專家對話（二） ：2024版C-NCAP規程下的被動安全開發之車內乘員保護性能開
時間：2023-05-09
2024版C-NCAP將在2024年7月份正式實施，日前，2023汽車測評國際峰會上披露了未來2024版的C-NCAP測評方案。2024版C-NCAP共包含4個碰撞工況，這四個碰撞工況主要評價的內容包括兩部分：整車結構耐撞性相關及車內乘員保護性能相關。
整車結構耐撞性相關評價涵蓋壁障兼容性、前圍地板失效情況、踏板跳動等內容，在昨天，我們已經就整車結構耐撞性開發的幾個優化方向做了探討，今天來聊一聊車內乘員保護性能相關的一些問題。
車內乘員保護性能包括車內乘員（成人及兒童）傷害、膝部傷害、遠端假人傷害、兒童靜態評價等項目。這些項目的評價結果以分值的形式得出，C-NCAP依此進行星級安全評價。
- 前碰工況需重點開發主駕假人保護
試驗統計新版THOR假人胸部失分較多，對比THOR假人身體比HIII假人更柔軟，碰撞過程中THOR假人前傾更多，會造成更大的胸壓傷害。同時分析THOR假人與HIII假人胸部傳感器差異較大，HIII假人的上中下三根肋骨，而THOR假人左右上下胸部四個部位傳感器（如下圖所示），針對于HIII假人傳統的約束系統單參數優化方案對于THOR假人適用性有限，對于胸部傷害敏感程度更高的THOR假人，需要尋求多方約束系統零部件的最優參數平衡點。另一個方面乘員運動受車身加速度直接影響，對于加速度過高的車型而言，駕駛員胸部傷害很難做到平衡匹配，因此需要對結構指標做出嚴格控制。
圖 THOR假人胸部傳感器位置
THOR假人開發需要考慮合理匹配安全氣囊和安全帶預緊的點火時間，MPDB點火時間一般早于ODB工況；針對THOR假人胸部失問題，需詳細分析左右上下四個位置傷害失分比例，分析不同部位的胸壓敏感因素，合理匹配安全氣囊剛度和安全帶限力。高配置的安全帶產品應用，是提升乘員保護效果的一個有效手段，安全帶產品新增雙預緊安全帶和緊急鎖止功能可以在碰撞初期較好的約束假人，消除安全帶間隙，減小THOR假人的前移，對胸部、膝部、小腿都有比較好的優化效果。同樣要注意安全帶雙預緊時刻的匹配，尋找到胸壓、小腿傷害的最優的平衡點。
2024版C-NCAP正碰工況碰撞能量的提升引起車體加速度增加，導致HIII主駕假人的胸部得分降低。前圍入侵的增大影響腳部安全空間，小腿得分也普遍降低。下圖為兩個不同的加速度波形下，駕駛員胸部的傷害變化。經對比分析，正面碰撞工況下，若約束系統參數不變，總體得分降低約2分。
- 側柱工況開發難點解析
對2021版C-NCAP成績統計后發現，側柱工況駕駛員骨盆得分率接近100%，頭部、腹部平均得分率90%左右，而胸部平均得分1.62分較低（滿分4分），得分率不足50%。由于柱碰與車體碰撞接觸面積小導致局部入侵過大，車門及B柱整體入侵速度和入侵量較大，乘員生存空間不理想。對于柱碰的乘員保護，主要風險在于肩部力超標＞3KN和胸壓傷害的平衡，應同時降低肩部傷害與胸部傷害。
柱碰胸部的肋骨壓縮變形量是側柱碰的重點失分項。柱碰整體入侵變形遠大于側碰，對于乘員假人生存空間受到嚴重侵入，因此柱碰胸壓傷害更大。碰撞前假人手臂位于胸部與氣囊之間，一種情況碰撞過程中手臂未抬起直接擠壓肋骨，造成肋骨變形量急劇上升，另一種情況假人手臂雖然抬起，整體入侵偏大氣囊擊穿造成內飾與胸壓接觸導致。開發初期根據車重、乘員的初始側面空間等條件，制定合理的整車結構入侵邊界，內飾與車門內板之間應有足夠的吸能空間，飾板區域在設計時要避免布置卡扣、金屬結構等硬點，防止剛性過大，同時要為側氣囊留有但一定的初始展開空間。柱碰乘員保護開發的重點關注肩部與胸部傷害平衡保護，合理的側氣囊選型、優化氣囊覆蓋區及包型和展開過程、氣囊折疊方式、座椅撕裂線、發泡槽和側氣囊導向部件等的設計，以達到理想的手臂運動姿態來避免手臂直接擠壓胸肋骨降低胸部受壓變形量，但是若氣囊覆蓋區域過低，也容易造成內飾直接擠壓肩部造成肩部力超標罰分。同時也需要進行氣囊剛度匹配，避免剛度過高擠壓或過低造成擊穿觸底。
