EURO NCAP 最新MPDB试验及THOR假人介绍

王占强

按照Euro NCAP发展路线图， 2020年Euro NCAP评价规则较之前将有较大的变化，主要在乘员保护和主动安全方面都有不小的调整，如丰富了AEB的测试场景，新增了远端乘员保护测试和事故救援考核，而最引人注意的变化是将实施多年的64km/h正面40%偏置碰撞试验改为了移动可变形壁障偏置碰撞（简称MPDB）。其采用了最新的THOR假人，并增加了车辆兼容性要求。可以说未来必将成为影响汽车被动安全开发的一项重要设计基准。接下来我们就对该项试验进行简要介绍。

推出背景

交通事故统计显示，正面碰撞（包括两车迎面相撞、撞到前方障碍物等）是一种最为常见也最容易导致严重伤亡的事故类型，因此各国NCAP及安全标准体系中都将正面碰撞作为一种必不可少的碰撞试验。Euro NCAP从成立之初就引入了64km/h正面40%碰撞试验（简称ODB），它最能还原实际两车迎面相撞的情形，对车身结构的耐撞性有很高的要求。实施以来对提高汽车安全技术进步、降低道路交通伤害发挥了举足轻重的作用。

但随着汽车市场的发展，这种碰撞试验也逐渐暴露出局限性。例如，其评价标准主要针对的是车辆对内部成员的自我保护。但由于实际碰撞两辆车之间结构差异巨大，导致它们碰撞时，能量不能被有效地吸收，往往会导致乘员更严重的伤害。ADAC交通事故研究数据显示，轻型的车辆（<950kg）在车对车碰撞中严重伤害的比率约是重型车辆（>1750kg）的两倍。因此迫切需要对车身前端结构的兼容性进行考核，移动可变形壁障偏置碰撞就是在这一背景下推出的。

所以当车辆前端结构设计不合理时，虽然能满足现行的NCAP评估要求，但在实际车对车碰撞中，会产生非常大的局部载荷，给对方车辆带来严重的伤害，基于实际情况考虑，既要保护自身车辆，也要保护对方车辆的安全，因此Euro NCAP引入了能够全面评价车身结构兼容性的MPDB碰撞试验。

MPDB和ODB的主要区别

作为一个全新的试验工况，MPDB与之前的ODB相比有4个方面的差异：1. 壁障不同。ODB采用的是固定可变形蜂窝铝壁障，而MPDB采用了全新的可移动可变形壁障（PDB），壁障车重1400kg;2. 试验速度不同。ODB试验车速度为64km/h，而MPDB的试验车和壁障车速度都以50km/h相向碰撞，两车以50%的比率重叠。3. 采用假人不同。ODB前排采用的都是Hybrid III型假人，而MPDB驾驶员侧采用了全新的THOR50M假人;4. 评价指标不同。ODB主要考核车内假人各部位受到的伤害情况，MPDB新增加了兼容性评价。

从前期的测试情况来看，针对试验车辆，其在两项试验的表现有很大不同，主要表现在以下几个方面：

车身加速度方面，MPDB碰撞能量巨大，相对碰撞速度达到了100km/h，因此MPDB试验车辆加速度明显大于ODB，峰值高出了约20g，并且加速度整体出现较早（整体相对于ODB有很大的前移），从加速度整体看，类似于该车辆进行50km/h刚性壁障全正碰试验。

车身结构方面，MPDB与ODB试验结果前端变形很相似，尤其防撞横梁都有非常大的弯折，但在MPDB试验中吸能盒压溃变形不理想。

假人伤害方面，由于MPDB碰撞能量巨大，碰撞剧烈，所以假人的响应伤害值比ODB高很多。

试验壁障

为了更好地反应两车迎面碰撞时的安全性，MPDB试验采用了一个移动壁障代替传统的固定壁障。移动壁障的试验台车重量是采用典型的、具有代表性的家用轿车的重量（1400kg），为了更好地再现车辆前段的吸能情况，Euro NCAP精心设计并在台车前面加装一个可变形的蜂窝铝壁障（PDB）。

