EURO NCAP 最新MPDB試驗及THOR假人介紹

王占強

按照Euro NCAP發展路線圖， 2020年Euro NCAP評價規則較之前將有較大的變化，主要在乘員保護和主動安全方面都有不小的調整，如豐富了AEB的測試場景，新增了遠端乘員保護測試和事故救援考核，而最引人注意的變化是將實施多年的64km/h正面40%偏置碰撞試驗改為了移動可變形壁障偏置碰撞（簡稱MPDB）。其采用了最新的THOR假人，并增加了車輛兼容性要求。可以說未來必將成為影響汽車被動安全開發的一項重要設計基準。接下來我們就對該項試驗進行簡要介紹。

推出背景

交通事故統計顯示，正面碰撞（包括兩車迎面相撞、撞到前方障礙物等）是一種最為常見也最容易導致嚴重傷亡的事故類型，因此各國NCAP及安全標準體系中都將正面碰撞作為一種必不可少的碰撞試驗。Euro NCAP從成立之初就引入了64km/h正面40%碰撞試驗（簡稱ODB），它最能還原實際兩車迎面相撞的情形，對車身結構的耐撞性有很高的要求。實施以來對提高汽車安全技術進步、降低道路交通傷害發揮了舉足輕重的作用。

但隨著汽車市場的發展，這種碰撞試驗也逐漸暴露出局限性。例如，其評價標準主要針對的是車輛對內部成員的自我保護。但由于實際碰撞兩輛車之間結構差異巨大，導致它們碰撞時，能量不能被有效地吸收，往往會導致乘員更嚴重的傷害。ADAC交通事故研究數據顯示，輕型的車輛（<950kg）在車對車碰撞中嚴重傷害的比率約是重型車輛（>1750kg）的兩倍。因此迫切需要對車身前端結構的兼容性進行考核，移動可變形壁障偏置碰撞就是在這一背景下推出的。

所以當車輛前端結構設計不合理時，雖然能滿足現行的NCAP評估要求，但在實際車對車碰撞中，會產生非常大的局部載荷，給對方車輛帶來嚴重的傷害，基于實際情況考慮，既要保護自身車輛，也要保護對方車輛的安全，因此Euro NCAP引入了能夠全面評價車身結構兼容性的MPDB碰撞試驗。

MPDB和ODB的主要區別

作為一個全新的試驗工況，MPDB與之前的ODB相比有4個方面的差異：1. 壁障不同。ODB采用的是固定可變形蜂窩鋁壁障，而MPDB采用了全新的可移動可變形壁障（PDB），壁障車重1400kg;2. 試驗速度不同。ODB試驗車速度為64km/h，而MPDB的試驗車和壁障車速度都以50km/h相向碰撞，兩車以50%的比率重疊。3. 采用假人不同。ODB前排采用的都是Hybrid III型假人，而MPDB駕駛員側采用了全新的THOR50M假人;4. 評價指標不同。ODB主要考核車內假人各部位受到的傷害情況，MPDB新增加了兼容性評價。

從前期的測試情況來看，針對試驗車輛，其在兩項試驗的表現有很大不同，主要表現在以下幾個方面：

車身加速度方面，MPDB碰撞能量巨大，相對碰撞速度達到了100km/h，因此MPDB試驗車輛加速度明顯大于ODB，峰值高出了約20g，并且加速度整體出現較早（整體相對于ODB有很大的前移），從加速度整體看，類似于該車輛進行50km/h剛性壁障全正碰試驗。

車身結構方面，MPDB與ODB試驗結果前端變形很相似，尤其防撞橫梁都有非常大的彎折，但在MPDB試驗中吸能盒壓潰變形不理想。

假人傷害方面，由于MPDB碰撞能量巨大，碰撞劇烈，所以假人的響應傷害值比ODB高很多。

試驗壁障

為了更好地反應兩車迎面碰撞時的安全性，MPDB試驗采用了一個移動壁障代替傳統的固定壁障。移動壁障的試驗臺車重量是采用典型的、具有代表性的家用轎車的重量（1400kg），為了更好地再現車輛前段的吸能情況，Euro NCAP精心設計并在臺車前面加裝一個可變形的蜂窩鋁壁障（PDB）。

