Euro NCAP 中方向盘接触主观评价方法的改进

商恩义，李月明，习波波，侯福震

（浙江吉利汽车研究院有限公司 浙江省汽车安全技术研究重点实验室，杭州 311228）

在欧盟新车评价规程（Euro New Car Assessment Program，Euro NCAP）（2018 年版）[1]中，在规定假人各部位得分的基础上，也指定了某些部位的主观评价修正项，其中包括方向盘接触。评价时，一旦确认方向盘与假人胸部接触，则对假人胸部得分进行修正，从胸部得分中扣除1 分。

当前，评价方向盘与胸部接触主要凭借以下信息[2]：胸部加速度曲线、高速摄像、试验前后照片、安全带力曲线、试验样车的物理损坏。其中，胸部加速度曲线是评价的主要依据[3]。通常情况下，胸部加速度曲线在下降或上升阶段的变化是平滑的，即曲线上没有急剧的增加过程，也不会出现第2 个波峰。在下降或上升阶段，胸部加速度曲线一旦出现一个急剧的增强过程或者出现第2 个波峰，就可以初步判定方向盘接触胸部。随后，再排除其它因素造成此结果的可能性，如方向管柱溃缩运动、方向盘上盘缘接触到仪表盘、上肢接触到车内饰、限力式安全带限力功能结束等。此外，也通过高速摄像进行确认，确认曲线发生突变时假人胸部与方向盘下盘缘是否极其接近。

该评价方法受工作人员的工作能力和工作经验影响较大，主观性较强。因此，某款车在欧洲某Euro NCAP 官方实验室进行了Euro NCAP 摸底试验后，本文结合对该次试验中方向盘与胸部接触所进行的主观评价，从车体反弹对假人运动姿态的影响、驾驶员和乘员在碰撞中反映的共性、假人胸部加速度曲线插补的合理性几方面，对当前的评价方法进行了改进和完善。

1 Euro NCAP摸底试验基于当前评价方法的评价

规定假人的坐标系如下：前后方向为x向，向前为正，左右方向为y向，向右为正[4]。此外，在分析中用axc表示假人胸部x向加速度；ayc表示假人胸部y向加速度；F表示安全带肩带力。

摸底试验中，驾驶员假人胸部axc曲线如图1所示，安全带肩带力F 曲线如图2 所示，假人头部与安全气囊接触开始时刻如图3 所示，第2 个波峰起始时刻的录像截屏如图4 所示。图1 中，假人axc曲线在118 ms 时出现了第2 个波峰，官方依据当前判定方法，结合图1 ～4，对该峰进行了判定：在图1 中出现第2 个波峰时刻，图2 中安全带力曲线没有发生明显变化，对比图3 和图4，可确认方向管柱没有移动，所以可排除方向管柱移动、安全带作用力变化等因素造成的影响，判定为方向盘接触胸部。

图1 某车型摸底试验中驾驶员假人axc

图2 安全带肩带力曲线

图3 假人开始接触气囊（76 ms）

图4 胸部axc 第2 个波峰开始时刻（118 ms）

一旦判定方向盘接触胸部，则要对假人胸部进行扣分修正。因此，在进行正式Euro NCAP 前，需要对当前约束系统重新进行优化，这将延长开发周期，增加研发投入。

考虑官方评价过于简单，有第2 个波峰出现，便认定该峰为突变，且评价过程中以排除影响因素为主，不够严谨，所以被动安全相关人员决定对该次试验结果重新进行评价。重新评价前，首先对方向盘接触胸部的评价方法进行了研究。

2 基于台车试验的方向盘接触胸部的探讨

为了更好地改进当前评价方法，首先对方向盘接触胸部的一般表现进行研究。

某车进行了64 km/h 的台车模拟试验。试验前，白车身搭建时向左偏转了8°，以此模拟实车碰撞过程中车体旋转对假人运动的影响。试验后，驾驶员假人胸部axc曲线如图5 所示，右侧高速摄像125 ms 时截屏如图6 所示。由图5 可知，axc曲线在125 ms 时出现了第2 个波峰。由图6 可知，虽然假人右臂遮挡了方向盘下盘缘，但通过方向盘与假人胸部的接近程度，依然可以判定125 ms 时假人胸部与方向盘发生了接触，图5 中曲线的第2 个波峰为方向盘与胸部接触产生。

