的损伤。

通过以上对比，为汽车生产商应对2018年实施的C-NCAP行人保护评价方案提出如下建议：

1）根据欧洲、日本要求设计的车辆需扩大成人头型的测试区域来考量其在C-NCAP规则下的保护性能；

2）根据日本评价方案设计的车辆需对头型试验区域进行更高速度的冲击试验校核其保护性能；

3）生产商需提高头型试验区域仿真能力，提供能够满足C-NCAP要求的预测值；

4）按照日本评价方案设计的车辆需根据保险杠高度不同选择试验方案重新校核其保护性能。

通过以上分析，C-NCAP与Euro-NCAP头型评价方案具有较高的一致性，而J-NCAP与这两个评价方案差异较大。Euro-NCAP行人保护评价方案评价欧美人体与车辆发生碰撞的损伤情况，其依据欧美人体参数和事故损伤统计数据构建。中美中等身材男性身高差异4.20%，体重差异23.95%；中美中等身材女性身高差异2.92%，体重差异23.91%，见表5。中美成人人体参数存在较大差异，导致行人与车辆碰撞过程中运动状态及损伤分布均会存在差异。车辆以40 km/h速度撞击不同百分位多刚体假人模型，随着假人百分位的增加，头部与头型试验区域的接触位置向前风挡玻璃方向移动，而身高较低的女性行人头部损伤风险明显高于其他身高行人，HIC15超过 2 000[12]。中美人体与同一车辆发生碰撞过程中，由于中国成人身高和体重较低，与车辆接触的位置更靠近保险杠，损伤风险更高。因此我国头型冲击试验标准应该与欧洲标准有所区别，适当将成人头型冲击区域向WAD 1 250线靠拢，适当放大HIC15范围，根据撞击位置的不同设置不同的冲击速度和冲击角度，以便更准确地复现中国人体与车辆发生碰撞过程中头部的损伤情况，更准确地评价汽车对中国行人的保护效果。

表5 中美成人人体参数对比

区分身高/mm差异体重/kg差异 中国*美国**中国*美国** 50th男性1 6901 7614.20%68.985.423.95% 50th女性1 5761 6222.92%57.371.023.91%

注：*数据来源参考文献[10]，**数据来源参考文献[11]。

在轿车与行人碰撞中，相同车辆对欧美人群和亚洲人群造成的伤害不同，这就要求在借鉴吸收成熟评价方案的基础上，根据我国事故统计数据和人体参数进行优化，使得评价规程能够客观地评价相关车型对于中国行人的保护性能。

[1]公安部交通管理局. 2013中华人民共和国道路交通事故统计年报[M]. 北京：人民交通出版社，2014.

[2]徐大伟，邓亚东，周荣. 欧日行人保护碰撞测试技术法规的比较研究[J]. 北京汽车，2007（5）：30-33.

[3]张金换. 汽车碰撞安全性设计[M]. 北京：清华大学出版社，2010.

[4]European New Car Assessment Program (Euro NCAP). Pedestrian Testing Protocol, version 8.2[S/OL]. Euro NCAP secretary, 2015 [2016-10-26]. http://www.euroncap.com.

[5]刘洋，孙小光，杨占军，等. Euro-NCAP行人保护试验规程（v5.3.1和v6.0）分析[J]. 汽车安全与节能学报，2012，3（2）：142-150.

[6]Japan New Car Assessment Program. Pedestrian Head Protection Performance Test Procedure[S/OL]. J-NCAP secretary, 2014 [2016-10-26]. http://www.nasva.go.jp/mamoru/en.

[7]林高泽，杨海燕，周大永，等. E-NCAP V8.0与J-NCAP行人保护性能试验规程对比[J]. 汽车工程师，2015（12）：13-17.

[8]European New Car Assessment Program (Euro NCAP). Assessment Protocol-Pedestrian Protection, version 8.1[S/OL]. Euro NCAP secretary, 2015 [2016-10-26]. http://www.euroncap.com.

[9]Japan New Car Assessment Program. Pedestrian Leg Protection Safety Performance Test Procedure[S/OL]. J-NCAP secretary, 2014 [2016-10-26]. http://www.nasva.go.jp/mamoru/en.

[10]国家体育总局. 2010年国民体质监测公报[M]. 北京：人民体育出版社，2011.

[11]Reed MP, Jonathan DR. An Anthropometric Comparison of Current ATDs with the US Adult Populations [J]. Traffic Injury Prevention, 2013(14): 703-705.

[12]惠有利. 行人交通事故中碰撞车速和行人身高对行人损伤风险的研究[J]. 机械设计与制造，2016（5）：261-264.

2016-12-26

1002-4581（2017）02-0022-06

U467.1+4

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2017.02.006