PDB壁障采用漸進式的結構，壁障離地150mm，壁障縱向分三段，A段和C段有恒定的變形壓潰力，而中間B段變形壓潰力是漸進的，即隨著變形增加，壓潰力也增加。A段：568×1000×90mm，壓潰強度1.711Mpa;B段：568×1000×450mm，壓潰強度漸進，約在0.6～1MPa之間。C段：568×1000×250mm，壓潰強度在0.34Mpa

在寬度方面車輛的前端支撐防御結構最好能覆蓋整個車輛的寬度，這樣在碰撞事故中即使重疊量很小也能夠很好地利用車輛前端的潰縮區分散和吸收碰撞能量，所以評估區域的寬度至少要覆蓋車輛寬度的45%。碰撞試驗中，車輛和臺車碰撞受力會有一定的旋轉，這樣會有力作用在PDB變形單元的側邊上，因而產生橫向載荷，導致了蜂窩鋁結構的變形不真實，因此對PDB的側邊界的位置進行評估就顯得不合理，所以評估區域應該從PDB側邊向內200mm開始。

為了匹配各種車輛之間的碰撞要求，避免車輛與壁障碰撞時出現騎跨（Overriding）、鉆車底（Underriding）的風險，因此車輛的支撐防御結構布置在離地面250mm到650mm之間，這樣既考慮了不同級別的車型，也能滿足RCAR和重型車輛鉆車底的保護需要。

PDB評估區域的碰撞能量：如果前端支撐防御結構強度有重大的差異，這樣會導致碰撞能量被強度小的車輛吸收較多。因此，擁有高強度的前端支撐防御結構車輛對于對方車輛的保護不利?？梢愿鶕DB變形的深度來進行前端結構的強度和碰撞能量的評估。為了降低碰撞車輛中載荷過大的風險，很有必要對測試車輛潰縮區域進行動能吸收評估。

臺車速度的改變：碰撞能量集中在上面定義的評估區域內，在試驗中，不考慮整個碰撞車輛的碰撞能量，而是通過臺車速度的變化來評估，速度變化小于50kph是有利，而速度變化大于50kph是不利的。

試驗方法及評價指標

在試驗過程中，壁障小車和試驗車輛均以50km/h的速度做相對運動，并以50%的重疊率發生碰撞，更精準地模擬了發生碰撞時對車輛及乘員開始作用的時刻，提高了約束系統標定參數的精確度。

前排假人為新開發的THOR假人，副駕駛為Hybird III假人，后排為兩個Q系列的兒童假人，左側為Q6兒童假人，右側為Q10兒童假人，主要考察兒童約束系統對兒童的保護情況。

測試評價流程：1.計算每一個分項得分;2.計算假人每個身體部位得分;假人每個身體部位的得分取該部位分項得分中的最低分;分別對假人以下四個部位進行評分：頭頸部、胸腹部、骨盆、大腿骨和膝蓋、小腿和腳部。3.調整分從身體各部位得分中扣除;4.計算試驗得分;對于假每個身體部位，取駕駛員和乘員得分中的最低分，最高得分為16分。5.測試過程中如果車門打開，則在整個試驗得分基礎上，每個打開的車門扣1分;6.MPDB相容性評價。

兼容性評價

碰撞兼容性的研究是指如何使車輛在碰撞事故中既能保護本車乘員（耐撞性），又能減少對另一方碰撞車輛造成的傷害（攻擊性）。碰撞兼容性是車輛耐撞性和車輛攻擊性的結合，旨在找到兩者之間的一個最優平衡點。這本身就是一對“盾”與“矛”。Euro NCAP評價體系納入MPDB試驗以取代ODB，是重視碰撞相容性的一個開端。那兼容性評估怎么進行評價呢？

兼容性評估自2022年起最多可扣8分，2020年和2021年扣分減半，即最多可扣4分。兼容性評估主要從三個方面進行評價：壁障變形均勻性、OLC（乘員負載指數）、壁障擊穿，

1. ?壁障變形均勻性SD

通過對壁障變形標準差進行評價對壁障的變形均勻性進行評估。1、試驗前通過如下圖所示點建立坐標系。2、試驗后掃描變形后的壁障點云數據，通過點云數據生成最大不大于10mm的網格數據。3、以未變形壁障中心為中心點間隔20mm生成共1400個網格點;4、將這些網格點沿X方向投影至變形壁障點云網格數據上，用以評估壁障變形均勻性系數。

