基于台车试验的不同国家鞭打试验评价体系的相关性

基于台车试验的不同国家鞭打试验评价体系的相关性
杨运生;张晓龙;娄磊
【摘要】Vehicle low speed rear-end impact is a familiar traffic accident type. In order to prevent the occupants＇ cervical whiplash injury in this accident, different countries are promoting the development of passive safety technologies. This paper analyses similarities and differences of the test methods, scoring methods and assessment systems of Chinese, European, Japanese and American whiplash test programs. The whiplash test is added to China New Car Assessment Program （C-NACP） of 2012 new version which is different from European New Car Assessment Program （Euro-NCAP）, Japanese New Car Assessment ProgramlU-NCAPl~ and that of the American Insurance Institute for Highway Safety （IIHS）. This paper scores the same test data based on the above scoring methods and assessment systems, transforms the scoring results into the 3 points system and analyses the results. The results show that although various assessment systems have differences, but assessment results have high consistency. The C-NCAP assessment score is higher than the others.%汽车低速后碰是一种常见的交通事故。

为防止该事故中乘员颈部挥鞭伤，各国都在促进被动安全技术的发展。

该文对比了中国、欧洲、日本和美国不同鞭打试验程序在试验方法、评分方法和评分体系的差异。

2012新版中国新车评价规程（C-NCAP）将鞭打试验纳入评价体系，它不同于欧洲新车评价规程（Euro-NCAP）、日本新车评价规程（J-NCAP）和美国公路安全保险协会（IIHS）的规程。

用上述各评价体系和评分方法，对同一组试验数据进行评分，把评分结果进行3分制转
换，然后进行分析。

结果表明：上述各评价体系虽然有差异，但评价结果具有高度的一致性。

C-NCAP评价得分高于其他体系评价得分。

【期刊名称】《汽车安全与节能学报》
【年(卷),期】2012(003)002
【总页数】6页(P123-128)
【关键词】汽车安全;低速后碰;挥鞭伤;新车评价规程（NCAP）;鞭打试验;评价体系
【作者】杨运生;张晓龙;娄磊
【作者单位】中国汽车技术研究中心,中国天津300162;中国汽车技术研究中心,中国天津300162;中国汽车技术研究中心,中国天津300162
【正文语种】中文
【中图分类】U461.91
汽车碰撞事故形式主要有前碰、侧碰和后碰，而后碰撞事故占总交通事故的比例超过30%[1]，但由于低速后碰没有生命危险，一直没有引起人们的足够重视[2]。

汽车被动安全技术的发展，起初主要保护车内乘员的生命安全，以安全带和安全气囊为主的前碰撞保护，逐步发展并提高侧面碰撞保护，但对引起乘员人身伤害的后碰撞保护技术研究较少。

随着被动安全技术的提高，人们越来越认识到低速后碰对乘员所造成的伤害以及对社会所造成的经济损失，正在逐步提高汽车低速后碰保护性能。

当汽车被后车追撞时，由于惯性的关系，车辆内的乘员将会向后仰倒，但由于身体受到座椅椅背良好的支撑，后仰运动将集中在头部，头颈部遇受屈伸性的外力作用
容易造成头颈部组织结构的损伤，这类受伤的方式类似软鞭鞭头的甩动，故常称为挥鞭伤。

挥鞭伤是一种并发症多、潜伏期长的伤害，能为社会带来严重的财产损失[3-5]，因此在国外很早就引起了管理当局的重视。

在上世纪90年代，为了提高汽车在低速后碰中的保护性能，欧盟成立专门的工作小组进行研究。

美国对美国联邦机动车安全标准(Federal Motor Vehicle Safety Standards and Regulations，FMVSS)的FMVSS 202进行修订，在202a条款中增加动态试验要求[6]。

同时欧洲、美国、日本等在其新车评价规程(New Car Assessment Programme，NCAP)中纷纷加入了对汽车座椅头枕评价的程序，旨在促使汽车制造厂提高汽车座椅的防止挥鞭伤性能。

中国的C-NCAP虽然开始较晚，但也一直致力于提高中国市场上汽车的安全性能，经过对挥鞭伤的前期研究及可行性分析，将在2012年正式将鞭打试验程序加入C-NCAP中[7]。