图5 某台车试验中驾驶员假人axc

图6 125 ms 时高速摄像截屏

通过axc曲线第2 个波峰特性，分析方向盘与胸部接触产生第2 个波峰的特点：图5 中，两个峰值对应时刻分别用A、C 表示，之间的波谷顶点用

B 表示，结束前的拐点用D 表示。AB 反映了碰撞后期安全气囊对假人胸部的缓冲过程，在安全气囊作用不足的情况下，回升的斜率偏大；波峰BCD为胸部与方向盘接触下产生的附加胸部加速度，一旦发生，其通常发生在假人臀部回弹胸部下扑过程中，反映了胸部与方向盘的碰撞强度及方向盘下盘缘变形吸能情况。与安全气囊作用波峰相比，BCD的尖峰更强且持续时间更长。此外，CD 反映了假人胸部与方向盘发生撞击后的离开速度，与安全气囊作用下假人胸部离开速度相比，方向盘与胸部接触的情况下，方向盘刚度大，假人胸部撞击后离开速度更快，即CD 的斜率更大。

3 基于摸底试验的主观评价方法的改进

正面偏置碰撞试验中，对于左舵车，车体反弹时，将伴有以偏置碰撞刚性壁障的侧棱边为轴的逆时针旋转，反弹加旋转将导致前排乘员产生侧向滑动。此外，胸部加速度曲线出现第2 个峰值，也可能是出现波谷所致；假人胸部加速度与胸部变形量、安全带肩带力之间存在着一定的联系。因此，有必要从上述几方面对当前主观评价方法进行改进。

3.1 基于假人胸部axc 曲线与安全带、胸部变形量之间关系的评价

相关研究表明[5-6]，对于卷收器限力式安全带，在安全带限力前，假人近似平动，消除胸部加速度和胸部变形延时影响，有：

式中：m为假人广义胸部质量（含颈部），Hybrid Ⅲ 50%假人取值通常为18.73 kg[7]；k为假人胸部刚度，限力式安全带作用下取值通常为200 kN/m；d为胸部变形量。令：

式中：axb表示在安全带肩带作用下胸部x向产生的加速度，m/s2；axd表示在胸部变形力作用下胸部x向产生的加速度，m/s2。则在安全带限力前，消除延时影响，有：

依据式（4），建立Euro NCAP 摸底试验中驾驶员假人axc、axb和axd曲线比较关系，如图7 所示。由图可知，在约67 ms 之前，即安全带主要作用阶段，3 条曲线同步性较好。在约85 ～123 ms 之间，axc曲线下降幅度明显超过axb和axd曲线，此期间安全带腰带与安全气囊对胸部加速度产生了作用。而在115 ～123 ms 区间，axd和axb曲线没有明显变化，即安全带肩带产生的加速度没有异常变化，表明在产生第2 个波峰时，安全带肩带力没有造成异常影响。在整个碰撞过程中，axd和axb曲线幅值变化始终比较接近，表明胸部变形量主要是受到安全带作用产生的。即在整个碰撞过程中，假人胸部主要受到安全带肩带作用，且安全带肩带作用正常。胸部axc曲线第2 个波峰的产生，可以排除方向管柱运动、方向盘上盘缘接触到仪表盘、上肢接触到车内饰、限力式安全带限力功能结束等因素的影响。分析结果倾向于方向盘接触假人胸部。

图7 假人胸部axb 与axc、axd 之间的关系

3.2 基于对胸部axc 曲线进行插补分析的评价

在正面碰撞过程中，假人胸部x向为减速过程，所以在整个碰撞过程中，axc曲线总体表现为先下降，再回升。但在整个碰撞过程中也可能出现波谷或另一个波峰，如图1 所示。波峰是再次受冲击的反映，波谷则是瞬时卸载的表现，因此，确认突变是波谷还是波峰，对确定下一步的分析方向至关重要。

判断冲击是波谷还是波峰，可以通过插补曲线进行。插补曲线是辅助分析方法，没有特定画法，以合理性强为主。摸底试验中驾驶员假人axc曲线插补后如图8 所示，118 ms 时安全气囊状态如图9所示。图8 中，根据曲线突变情况，选取了A（109 ms时刻）、B（115 ms 时刻）、C（118 ms 时刻）、D（137 ms 时刻）4 个拐点，画了两条插补曲线。

