C—NCAP（2018）行人保护对汽车设计开发的影响

谭冰花+赵正+李博

摘要： C-NCAP将从2018年开始引入对行人保护的评价。与Eruo NCAP相比，C-NCAP（2018）虽然取消WAD 775 mm的上腿部碰撞测试，但是行人保护总得分率要求却明显提高，对行人保护的要求更加严格。根据行人保护的基本要求，从汽车前端造型、总布置以及结构设计3方面，阐述C-NCAP（2018）行人保护测试规程对汽车设计的影响，为旧车型的改造以及新车型的开发提供借鉴与参考。

关键词： 行人保护； 车身设计； 前端造型； 结构布置

中图分类号： U462.22 文献标志码： B

Influence of vehicle design and development for C-NCAP（2018） pedestrian protection

TAN Binghua， ZHAO Zheng， LI Bo

（Chery Automobile Co.， Ltd.， Wuhu 241006， Anhui， China）

Abstract： Pedestrian protection evaluation will be lead into C-NCAP from 2018. Comparing with Euro NCAP， upper legform of WAD 775 mm test is cancelled in C-NCAP（2018）， but the requirment on scoring rate of pedestrian protection is significantly raised. The requirements on pedestrian protection will become stricter in the future. According to the basic requirements of pedestrian protection in the C-NCAP（2018）， the influences of pedestrian protection test procedures on vehicle design is expounded including vehicle front end styling， general layout and structure design. The result can provide experience and reference to the existing vehicle reform and new vehicle development.

Key words： pedestrian protection； vehicle body design； front end styling； structure layout

0 引 言

我國的公路交通是典型的混合型交通，许多道路都是行人、非机动车与机动车共同使用，因此行人与车辆发生碰撞的机会就会增加。在各种交通事故中，相对于驾驶员和乘员而言，行人、非机动车驾驶人以及其他弱势交通参与者在交通事故中的伤亡情况更加严重，超过1/4的死亡人数为交通弱势者，而这一比例在某些大型城市中甚至能够达到50%。近年来，随着汽车保有量的不断增加，交通事故出现一定程度的增长，行人伤亡的比率和绝对数量都在持续增长，行人的安全受到极大的威胁，因此，在中国引入并实施车辆行人保护性能评估已刻不容缓。目前，在全球大多数发达国家的新车评价规程NCAP评价标准中，行人保护性能评估是整车星级评价的重要组成部分，我国的C-NCAP将在2018年引入新车行人保护性能的评价。

C-NCAP行人保护评价的引入，对中国市场销售的车辆前端造型和设计提出新的挑战。本文参照C-NCAP（2018）行人保护评价的基本要求，结合奇瑞公司车型的行人保护开发状况，初步探讨C-NCAP（2018）行人保护测试规程对汽车设计的影响，为行人保护性能研发提供参考与建议。

1 C-NCAP（2018）行人保护测评方法

基于GTR09制定的行人保护法规《汽车对行人的碰撞保护》（GB/T 24550—2009）已于2010年7月1日正式实施，而C-NCAP（2018）对行人的头部（包括成人和儿童）和腿部（上、下腿型）保护性都提出更为严格的要求。

C-NCAP（2018）行人保护的评价由头部和下腿部2部分组成[1]，见图1。

对于头部冲击试验，由车辆制造厂商提供仿真预测值，用验证试验点得分除以相应点预测值计算出修正因数（修正因数为0.75～1.25是可接受的），根据实际试验结果与修正因数得出最终头部得分。对于腿部碰撞试验，单次试验中存在多个评价参数，得分最低的参数决定试验的最终成绩。每个评价参数的变量包含2个限值，1个高的限值和1个低的限值。若伤害值处于2个限值之间，则通过线性插值计算得分，下腿部得分通过满分与最大得分率计算得到。

C-NCAP（2018）中规定，行人保护总分为15分，其中头部性能总分为12分，腿部性能总分为3分，行人保护权重为15%。行人保护评价分值设定见表1。表中还列出C-NCAP（2018）与Euro NCAP星级分值的对比，Euro NCAP总分为48分。

2 行人保护现状分析以及目标规划

2.1 基于C-NCAP（2018）的行人保护现状与难点

我国从2007年初开始对欧洲、日本以及其他行人保护法规进行全面的研究。虽然在法规的制约下，各大汽车制造商和一些研究机构纷纷投入专门的人员和先进的设备从事基于行人保护的车型开发工作，但由于缺乏强制性标准，对行人保护还不够重视。结合C-NCAP（2018）对现有车型进行评价，就行人保护单项得分而言，奇瑞公司几款量产车型的行人保护得分情况见表2，头部得分较低，导致得分率不能满足5星要求。endprint