在目前标准法规中，美国的FMVSS 202a和全球技术法规(Global Technical Regulation, GTR) NO.7对汽车座椅的防止挥鞭伤性能的有相关的技术要求[8]。

标准法规作为一个企业所必须满足的技术要求，在制定过程中要考虑到大多数企业的技术水平，技术要求不能太高。

在FMVSS 202a和GTR NO.7动态评价中使用Hybrid III 50th男性假人(如图1所示)，由于Hybrid III 50th男性假人不是专门为低速后碰试验设计的，无法真实的反映低速后碰过程中乘员头颈部受伤害过程，其测量结果也是不合实际的，而且不少参数是无法测量的，因此在标准中只对头部相对躯干向后的转角和头部伤害值HIC15做了规定。

NCAP作为评价新车安全性能的一种有效手段，其要求高于标准法规的要求，能把汽车的安全性能进行正确评价，给消费者提供满意的参考。

在各国新车评价程序中鞭打试验使用专门为低速后碰试验设计的BioRID II假人(如图2所示)，它具有与人体相仿的背腰脊椎[9]，能够模拟低速后碰过程中头颈部的运动形态。

在各国的新车评价程序中，虽然评价指标和评价方法有所差异，但从总体上来说低
速后碰试验程序分为静态评价和动态评价。

静态评价主要测量头枕的空间几何尺寸，对颈部挥鞭伤有重要影响的几何尺寸主要有头后间隙和头枕高度差(如图3所示)。

在欧洲Euro-NCAP中只有座椅的动态评价达到一定的成绩时，才对静态几何尺寸进行评分[10-11]，而美国的IIHS中首先对座椅的几何尺寸进行静态评价[12]，可分为四个等级:好、良、及格、差，对于几何评价为好、良的进行动态试验来评价
座椅的性能，对几何评价为及格、差的不再进行动态评价，座椅评价总体得分为差。

而日本的J-NCAP认为对颈部的保护使用动态性能指标更直观有效，不对静态几
何尺寸进行评价[13]。

中国C-NCAP(2012版)关于鞭打试验的评价也不包括静态
几何尺寸，但对在测量过程中出现头枕干涉测量装置的情况在评价结果中要扣除2分。

虽然中国和日本没有把静态几何尺寸纳入评分体系中，但头后间隙是需要在动态试验前测量的参数，用以确定动态试验时假人的安放位置。

在鞭打试验动态评价中，各国所采用的动态试验加速度波形也是有差异的，Euro-NCAP要求三个不同强度的加速度波形，根据平均加速度大小可分为低(平均加速
度为4.32g)、中(平均加速度为4.88g)、高(平均加速度为6.44g)强度波形，低、
高强度波形为梯形波，而中强度波形为三角波，一般认为三角波为典型的低速后碰波形。

美国公路安全保险协会的IIHS (Insurance Institute for Highway Safety)
采用与Euro-NCAP中强度波形相同的波形，中国C-NCAP低速后碰也采用
Euro-NCAP中强度波形，日本J-NCAP也采用的是三角波，但和Euro-NCAP中强度波形相比，其加速度和速度要大些，是Euro-NCAP的1.1倍。

这几个国家鞭打试验程序，试验对象均为前排座椅;试验用假人均为BioRID II，加速度试验的波形见图4-7。

其余项目的对比见表1，其中: NIC为颈部伤害指标(Neck Injury Criterion, NIC); Nkm为颈部伤害预测(neck injury predictor, Nkm)，是1998年由Kleinberger提出[14]，量纲为一，采用颈部剪力与力矩线
性组合的方式，包括4个单独的损伤指标，分别是Nfa(neck flexion anterior:颈
部弯曲，躯干提前)、Nea (neck extension anterior:颈部伸张，躯干提前)、
Nfp(neck flexion posterior:颈部弯曲，躯干滞后)和Nep(neck extension posterior:颈部伸张，躯干滞后)。

从表1中可以看出这几个国家鞭打试验评价的异同，不同国家的鞭打试验，所选
用的评价指标、扣分项目及评价方式也是不同的。

这些不同的评价方法和评价体系是否能有效评价汽车座椅的防挥鞭伤性能，它们之间的评价结果是否存在一致性，对于这些问题相关的研究还没有进行，本文针对这些问题做一些探讨性研究，从而揭示不同国家鞭打试验程序之间的内在关系。

