E-NCAP和C-NCAP侧面碰撞标准区别及影响分析

摘  要

E-NCAP和C-NCAP是目前新车型开发过程中主要参考的安全性评价体系。但是由于中欧两地事故调查数据的地域性区别，两大评价体系存在一定的不同。本文主要就侧面碰撞评价中两者的不同进行分析，结合仿真和实车试验数据研究主要影响因素碰撞车速提升给假人伤害指标等评价指标带来的影响，并对车型开发过程中如何提升车型安全性提出了建议。


关键字：E-NCAP, C-NCAP,侧面碰撞

作者：王凯，郑艳婷，张长江

单位：中国汽车技术研究中心有限公司

来源：2020SAECCE


NCAP是最早在美国开展并已经在日本等发达国家运行多年的新车评价规程，一般由政府或具有权威性的组织机构，按照比国家法规更严格的方法对在市场上销售的车型进行碰撞安全性能测试､评分和划分星级，并向社会公开评价结果。由于这样的测试公开､严格､客观，为消费者所关心，也成为汽车企业产品开发的重要规范，对提高汽车安全性能作用显著。因此，许多国家(如澳大利亚､韩国､印度等)开始重视并建立本国的NCAP。

这些法规中公认最为严格的，是欧盟实施的E-NCAP测试。它由欧洲各国汽车联合会､政府机关､消费者权益组织､汽车俱乐部等组织组成，由国际汽车联合会(FIA)牵头。E-NCAP不依附于任何汽车生产企业，所需经费由欧盟提供，不定期对已上市的新车和进口车进行碰撞试验。而中国汽车技术研究中心在深入研究和分析国外NCAP的基础上，结合中国的汽车标准法规､道路交通实际情况和车型特征，并进行广泛的国内外技术交流和实际试验确定了C-NCAP的试验和评分规则。

但是，各国NCAP在组织实施方式､试验规程和评分方法上都有明显不同，这与各国在法规体系､道路交通事故统计和车辆状况等方面存在的差异密切相关。随着安全技术的不断发展，E-NCAP(2020版)和C-NCAP(2021版)对于侧面碰撞的试验方法和评价指标就不尽相同，具体如图1所示。

      
图 1 E-NCAP （2020版）和 C-NCAP （2021版）侧面碰撞试验

E-NCAP(2020版)和C-NCAP(2021版)侧面碰撞标准区别

E-NCAP(2020版)和C-NCAP(2021版)侧面碰撞标准的区别主要在于台车碰撞速度､台车壁障离地间隙以及后排假人三个方面(表1)，其他方面比如台车质量､前排假人，以及前排假人评价指标等关键因素均相同｡

表1侧面碰撞标准差异


标准里区别产生的原因主要是不同地区事故调查结果不同导致的，比如E-NCAP认为在欧洲地区路况较好，侧面碰撞事故发生的碰撞速度较高，大概率为60km/h左右ꎻ事故车辆也以轿车居多，故台车壁障离地间隙为300mm，同时后排乘客也以儿童居多。

而C-NCAP认为在中国路况较堵，侧面碰撞事故中碰撞速度相对较低，为50km/h左右ꎻ事故车辆也以SUV居多，故台车壁障离地间隙350mm，后排乘客以女性居多。显而易见，不同的台车速度和壁障离地间隙将对侧面碰撞结果产生显著影响。由于后排假人属于不同类型，反映的是不同评价体系对于不同类型乘员在侧面碰撞过程中受到的伤害程度，难以讨论其在其他条件变化时受到的影响，故本文不对后排假人做进一步的讨论。只将讨论重点放在台车速度和壁障离地间隙对侧面碰撞结果产生的影响。

首先，侧碰台车速度提升将导致碰撞能量的增加，根据能量计算公式E=1/2(mv2)，其中m=1400kg，v1=60km/h，v2=50km/h，可以得出E-NCAP规定的侧碰能量约为194kJ，C-NCAP规定的侧碰能量为135kJ，前者约为后者的144倍。其次，C-NCAP台车离地高度比E-NCAP高50mm，可能导致门槛对侧碰的支撑作用减小，因此侧碰的侵入量和侵入速度会有所增加。