行人保护设计是一项综合设计，需要同时考虑前端造型、发动机舱总布置、结构设计、材料选择以及测试方法等多方面因素，并对其进行综合平衡，还应兼顾整车耐撞性、低速碰撞、强度耐久和NVH等性能要求。同时，对行人保护设计贯穿车型开发的整个过程：车辆前端造型直接决定对行人保护的实现方法和难易程度；总布置设计时需要保留足够的变形吸能空间，并将硬点和危险区域进行合理布置；工程设计时需要详细考虑铰链、风挡装饰板、雨刮系统、翼子板及其支架、发动机罩内板、保险杠、大灯支架等设计的影响。行人保护要求的提高使各性能之间的冲突会更加明显，如何平衡各个性能之间的冲突是当前国内汽车企业产品开发的难点，也是当前国内汽车企业产品开发的一项重要内容。

2.2 C-NCAP（2018）行人保护5星目标分解

对比C-NCAP（2018）与Euro NCAP（2016—2018）可知，C-NCAP（2018）行人保护的要求更加严格，星级门槛相对较高。[2]部分使用Euro NCAP评价得分为5星的车型，按照C-NCAP（2018）评价，仅仅能获得4星。为获得C-NCAP（2018）整体5星评定，对行人保护模块的头部与下腿部得分进行目标分解。若要满足C-NCAP（2018）的5星标准，则需要行人保护头部得分达到7.3分（满分12分），下腿部得分为3分（满分3分）。这对汽车设计开发提出更高的要求，制造厂商必须在车辆开发前期就把行人保护融入到每个设计细节当中。

3 C-NCAP（2018）对汽车设计和开发的影响 C-NCAP（2018）行人保护法规的要求对汽车设计和开发的影响体现在如下几个方面。

3.1 对前端造型的影响

汽车造型是汽车研发初期非常重要的环节，对保护行人安全的影响至关重要。造型设计周期较长，工程师需要对造型进行可行性分析—优化—再分析—再设计，直到造型冻结。[3]基于行人保护法规，碰撞区域越小对行人保护越有利，因此在造型阶段，应通过造型优化，尽可能缩小行人保护的碰撞区域并规避某些硬点，以满足行人保护的要求。

3.1.1 头部碰撞区域设计

C-NCAP（2018）行人保护头部试验区域见图2。头部碰撞区域的硬点主要集中在碰撞区域边缘，可以在造型初期调高造型面、使用造型特征线或者合理布置分缝线的位置，使头部碰撞区域避开边缘的硬点，碰撞区域划线向内侧移动从而缩小碰撞区域，减少对头部伤害的硬点。图2a）中，A区域为发动机盖与翼子板后端靠近發动机盖铰链位置，此区域刚度和强度较高，碰撞过程中不易压溃变形，能量不易被分散，会对头部造成很大伤害，在造型分析中划分翼子板和发动机盖分缝线时，应尽量把分缝线调整到侧面基准线之外，见图2b）。图2a）中，B区域为发动机盖与大灯分缝区域，由于发动机盖与大灯安装横梁的间隙非常小，而且此区域刚度较大，头部HIC较大，可以在造型初期通过调整大灯造型面，使碰撞区域内缩，避开刚度较大区域，见图2c）。

3.1.2 下腿部碰撞区域设计

C-NCAP（2018）中行人保护的下腿部碰撞区域由2个保险杠角或者是保险杠横梁最外侧围成的区域决定，将两者中区域大者作为下腿部碰撞区域。碰撞区域越小对行人保护越有利，因此许多车型在前保险杠造型上进行有针对性的设计，增加造型凸包，严格控制前保横梁的宽度，从而使得下腿部的碰撞区域缩小，最大程度避开前大灯、前雾灯等区域，以提升下腿部碰撞的性能。目前，本田CR-Z和奥迪A4L等车型在造型设计时充分考虑行人保护要求，在前保险杠前端增加造型凸包控制下腿部碰撞区域，见图3。在保险杠造型方面，尽量保证车辆前端平齐更有利于保护行人的下腿部。

3.2 对车辆总布置的影响

在车辆正向开发过程中，布置和造型工作在预研阶段启动，因此在造型初期，可根据布置和造型，基于目标值，对划线区域内的布置硬点和造型的间隙进行校核，以初步确认是否满足行人保护要求。[4]