从图5和图7可以看出:三角形波是典型的低速后碰波形，这几个国家的鞭打试验
程序都选择了三角波形。

在研究中选择速度为15.6 km/h的三角波为试验波形，
然后用这几个国家的评价体系对同一试验数据进行评分，比较它们的评价结果。

在这里需要指出的是:虽然日本的J-NCAP用的是17.6 km/h的三角波，但在评价体系中所用参数及各参数的上下限和中国的C-NCAP是一样的，在这里仅用日本的
评价体系做出评分，用以比较不同评价体系对同一试验数据做出的评分结果。

表2是相同的试验数据，试验序列按照在Euro-NCAP中的评价得分由低到高排列。

表3在几个国家的鞭打试验程序评价中的得分情况，试验样品的性能不同，评价
得分不同，评价得分越高，试验样品的性能越好。

为了研究，按照Euro-NCAP评价得分的结果规定T1和T2试验用样品为低性能样品，T5、T6和T7试验用样品为高性能样品。

从表3得分可以看出:不同的评价体系，不同的得分结果。

Euro-NCAP单条波形评价的最高分为3分，J-NCAP评价的最高分为12分，C-NCAP最高分为8分，而IIHS仅用好、良、及格、差来评价。

这些不同评价体系下的得分结果由于没有相同的基准，无法进行不同评价体系得分高低的比较，因此为了清楚和方便进行比较，把这些评价得分都转化为3分制下
的得分。

具体方法是:将J-NCAP评价得分值乘以3/12作为结果值，C-NCAP评
价得分值乘以3/8作为结果值，对于IIHS定义差为0;及格为1;良为2;好为3，这样就可以把不同鞭打程序下的评价得分全部转化为3分制下的得分，其结果如表4和图8所示。

从表4中可以看出，不同国家的鞭打评价程序的3分制评价得分结果都是按照由
低到高排列，趋势和在Euro-NCAP中的评价相同，说明这几个的国家鞭打评价体系虽然有差异，但在评价结果趋势上是相同的。

如图8所示的评价得分，可以从
图中看出评价结果的分布和趋势。

从评价结果来看，性能差的样品在不同国家的评价体系中得分都不高(如T1和T2试验)，而性能好的样品在这几个国家的评价体系中得分都高(如T5、T6和T7试验)，可以得出:虽然Euro-NCAP、J-NCAP、C-NCAP和IIHS是不同的评价体系和评分方法，但在评价结果上具有一致性。

从图8可知:同一试验数据，Euro-NCAP、J-NCAP和C-NCAP评价得分结果进
行比较，C-NCAP评价得分较高，而Euro-NCAP评价得分较低，特别是对低性
能样品的试验(如T1和T2试验)更明显，这主要是由于不同的评价体系造成的，在Euro-NCAP评价体系中设置了上限值，超过这个上限值整条试验波形就会得零分，而C-NCAP评价体系中则没有这样的限值。

C-NCAP和J-NCAP选用相同的评价参数，而J-NCAP评价方法是在上颈部Fx、上颈部Fz、上颈部My、下颈部Fx、下颈部Fz和下颈部My这6个参数得分中取最小值，C-NCAP评价方法是取上面这6个参数得分的算术和，因此J-NCAP评分结果比C-NCAP评分结果低。

从图8还可知:对高性能样品几个国家的评价程序得分相差较小，特别是试验T6和试验T7，这是由于高性能样品在各种评价体系中各参数都能得到较高的分数，因
此评价总分相差不大。

为了降低汽车追尾事故中乘员颈部挥鞭伤害发生率，各汽车生产商都在积极开发和研究新产品，各国都在努力促进防止挥鞭伤技术的发展。

本文通过对比分析了Euro-NCAP、J-NCAP、C-NCAP和IIHS关于鞭打试验在试验方法、评分方法和评价体系的异同。

通过同一试验数据在不同评价体系和方法中进行评分，把不同评价体系下的得分进行3分制转换，然后在相同的基准下经过对比分析发现，虽然各种评价体系有差异，但在评价结果上具有一致性。

分析结果还发现C-NCAP在各种不同评价体系中得分较高，也就是说在这几个国家的评价体系中C-NCAP评价体系较容易。

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