侧面碰撞仿真与实车试验结果对比

综合以上分析，碰撞速度和碰撞高度都有可能对碰撞结果产生影响，因此应对两种法规，可能需要采取不同的开发策略。如图2所示，为了比较两种碰撞工况的不同，我们采用相同车辆､同一配置模型分别对两种工况进行模拟，并且于左侧前车门和B柱侧围的设置测量点，用于比较不同位置动态最大侵入量和动态最大侵入速度。

试验后，将对车辆的B柱变形量和车门变形进行扫描测量，将扫描后的侧围变形与仿真结果进行对标，通过参数调整，使得仿真变形量与试验变形量基本吻合，便于最后对假人伤害值仿真结果进行比较。



图2 侧围测量点

在E-NCAP和C-NCAP两种侧碰工况下，前车门和B柱变形量的仿真和实车试验对比如图3所示。可以发现，仿真结果与实车试验结果基本保持一致，仿真结果具有一定参考价值。E-NCAP侧碰工况下，车门和B柱的变形更严重，表明壁障对于车身的冲击更大，这是由于E-NCAP壁障速度更高导致的。同时，E-NCAP壁障撞击点更低，对于车身的变形位置有一定的影响。




侧面碰撞仿真对比结果见表2。在相同车辆､相同配置的前提下，依据左侧前车门和B柱侧围的6个测量点的动态最大侵入量和动态最大侵入速度来看，E-NCAP工况下的评价指标均比C-NCAP工况大ꎻB柱顶端及与WSID假人头部对应的侧围位置，E-NCAP工况下的侵入量及侵入速度稍大于C-NCAP工况但与WSID假人胸部､腹部､骨盆对应的关键侧围位置，E-NCAP工况的侵入量及侵入速度则远高于C-NCAP。

表２ 测量点侵入量和侵入速度


图4所示为E-NCAP和C-NCAP两种侧碰工况下前排假人的运动姿态，通过与实车试验假人运动姿态对比，可以发现由于参数合理，仿真结果与假人实际动作过程基本保持一致，仿真结果具有一定参考价值。前排WSID假人在E-NCAP侧碰工况下明显运动幅度更大，与侧围的碰撞更猛烈，收到的冲击更大。这是由于E-NCAP壁障速度更高导致的。

为提高仿真结果的准确性，会进行仿真与试验结果曲线的对标。考虑到在侧面碰撞中，B柱侵入速度､侵入量､侵入形态对假人伤害影响较大，特将右侧B柱加速度､壁障加速度曲线､B柱侵入速度曲线､B柱变形量､车身整体变形量的仿真曲线和试验数据进行对比分析，保证各关键影响因素运动姿态与试验结果尽量一致。在此基础上，我们可以得出假人在E-NCAP和C-NCAP两种侧碰工况中不同的伤害值表现。



头部曲线对比图如图5所示。红色曲线为E-NCAP仿真工况下，前排WSID假人头部Y向加速度曲线；蓝色曲线为C-NCAP仿真工况下，前排WSID假人头部Y向加速度曲线。

可以看出，两条曲线大致趋势相同，且由于侧气帘防护功能比较完备，两者的数值都不大。但是E-NCAP仿真工况下，WSID假人头部Y向加速度明显大于C-NCAP仿真工况，这是由于E-NCAP工况碰撞速度偏大，成为假人头部伤害增大的主要影响因素。



胸部位移曲线对比图如图6所示。红色曲线为E-NCAP仿真工况下，前排WSID假人胸部三根肋骨的位移曲线；蓝色曲线为C-NCAP仿真工况下，前排WSID假人胸部三根肋骨的位移曲线。可以看出，三根肋骨曲线大致趋势相同，但两者的数值相差较大。