3.2.1 头部试验区域硬点间隙

头部碰撞区域间隙为发动机盖造型面与硬点的距离，影响头部碰撞的常见硬点有：蓄电池、保险丝盒、空气滤清器、发动机盖锁扣、发动机盖铰链、发动机盖内板加强筋、水箱上横梁、大灯等。在布置前期，可考虑通过造型使碰撞区域缩小，将硬点布置在测试区域之外，比如发动机盖铰链、发动机盖锁等。布置在发动机舱中间位置的硬点，像蓄电池、保险丝盒、空气滤清器等部件，无法规避在碰撞区域之外，所以一般采用满足间隙要求的方式来满足目标。蓄电池、电器盒一般布置在前舱左侧（沿车身方向），由于人机工程以及造型原因，发动机盖总是向前倾斜，越靠近发动机盖外侧，发动机盖外板与硬点的距离越小，而蓄电池、电器盒非常坚硬且体积大，因此在布置和造型时必须保证硬点间隙充足，以满足行人保护的目标要求。[5]

3.2.2 下腿部试验区域硬点间隙

在对行人下腿部保护的设计中，腿部响应与腿部的运动学姿态密切相关。[6]下腿部的运动姿态与车辆前端整体造型有很大关系。[7]首先，要保证前保蒙皮外表面没有特别突出的尖角和硬物；其次，要保证前保横梁与前保蒙皮A面之间的吸能空间。在此基础上，还需要在下部增加下腿部保护梁，控制下腿部的惯性运动。下腿部保护梁离地高度H以及与前保横梁在x方向的相对位置，可以改变下腿部在碰撞过程中的运动姿态，防止下腿部在运动过程中向内弯曲，见图4。根据柔性下腿部的损伤机理，合理的下腿部保护梁离地高度有利于控制腿型的运动姿态，降低伤害值。总之，如果硬点与造型间隙值远小于间隙目标，则需要重新调整造型面或硬点布置，以满足间隙要求，给行人保护保留足够的空间。

3.3 对整车结构设计的影响

影响行人保护的因素，除前端造型和碰撞空间之外，碰撞区域关键件的结构设计也非常重要。在前端造型和空间满足行人保护要求的前提下，优化车身结构设计，可以有效降低行人伤害值，满足法规对行人保护的要求。[8]endprint

3.3.1 发动机盖内板

在碰撞过程中，行人头部首先接触发动机盖外板，外板变形带动内板一起变形，并向下运动吸收碰撞能量。如果运动过程中变形量过大，行人头部会与发动机前舱里面的部件发生二次碰撞，造成更严重的伤害。为减小行人头部伤害，设计能够吸收更多头部碰撞能量的发动机盖内板，是基于行人保护设计发动机盖的关键。

在发动机盖内板设计上，可以分区域考虑，主要有以下几点：一是发动机盖中间位置，此区域发动机盖外板距离下部硬点空间充足，可以适当弱化发动机盖内板，尽可能取消发动机盖内板的加强筋，见图5a）；二是发动机盖周边区域，由于造型原因，该区域的发动机盖外板距离下部硬点以及车身骨架空间较小，需要适当增加发动机盖内板强度，例如局部抬升内板，增大内外板之间的截面空间以吸收更多能量；三是采用铝发动机盖，使发动机盖内板均匀弱化，结构设计可以采用蜂窝状或者是烤盘式结构增加吸能，减少头部伤害，见图5b）。

3.3.2 发动机盖铰链

发动机盖铰链硬度高，对行人头部保护效果不佳。在造型初期可以通过合理布置铰链以及外部造型，尽可能把铰链布置在头部碰撞区域之外，但受到造型风格限制，不能布置在碰撞区域之外的车型，要重新考虑方案，以降低发动机盖铰链位置對行人头部的伤害值。通过优化铰链结构，使铰链部分有足够的变形空间以及较低的刚度[9]，从而在碰撞过程中吸收足够多的能量，以减少对行人头部的伤害。随着技术的不断发展，发动机盖铰链可以采用碰撞后可压溃或者可断裂的结构，以减弱发动机盖铰链区域碰撞后的强度，满足行人保护的需要。