變形均勻性系數通過變形標準差SD評估。其高性能限值為50mm，低性能限值為150mm，如SD位于50mm～150mm之間則通過線性縮放的方式來確定SD評估變形均勻性系數s。

2. ?乘員負載系數OLC

該項指標主要評估對方車內乘員潛在的受傷風險，主要通過對壁障重心上的加速度計的X向加速度積分并計算獲得。

3. ?壁障擊穿

若壁障在大于40mm×40mm面積內有超過630mm的侵入量，則應罰分2分，但總罰分最高不超過8分。

THOR假人

目前各國標準法規及NCAP評價中的正面碰撞試驗普遍使用Hybri III型假人來模擬實際乘員受到的傷害情況。Hybrid假人由通用公司在1971年左右開發推出，在1976年研發出了知名度最高的 Hybrid III 50百分位假人。經過40多年的發展，Hybrid III假人已經成為了一個覆蓋廣泛的假人家族，包括95百分位男性、5百分位女性、3歲兒童等假人，這些都是基于Hybrid III 50百分位縮放得到的。

幾十年來，碰撞試驗假人仍在不斷的研發中。美國很早就意識到了Hybrid III假人的不足，因此上世紀80年代左右，NHTSA就開始推動下一代全新碰撞假人THOR（Test Device for Human Occupant Restraint）的研究。

1995年General Engineering and Systems Analysis（GESAC）著手并研發了THOR假人的原型TAD-50M （Trauma Assessment Device – 50 Percentile Adult Male Dummy）。2005年，基于該原型，國際研究所（如：日本汽車研究所（JARI），日本汽車制造協會（JAMA））致力于將碰撞試驗假人國際標準化，對THOR Alpha進行了大量綜合評估與總結，將其更新為THOR-NT假人。同時（2000—2003年），FID歐洲項目將假人更新至THOR-FT版本。2009年，SAE基于北美、亞太、歐洲地區的大量試驗，將假人更新至THOR-K。

2011—2012年，首美假人公司在SAE的委托下，將假人更新至THOR-50M版本。2017年1月，首美更新了THOR假人至THOR-50M Standard Build Level A（SBL-A）版。2018年1月，假人被更新至THOR-50M SBL-B版。

THOR 假人為了彌補Hybrid III假人的缺點，做了大量的改進，其生物逼真度更高，可測量的損傷參數也更多。不過THOR假人雖然好用，但是其成本也是非常高的，一個THOR假人要1000萬元人民幣左右，是其他假人價格的10倍。

THOR假人與Hybrid III有很多區別。以胸部為例，首先是胸部肋骨鋼片的半徑從上往下越來越大，不像Hybrid III所有肋骨幾乎都一樣大，其次就是胸部肋骨更像真人一樣是一種由后往前的傾斜狀。

SUFEHM評價

Euro NCAP在2020年將實施的MPDB試驗采用了THOR假人，并引入了新的評價標準：SUFEHM評價指標。

在進行40多年的頭部生物力學的研究中，專家們對頭部損傷機制越來越傾斜于頭部功能的缺陷與組織的損傷不一定有直接的關系。之前Lissner以及韋恩州立大學的頭部損傷研究是基于頭部單質量頭部模型的整體合成加速度，該準則有一些局限性，沒有特定的沖擊方向，且未考慮角加速度對頭部的損傷。

SUFEHM模型

Kang等人于1997年開發了斯特拉斯堡大學有限元頭模型（SUFEHM）。頭骨內外表面的幾何特征來自成年男性頭骨。模型還對頭部解剖特征頭骨、鐮、幕、蛛網膜下腔、頭皮、小腦、大腦和腦干。通過該頭部模型SUFEHM來預測頭部損傷，并用于頭部保護系統的優化。

SUFEHM有限元網格模型由13208個單元組成，其總質量為4.7 kg，目前已經轉換成LS-DYNA格式。SUFEHM模型作為新的頭部損傷預測工具，可以參與頭部保護系統的評估和優化。記錄撞擊下人頭模型的線性和旋轉三維加速度，并將這些試驗數據作為頭部有限元模型的輸入，進而得出DAI、SDH和顱骨骨折的傷害風險。這種方法也可以應用于THOR假人頭部，HybridIII假人頭部，行人保護頭碰模型。