E-NCAP仿真工况下，WSID假人胸部三根肋骨的位移明显大于C-NCAP仿真工况，上肋骨相差最小也达到了10mm，下肋骨相差达到了15mm，这是由于E-NCAP工况碰撞速度偏大，且可移动壁障离地间隙更低导致的，使得WSID假人胸部越靠下，变形量越大。



腹部位移曲线对比图如图7所示。红色曲线为E-NCAP仿真工况下，前排WSID假人腹部两根肋骨的位移曲线；蓝色曲线为C-NCAP仿真工况下，前排WSID假人腹部两根肋骨的位移曲线。可以看出，两根肋骨曲线大致趋势相同，但两者的数值相差较大。

E-NCAP仿真工况下，WSID假人腹部两根肋骨的位移明显大于C-NCAP仿真工况，腹部上肋骨相差达到了13mm，下肋骨相差达到了10mm，这是由于E-NCAP工况碰撞速度偏大，成为假人腹部两根肋骨的位移增大的主要影响因素。



骨盆力曲线对比图如图8所示。红色曲线为E-NCAP仿真工况下，前排WSID假人骨盆Y向受力曲线蓝色曲线为C-NCAP仿真工况下，前排WSID假人骨盆Y向受力曲线。

可以看出，两条曲线大致趋势相同，但是E-NCAP仿真工况下，WSID假人骨盆Y向受力明显大于C-NCAP仿真工况，这是由于E-NCAP工况碰撞速度偏大，且重心偏低，成为假人骨盆Y向受力增大的主要影响因素。



E-NCAP和C-NCAP两种侧碰工况下，前排假人的实车试验伤害指标对比分析见表3。可以看出，通过将仿真参数与试验结果进行对标，仿真结果已经接近于实车试验数据，除了骨盆力实车试验结果比仿真结果略大外，其他各项指标均没有大的偏离。

实车碰撞的结果仍然是E-NCAP工况比CNACP工况的假人伤害更大，这是由于E-NCAP工况壁障碰撞速度偏大，且重心偏低，假人受力更大。

表3 实车碰撞假人伤害对比


结  论

本文通过对E-NCAP(2020版)和C-NCAP(2021版)侧面碰撞标准区别进行分析，对台车碰撞速度和台车离地间隙两个侧面碰撞重要影响因素进行仿真结果讨论，提出了车型侧面碰撞安全开发过程中需要关注的问题，同时得出以下结论:

E-NCAP侧碰工况相对于C-NCAP侧碰工况，两者的主要区别在后排乘员不同､移动壁障的碰撞速度不同E-NCAP侧碰壁障的撞击点更低，导致两种工况的碰撞结果有所不同。

通过侧围变形量和假人运动姿态两方面在仿真和实车试验数据的对标，仿真模型的结果已经接近于实车试验的结果，可以为后续车型安全性提升提供可靠的仿真结果支持。

综合考虑侧围的变形量及假人伤害值的仿真和实车试验结果，相比C-NCAP工况，E-NCAP侧碰工况更加恶劣，车身侧围变形量更大，同时会对假人胸､腹､骨盆造成更大威胁。

针对E-NCAP侧碰工况，需要重点提升侧围靠下部分结构的强度。可针对门槛梁､B柱､座椅横梁进行截面尺寸设计及材料优化设计，提升侧围靠下部分的结构强度，最终保护乘员，降低其伤害值。



参考文献

[1] Euro NCAP. Euro NCAP 2020 版碰撞测试规程[Z]. 2020.

[2] 中国汽车技术研究中心有限公司.C-NCAP管理规则 （2021 版）[Z]. 2020.

[3] CARHS, Safety Companion [ Z]. 2019

[4] 张维刚，等.侧面碰撞中B柱侵入速度及变形模式 [J].湖南大学学报，2009, 36 （8） ：29-32.

[5] 徐涛，等.轿车侧碰中车门抗撞性的快速优化[J]. 吉林大学学报，2012. 42 （3） ：677-682.