3.3.3 前大灯

以往前大灯的设计未考虑行人保护，本身刚度较大，压溃吸能能力较弱，并且前大灯体型较大，周边预留空间较小，在碰撞过程中无法向下运动，从而造成对行人头部伤害值过大。为满足行人保护的要求，可以在前期造型设计阶段尽可能使头部碰撞区域向内缩小，避开大灯、发动机盖、翼子板和shotgun重叠区域，但是由于整车造型需要，大灯仍会部分位于行人保护的头部碰撞区域。为减少行人头部伤害值，前大灯的设计需要考虑以下几点：第一，弱化安装支架，使其在撞击过程中断裂，见图6；第二，前大灯周围预留充分的溃缩空间，避免撞击过程中与周边件接触。在碰撞过程中，当行人头部接触大灯时，大灯受力导致大灯支架沿弱化导向槽断裂并且整体掉落，降低行人头部加速度，减小头部伤害值。

在翼子板与发动机盖分缝线区域，由于翼子板刚度和强度都较高，头部碰撞到此区域时翼子板不易压溃变形，能量不易被分散，对头部造成很大伤害，不能满足行人保护要求。应通过合理的造型，尽量把分缝线调整到头部碰撞区域之外，但由于车辆设计受造型风格限制，很多时候不能保证如此。造型确定之后，为降低此区域头部伤害值，可以通过使shotgun外板z向下移，增大侧分缝线与shotgun外板z向空间的距离（见图7a）），从而使头部碰撞时有更多的吸能空间。若z向距离过大，则需要通过支架连接翼子板与shotgun，翼子板支架在考虑其刚度的同时还要更多地考虑行人保护作用，通过选择适当的材料、料厚并且弱化结构，使其在吸收一定能量的同时更易压溃变形，减少对行人头部的伤害。考虑行人保护的翼子板支架截面见图7b）。

3.3.5 雨刮

雨刮结构特殊，且雨刮总成处于行人保护头部碰撞区域之内，要降低雨刮对于行人头部的伤害，主要有以下2个方面。

（1） 通过风挡装饰板的合理造型与雨刮总成的合理布置，将雨刮输出轴布置在发动机盖下方，这样头部碰撞时无法与雨刮轴直接接触，在一定程度上降低头部伤害值，见图8a）。

（2）第一种方式对雨刮的总布置要求较高，而且就算雨刮布置在发动机盖下方，由于空间限制，发动机盖在碰撞过程中的变形还是会接触雨刮轴，同样会对行人头部造成伤害，所以可以根据要求设定合理的雨刮轴压溃力，在碰撞过程中，雨刮轴受力达到极限值时整体压溃下沉，增加碰撞空间，并且本身整体刚度下降，从而降低行人头部伤害，见图8b）。

3.4 新技术的应用

随着法规的实施和市场准入门槛的提高，以及目前国内对行人保护的认识和重视程度的提高，越来越多的主动行人保护技术开始应用。

3.4.1 主动弹起式发动机盖

该系统利用发动机盖弹升技术和先进的监控技术，在检测到行人与车辆前端发生碰撞时，车辆会启动发动机盖弹升控制模块，在汽车与行人发生碰撞的瞬间，利用弹簧、气体发生器或者电动马达使发动机盖瞬间弹起至一定高度，增加发动机盖下方的自由变形空间，避免行人头部与发动机盖下方硬物的二次碰撞。同时，可以通过增加发动机盖变形和提供弹性支撑进一步吸收碰撞能量，减少行人头部的伤害。[10]

3.4.2 车外行人安全气囊系统

车外行人安全气囊系统以气囊为碰撞缓冲装置，其工作方式与传统的汽车安全气囊一样，不同的是这个气囊可以对车外的行人进行保护，对行人的安全提供保障。目前使用的车外行人安全气囊主要有2种，一种是发动机盖气囊，一种是前围气囊。对于发动机盖气囊，碰撞前碰撞预警传感器激发，充气时间只有数秒钟。充气后的发动机盖气囊可在前挡风玻璃、发动机盖后端中间的位置展开，并且延伸到A柱两侧以及挡风玻璃上，不仅能够盖住玻璃底部还可以盖住雨刮器总成和发动机盖铰链位置等致命硬点，可以更好地保护行人头部，降低行人头部伤害值。前围气囊会在左右前大灯之间部位展开，由保险杠顶端延伸到发动机盖表面，可以更好地保护行人下腿部，降低腿部伤害值。

3.4.3 智能安全保护系统

智能安全保护系统能够对行人采取主动保护，在事故发生前就及时通知驾驶员，避免车祸的发生或者将伤害降至最小。这些车载设备包括安装在车身各个部位的传感器、激光雷达、红外线、超声波传感器、盲点探测器等，具有事故检测功能，能随时通过声音、图像等方式向驾驶员提供车辆周围以及车辆本身的必要信息，并可以自动或者半自动地进行车辆控制，帮助驾驶员做出最快的反应，从而有效地防止事故发生。endprint