PDB壁障采用渐进式的结构，壁障离地150mm，壁障纵向分三段，A段和C段有恒定的变形压溃力，而中间B段变形压溃力是渐进的，即随着变形增加，压溃力也增加。A段：568×1000×90mm，压溃强度1.711Mpa;B段：568×1000×450mm，压溃强度渐进，约在0.6～1MPa之间。C段：568×1000×250mm，压溃强度在0.34Mpa

在宽度方面车辆的前端支撑防御结构最好能覆盖整个车辆的宽度，这样在碰撞事故中即使重叠量很小也能够很好地利用车辆前端的溃缩区分散和吸收碰撞能量，所以评估区域的宽度至少要覆盖车辆宽度的45%。碰撞试验中，车辆和台车碰撞受力会有一定的旋转，这样会有力作用在PDB变形单元的侧边上，因而产生横向载荷，导致了蜂窝铝结构的变形不真实，因此对PDB的侧边界的位置进行评估就显得不合理，所以评估区域应该从PDB侧边向内200mm开始。

为了匹配各种车辆之间的碰撞要求，避免车辆与壁障碰撞时出现骑跨（Overriding）、钻车底（Underriding）的风险，因此车辆的支撑防御结构布置在离地面250mm到650mm之间，这样既考虑了不同级别的车型，也能满足RCAR和重型车辆钻车底的保护需要。

PDB评估区域的碰撞能量：如果前端支撑防御结构强度有重大的差异，这样会导致碰撞能量被强度小的车辆吸收较多。因此，拥有高强度的前端支撑防御结构车辆对于对方车辆的保护不利。可以根据PDB变形的深度来进行前端结构的强度和碰撞能量的评估。为了降低碰撞车辆中载荷过大的风险，很有必要对测试车辆溃缩区域进行动能吸收评估。

台车速度的改变：碰撞能量集中在上面定义的评估区域内，在试验中，不考虑整个碰撞车辆的碰撞能量，而是通过台车速度的变化来评估，速度变化小于50kph是有利，而速度變化大于50kph是不利的。

试验方法及评价指标

在试验过程中，壁障小车和试验车辆均以50km/h的速度做相对运动，并以50%的重叠率发生碰撞，更精准地模拟了发生碰撞时对车辆及乘员开始作用的时刻，提高了约束系统标定参数的精确度。

前排假人为新开发的THOR假人，副驾驶为Hybird III假人，后排为两个Q系列的儿童假人，左侧为Q6儿童假人，右侧为Q10儿童假人，主要考察儿童约束系统对儿童的保护情况。

测试评价流程：1.计算每一个分项得分;2.计算假人每个身体部位得分;假人每个身体部位的得分取该部位分项得分中的最低分;分别对假人以下四个部位进行评分：头颈部、胸腹部、骨盆、大腿骨和膝盖、小腿和脚部。3.调整分从身体各部位得分中扣除;4.计算试验得分;对于假每个身体部位，取驾驶员和乘员得分中的最低分，最高得分为16分。5.测试过程中如果车门打开，则在整个试验得分基础上，每个打开的车门扣1分;6.MPDB相容性评价。

兼容性评价

碰撞兼容性的研究是指如何使车辆在碰撞事故中既能保护本车乘员（耐撞性），又能减少对另一方碰撞车辆造成的伤害（攻击性）。碰撞兼容性是车辆耐撞性和车辆攻击性的结合，旨在找到两者之间的一个最优平衡点。这本身就是一对“盾”与“矛”。Euro NCAP评价体系纳入MPDB试验以取代ODB，是重视碰撞相容性的一个开端。那兼容性评估怎么进行评价呢？

兼容性评估自2022年起最多可扣8分，2020年和2021年扣分减半，即最多可扣4分。兼容性评估主要从三个方面进行评价：壁障变形均匀性、OLC（乘员负载指数）、壁障击穿，

1.  壁障变形均匀性SD

通过对壁障变形标准差进行评价对壁障的变形均匀性进行评估。1、试验前通过如下图所示点建立坐标系。2、试验后扫描变形后的壁障点云数据，通过点云数据生成最大不大于10mm的网格数据。3、以未变形壁障中心为中心点间隔20mm生成共1400个网格点;4、将这些网格点沿X方向投影至变形壁障点云网格数据上，用以评估壁障变形均匀性系数。