分析插补曲线的合理性：

（1）进行BD 连线插补，若合理，则BCD 波峰为突变。此时，ABD 曲线为碰撞后期安全气囊作用下胸部加速度曲线；BCD 曲线为胸部接触方向盘产生的附加加速度曲线。其中，BC 反映了假人胸部撞击方向盘的撞击过程及方向盘盘缘变形的缓冲作用，CD 反映了假人胸部与方向盘发生撞击后的离开速度。AB 与CD 相比，AB 变化斜率更大，该现象与方向盘接触胸部的通常表现不符。只有当安全气囊泻气较快，假人胸部发生触底时，才会出现这种情况。同时，方向盘下盘缘刚度低，假人胸部触底后下盘缘变形吸能效果更好，导致假人胸部回弹慢。

图8 插补后驾驶员假人胸部axc 曲线

检查安全气囊，如图9 所示，安全气囊在C 点对应时刻内部压力依然较足，不存在泻气较快问题。检查方向盘，试验中方向盘并没有发生永久变形，不存在其下盘缘变形吸能较好的问题。此外，认为BCD 为方向盘接触胸部产生，则胸部与方向盘的撞击强度明显过小，明显低于安全气囊作用时的第1个波峰，与方向盘接触胸部的常理不符。因此，分析表明BD 插补不尽合理。

（2）进行AC插补，若合理，则ABC波谷为突变。此时，ACD 为安全气囊吸能作用下胸部加速度曲线，与ABD 相比，ACD 变化更缓，将ACD 认作安全气囊吸能作用曲线应更加合理。

图9 118 ms 时刻安全气囊状态

若ABC 波谷为突变，产生原因需要进一步分析论证。由图9 可知，在C 点时刻，安全气囊已经明显地被推向左侧，表明假人已经发生向左侧的滑动，波谷的产生极有可能与假人的侧向滑动有关。

3.3 基于车体反弹旋转下假人发生侧滑的评价

正面偏置碰撞过程中，假人的运动姿态受车体反弹旋转的影响不应忽略。

3.3.1 车体反弹时刻分析

偏置碰撞试验前，在试验车左B 柱下（LB）和右B 柱下（RB）分别安装有x向加速度传感器。试验后，将两个传感器采集到的加速度分别积分成速度，并求得速度差值，通过左右两B 柱下的速度差值可以判断车体的旋转情况：速度差值越大，车体向速度高的一侧旋转得越快。摸底试验中，左右两B 柱下的速度比较关系如图10 所示。由图可知，LB 速度曲线在108 ms 时刻归0，RB 速度曲线在144 ms 时刻接近0。在108 ms 之后，速度差值维持在3.45 m/s。即在108 ms 之后，车体反弹，并伴有逆时针高速旋转。

图10 左右B 柱速度及差值

3.3.2 车体反弹对假人运动产生的影响

碰撞中，对于前排驾驶员假人和乘员假人，车体反弹加高速旋转，将导致安全气囊支撑下的假人上半身都向左侧滑动。摸底试验中，驾驶员和乘员假人胸部axc曲线对比关系如图11 所示。由图可知，乘员假人胸部axc曲线在回升过程中也出现波谷，与驾驶员侧相比，该波谷出现时间略晚，约为111 ms，且较浅。乘员侧波谷出现的时间偏晚、谷底偏浅与乘员侧碰撞强度偏弱、安全气囊下没有方向盘支撑有关。同一碰撞试验中，驾驶员和乘员假人胸部axc曲线在回升过程中，在几乎相同的时刻产生了相同的变化，应存在共同产生原因，此外，假人胸部axc曲线产生变化的时刻与车体反弹的时刻几乎相同，因此，可以初步确认假人胸部axc曲线出现的波谷为车体发生的反弹加旋转造成。

图11 驾驶员和乘员假人胸部axc 曲线对比

3.3.3 基于胸部y向加速度分析的侧滑确认

当假人胸部发生侧滑时，安全带的横向约束作用也将发生转变，对驾驶员假人而言，胸部右侧作用力减小，胸部ayc曲线归0。建立驾驶员假人胸部axc和ayc曲线比较关系如图12 所示。由图可知，在109 ms 时刻，伴随axc曲线的急速回升，ayc曲线也开始加速回升。两条曲线开始回升的时刻与车体开始反弹的时刻基本一致，可以进一步确认车体反弹加旋转对假人运动的影响。