4 结束语

C-NCAP（2018）行人保护的加入，对汽车设计提出更高的要求。

第一，新法规对汽车造型的要求更加严格。为尽可能缩小行人保护头部与下腿部的碰撞区域，对汽车前端造型、发动机罩、翼子板的造型约束较大，前大灯的位置以及那些棱角分明的线条（如发动机盖特征线与分缝线等）也会受到很大的约束。

第二，行人保护性能与整车耐撞性、强度耐久性和NVH等性能之间的矛盾更加突出，如何在复杂的因素中找到平衡点，设计满足各种性能的汽车是当前各个主机厂的难点。

第三，传统的汽车结构设计不能满足新法规的要求，从而催生各种新技术的广泛应用，随之而来的是成本的增加，这对主机厂来说又是一个更大的挑战。

随着国家对行人保护越来越重视，在各汽车企业设计人员的共同努力下，相信这些难点会得到解决，新推出的汽车产品在行人保护方面做得会越来越好，对行人的伤害程度会降到最低。

参考文献：

[1] C-NCAP管理规则（2018版）： 征求意见稿[S/OL]. （2017-1-3）[2017-06-01]. http：//www.c-ncap.org/aboutus/20141027/2630.html.

[2] Euro NCAP. Euro NCAP pedestrian test protocol V8.1[S/OL]. （2014-06-12） [2017-06-01]. http：//euroncap.blob.core.windows.net/media/1465/euro-ncap-pedestrian-protocol-v80-june-2014.pdf.

[3] 刘军勇， 刘奇， 王大志. 欧洲NCAP行人保护发展趋势及应对策略探讨[J]. 上海汽车， 2013（12）： 57-59. DOI： 10.3969/j.issn.1007-4554.2013.12.14.

LIU J Y， LIU Q. WANG D Z. Countermeasures discussion for Euro NCAP pedestrian new development trend[J]. Shanghai Auto， 2013（12）： 57-59. DOI： 10.3969/j.issn.1007-4554.2013.12.14.

[4] 赵继峰. 总布置设计对行人保护的重要影响[J]. 汽车工程师， 2009（2）： 24-26.

ZHAO J F. Influence on pedestrian protection exerted by general layout[J]. Automotive Engineer， 2009（2）： 24-26.

[5] 曹立波， 龙腾蛟， 张冠军， 等. 基于行人保护的轿车前部造型特征研究[J]. 中国机械工程， 2013， 24（16）： 54-57.

CAO L B， LONG T J， ZHANG G J， et al. Study on sedan frontal styling features based on pedestrian protection[J]. China Mechanical Engineering， 2013， 24（16）： 54-57.

[6] 呂晓江， 王纯， 刘卫国， 等. 基于行人保护的乘用车前部造型设计优化[J]. 汽车安全与节能学报， 2011， 2（3）： 206-211.

LYU X J， WANG C， LIU W G， et al. Optimization of front end styling design for a passenger car based on pedestrian protection[J]. Journal of Automotive Safety and Energy， 2011， 2（3）： 206-211.

[7] 张志飞， 李勋， 徐中明， 等. 面向行人下肢保护的汽车前端结构刚度优化设计[J]. 汽车安全与节能学报， 2015， 6（2）： 139-144.

ZHANG Z F， LI X， XU Z M， et al. Optimal design of the vehicle front end structure stiffness for pedestrian lower leg protection[J]. Automotive Safety and Energy， 2015， 6（2）：139-144.

[8] 曾小敏. 基于行人头部保护和刚度要求的发动机罩内板优化设计[D]. 上海： 上海交通大学， 2014.

[9] 葛如海， 吴淼， 陈晓东， 等. 基于行人保护的发动机罩铰链研究[J]. 汽车技术， 2008（12）： 28-31.

GE R H， WU M， CHEN X D， et al. Study on engine hood hinge based on pedetrian protection[J]. Automotive Technology， 2008（12）： 28-31.

[10] 宋新端， 兰凤崇， 李新贤， 等. 弹起式发动机罩的行人保护性能研究[J]. 机械设计与制造， 2013（12）： 97-100.

SONG X D， LAN F C， LI X X， et al. Research of a pop-up engine hood for pedestrian protection[J]. Machinery Design & Manufacture，2013（12）： 97-100.endprint