变形均匀性系数通过变形标准差SD评估。其高性能限值为50mm，低性能限值为150mm，如SD位于50mm～150mm之间则通过线性缩放的方式来确定SD评估变形均匀性系数s。

2.  乘员负载系数OLC

该项指标主要评估对方车内乘员潜在的受伤风险，主要通过对壁障重心上的加速度计的X向加速度积分并计算获得。

3.  壁障击穿

若壁障在大于40mm×40mm面积内有超过630mm的侵入量，则应罚分2分，但总罚分最高不超过8分。

THOR假人

目前各国标准法规及NCAP评价中的正面碰撞试验普遍使用Hybri III型假人来模拟实际乘员受到的伤害情况。Hybrid假人由通用公司在1971年左右开发推出，在1976年研发出了知名度最高的 Hybrid III 50百分位假人。经过40多年的发展，Hybrid III假人已经成为了一个覆盖广泛的假人家族，包括95百分位男性、5百分位女性、3岁儿童等假人，这些都是基于Hybrid III 50百分位缩放得到的。

几十年来，碰撞试验假人仍在不断的研发中。美国很早就意识到了Hybrid III假人的不足，因此上世纪80年代左右，NHTSA就开始推动下一代全新碰撞假人THOR（Test Device for Human Occupant Restraint）的研究。

1995年General Engineering and Systems Analysis（GESAC）着手并研发了THOR假人的原型TAD-50M （Trauma Assessment Device – 50 Percentile Adult Male Dummy）。2005年，基于该原型，国际研究所（如：日本汽车研究所（JARI），日本汽车制造协会（JAMA））致力于将碰撞试验假人国际标准化，对THOR Alpha进行了大量综合评估与总结，将其更新为THOR-NT假人。同时（2000—2003年），FID欧洲项目将假人更新至THOR-FT版本。2009年，SAE基于北美、亚太、欧洲地区的大量试验，将假人更新至THOR-K。

2011—2012年，首美假人公司在SAE的委托下，将假人更新至THOR-50M版本。2017年1月，首美更新了THOR假人至THOR-50M Standard Build Level A（SBL-A）版。2018年1月，假人被更新至THOR-50M SBL-B版。

THOR 假人为了弥补Hybrid III假人的缺点，做了大量的改进，其生物逼真度更高，可测量的损伤参数也更多。不过THOR假人虽然好用，但是其成本也是非常高的，一个THOR假人要1000万元人民币左右，是其他假人价格的10倍。

THOR假人与Hybrid III有很多区别。以胸部为例，首先是胸部肋骨钢片的半径从上往下越来越大，不像Hybrid III所有肋骨几乎都一样大，其次就是胸部肋骨更像真人一样是一种由后往前的倾斜状。

SUFEHM评价

Euro NCAP在2020年将实施的MPDB试验采用了THOR假人，并引入了新的评价标准：SUFEHM评价指标。

在进行40多年的头部生物力学的研究中，专家们对头部损伤机制越来越倾斜于头部功能的缺陷与组织的损伤不一定有直接的关系。之前Lissner以及韦恩州立大学的头部损伤研究是基于头部单质量头部模型的整体合成加速度，该准则有一些局限性，没有特定的冲击方向，且未考虑角加速度对头部的损伤。

SUFEHM模型

Kang等人于1997年开发了斯特拉斯堡大学有限元头模型（SUFEHM）。头骨内外表面的几何特征来自成年男性头骨。模型还对头部解剖特征头骨、镰、幕、蛛网膜下腔、头皮、小脑、大脑和脑干。通过该头部模型SUFEHM来预测头部损伤，并用于头部保护系统的优化。

SUFEHM有限元网格模型由13208个单元组成，其总质量为4.7 kg，目前已经转换成LS-DYNA格式。SUFEHM模型作為新的头部损伤预测工具，可以参与头部保护系统的评估和优化。记录撞击下人头模型的线性和旋转三维加速度，并将这些试验数据作为头部有限元模型的输入，进而得出DAI、SDH和颅骨骨折的伤害风险。这种方法也可以应用于THOR假人头部，HybridIII假人头部，行人保护头碰模型。