图12 驾驶员假人胸部axc 和axc 曲线比较

3.3.4 基于侧滑下假人胸部axc曲线的评价

车体发生反弹旋转的情况下，假人上半身发生侧向滑动，该滑动下可能导致假人胸部axc曲线出现波谷。

再次分析图8中插补曲线AC的合理性：图8中，在A 点时，作用在假人胸部的安全气囊受方向盘下盘缘支撑。假人胸部发生侧滑后，气囊支撑瞬间减弱，对胸部的约束作用也减弱，则产生AB。在AB运动过程中，假人胸部向左前方侧滑，气囊内气体在假人胸部挤压下将被推向左侧，如图9 所示，最终在左侧形成一个高压包。当高压包被方向盘侧盘缘支撑后，对假人胸部的支撑将再次增强，产生BC。由于方向盘侧盘缘的支撑作用较差，加上挤压过程中排气泄荷，安全气囊的约束作用已较弱，且气囊边缘的约束作用更弱，因此，二次支撑下假人胸部产生的BC 表现不强。

该分析结果表明，AC 插补更为合理，ABC 波谷为异常变化，摸底试验中方向盘与假人胸部未发生接触。

4 反弹-插补法的应用

针对Euro NCAP 的摸底试验，通过对车体反弹加旋转对车内前排乘员的影响进行分析，并在此基础上运用插补曲线对摸底试验结果进行评价，最终确认摸底试验中方向盘与假人胸部未发生接触。该分析方法弥补了当前只认可第2 个波峰为突变的分析方法的不足，提高了分析的客观性，可作为后续方向盘接触胸部主观评价的新评价方法。考虑到分析过程中，假人胸部axc曲线的有效插补曲线是在两峰之间，且波谷是出现在车体反弹过程中，所以将新评价方法称为反弹-插补法。

正在进行验证试验的某车型，刚刚进行了正面偏置碰撞试验T1。T1 的整体试验结果较好，但驾驶员假人胸部axc曲线在回升过程中发生了突变，如图13 所示。由图可知，假人胸部axc曲线在113 ～126 ms 之间出现了第2 个波峰，峰值出现时间为118 ms，运用反弹-插补法进行评价，评价是否发生方向盘接触。

图13 T1 试验中驾驶员假人胸部axc 曲线

4.1 车体反弹时间确认

建立T1 试验中左右B 柱下速度比较关系，如图14 所示。由图可知，LB 速度曲线在107 ms 时刻归0，RB 速度曲线在136 ms 时刻归0，并徘徊在0附近。在107 ms 之后，速度差维持在3 m/s。分析表明：约从107 ms 开始，车体反弹，并伴有尾部上翘和急速旋转。

图14 左右B 柱下速度比较关系

4.2 前排假人胸部axc 插补分析

对T1 试验中驾驶员和乘员假人胸部axc曲线同时进行插补处理，处理结果如图15 所示。由图可知，驾驶员假人胸部axc曲线的插补区间为107 ～118 ms，乘员假人胸部axc曲线的插补区间为113 ～135 ms，乘员侧假人的插补区间略滞后于驾驶员侧。插补后，两条曲线回升过程过渡均匀，没有了突变，可以确认在107 ms 前后驾驶员假人和乘员假人胸部先后发生了瞬时卸载过程，该瞬时卸载过程导致假人胸部axc曲线产生波谷。分析结果表明：T1 试验中，驾驶员假人胸部axc曲线发生的突变为波谷，方向盘与假人胸部未发生接触。

图15 T1 试验中驾驶员和乘员假人胸部axc 曲线

5 结论

通过对64 km/h 正面偏置碰撞试验中假人胸部x向加速度曲线运用插补法进行分析，得出结论：在进行方向盘接触主观评价时，针对假人胸部x向加速度曲线出现第2 个波峰的情况，可以采用反弹-插补法先对该曲线进行插补修整后再进行评价，以此先排除车体回弹旋转导致假人发生侧滑产生的影响，可以减少直接采用当前评价方法进行评价产生的误判。