側柱碰撞一般需要設計SAB實現抬手臂效果，以降低假人胸壓。下圖是某車型開發過程中，對SAB抬手臂的優化過程。首先需要結合假人的乘坐姿態，合理設計SAB包型，通過CAE分析確定包型優化狀態。為了保證優化效果，需要在整車實驗前，完成narrowgap測試以及滑車驗證，以確保SAB的保護效果。
圖 側柱工況SAB優化過程
2024版C-NCAP開始在側柱工況中評價遠端保護性能。因此，開發過程中需要就遠端保護要求進行針對性的開發。主要通過對遠端氣囊的合理設計來實現假人的保護。遠端氣囊包括單腔氣囊、雙腔氣囊、多腔氣囊，不同的車型情況，需要匹配不同腔類型的氣囊。如下圖所示。
遠端保護開發需要同時考慮中通道扶手的剛度及結構布置問題。中通道扶手如果過強，則會導致假人傷害過大，如果過軟，則無法配合遠端氣囊實現乘員頭部運動區域的要求。
- Q3兒童乘員動態保護開發
對2021版C-NCAP成績統計，3歲兒童假人得分率71.5%，相對10歲兒童得分率97.1%更低。年齡小的Q3兒童傷害更嚴重，Q3兒童的頭部，頸部，胸部均有一定程度失分。兒童不是等比例縮小版的成人，兒童身材尺寸，頭部、身體、骨盆下肢比例與成人有著較大差異，需要深入分析兒童動態響應特點、損傷機理研究。Q3兒童假人傷害和整車碰撞能量、兒童約束系統產品、車內空間布置等都有較強的相關性。面對眾多兒童約束系統產品，需要考慮如何在現有條件下去選型與之匹配，更好的發揮兒童座椅吸收部分整車碰撞能量的作用，進一步降低兒童假人傷害。下圖為Q3兒童約束系統選型示意圖，根據車型情況可以選擇正向安裝的兒童座椅，也可以選擇反向安裝的兒童座椅。
針對Q3兒童保護主要從三個方向設計，首先整車碰撞能量的優化設計，兒童傷害與整車碰撞能量正相關，降低碰撞乘員載荷準則OLC，可明顯降低兒童各部位傷害。其次是結合整車后排空間、加速度脈沖的形式選擇合適的兒童座椅，包括安裝方向與類型，比如選擇頭部吸能性能較好的兒童座椅；通常半通用式安全座椅可以承擔一部分能量卸載，避免兒童座椅吸能較少將能量傳遞給兒童或者發生較為嚴重的二次碰撞導致頭部超標。再者是對于整車其他參數的設計優化，包括后排安全帶延伸率、安全帶固定點、座椅支撐性能等要進一步分析設計。兒童保護動態性能一方面受整車碰撞能量直接影響，另一方面受兒童座椅本身性能的制約，因此提升兒童保護動態安全，需要兩方面共同提升。
2024版C-NCAP在柱碰工況碰撞側后排，設置了Q3兒童的評價。下圖為某項目柱碰工況Q3兒童分析示意圖，針對正向兒童座椅、反向兒童座椅開展CAE分析。通過分析結果總結Q3兒童容易失分的地方在頭部及頸部，失分原因是兒童座椅側面包裹保護性能不佳，因此在兒童座椅選取中，應該選擇側面包裹性能優越的產品。
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C-NCAP的實施極大促進了整車被動安全的提升，也推動了整個被動行業的高質量發展。面對C-NCAP升級改版，被動安全研發工作者也應該有思維模式的升級，變“被動”為“主動”，了解評價規程背景與初衷，熟悉實際道路的交通安全，聚焦整車全域安全性能的實現。實現整車被動安全性能提升，主機廠需要主導做好產品初期的整體架構和規劃，嚴守安全底線，提升安全性能，把控零部件與整車集成產品質量一致性、穩定性、同時具備一定前瞻布局規劃，提前技術儲備，主動出擊，被動安全！