基于2021 版C-NCAP 規程的腳部空間破裂評價方法

田威，劉杰彬，王立民

（中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津 300300）

隨著安全帶、安全氣囊等乘用車安全裝置的普及，正面碰撞中乘員上肢嚴重受傷的概率明顯降低。然而乘員的下肢損傷越來越嚴重，尤其是下肢損傷[2]，對乘員下肢進行保護顯得尤為重要。

2021 版中國新車評價規程C-NCAP 首次引入了正面50%重疊可漸近變形移動壁障碰撞工況（MPDB）[3]，對乘員膝部傷害進行評價，乘員膝部傷害考察膝部的大腿力和膝部位移情況，同時引入了可變區域接觸和集中力載荷風險評價。可變區域接觸考察的是可能造成大腿力和膝部位移超標的風險位置，集中力載荷考察的是可能造成大腿力超標的風險位置，2 種風險類型罰分分別可罰1 分。2 種風險點評價可能存在交集，集中力載荷風險點一定是可變區域接觸風險點，不同點在于可變區域評價側重的是一個平面上的力，而集中力載荷評價側重的是一個集中點上的力，兩者評價互補缺一不可，能夠全面地評價膝部風險位置。風險評價是對可能發生膝部危險情況的考察，廠家可以通過滑臺試驗即Knee Mapping 試驗進行證明，選取的風險點位置并不會存在大腿力和膝部位移量超標的可能，進而消除2 種風險類型罰分。

同時，在MPDB 試驗后，還會進行主副駕腳部空間的破裂情況檢查，如果腳部空間發生破裂情況，則不接受Knee Mapping 數據。本文主要根據現有試驗數據，分析腳部空間破裂的因素，探究腳部空間破裂與乘員腳部傷害的關系，從中找出規律，減少甚至避免乘員腳部傷害風險。

1 判定過程

2021 版C-NCAP 中腳部空間破裂的判定過程為：移去所有地毯及隔音材料，試驗后從車輛內部、外部進行腳部區域檢查，確定是否已經有較大的載荷進入乘員艙。通過Z方向上的脛骨力和力矩進行輔助判定，查看通過車輛腳部區域傳向脛骨的載荷輸入。此處腳部空間為乘員可以接觸到的位置，主副駕的座椅可以在任一位置，只要腳能觸碰到的位置都為腳部空間破裂判定的區域，區域不包括中央通道豎直面及內部的結構。

檢查接縫開口、點焊失效或面板撕裂的情況。如果發現導致腳部空間不穩定接觸、外部載荷進入腳坑區域的路徑、防火墻嚴重破壞的情況、腳部接觸到金屬邊緣、至少2 個連續焊點脫開的情況，則判定為腳部空間破裂。2 個連續焊點失效或者存在透光現象是判斷腳部空間的充分條件之一，而非必要條件。

腳部空間發生嚴重破裂，得分應被修正，修正值為-1 分。判斷腳部空間破裂需要綜合考慮腳部空間結構的強度、焊點失效、透光、布置的情況及Z方向上的脛骨力和力矩的大小，通常認為外界的風險能夠進入乘員艙腳部空間或者腳部空間結構不能抵抗更大的外界載荷，風險性就存在。

2 評價結果

綜合測評成績顯示，24 款車型中腳部空間破裂的有4 款，無腳部空間破裂的有20 款，通過率為83.33%，如圖1 所示。大部分車型對于腳部空間保護充分，車輛結構設計合理，焊點強度有效，無破裂情況，4 款車型出現空間破裂情況，需要通過現象找出原因并進行改善，進而提升車身腳部空間結構的強度和完整性。

3 案例分析

3.1 腳部空間破裂的案例

案例一：焊點失效，出現裂縫，具體如圖2 所示。

圖2 焊點失效后出現裂縫

原因分析：在MPDB 試驗過程中，主駕側會受到較大的侵入，對主駕側輪胎、相鄰門檻造成沖擊，主駕側門檻強度不夠被擠壓變形，門檻與地板交接處出現應力，焊點失效，鈑金撕裂，具體細節如圖3 所示。

圖3 焊點失效后出現裂縫細節圖

案例二：前端載荷過大造成開裂透光，如圖4所示。

圖4 開裂透光情況

原因分析：車輛前端變形嚴重，發動機、變速箱等部件向后發生較大位移，對主駕腳部空間造成較大的載荷，使焊點、搭接位置失效，如圖5 所示。

圖5 車輛前端變形圖

案例三：邊緣位置焊點失效出現透光情況，如圖6所示。

圖6 邊緣位置失效情況

原因分析：出現多個連續焊點開焊，并有撕裂透光現象，整體腳部空間邊緣強度不夠，造成焊接位置多處失效，腳部空間邊緣結構有可能由于焊接失效造成塌陷，風險極大，如圖7 所示。

圖7 結構失效細節圖

案例四：鈑金結構強度不大，造成空間破裂，如圖8 所示。原因分析：腳部空間鈑金結構強度不大，不能應對較大沖擊，使得多處撕裂透光、焊接失效。

圖8 鈑金結構強度失效圖

3.2 腳部空間未破裂但有一定風險的案例

案例一：焊點未完全失效，發生透光現象，鈑金之間邊緣有重合的部分，如圖9 所示。

圖9 焊點未完全失效透光圖

案例二：焊點完全失效，腳部空間未發生嚴重破裂，此焊點失效不會影響腳部空間的保護失效，多層板之間的焊點失效不屬于腳部空間破裂，如圖10所示。

圖10 焊點完全失效圖

3.3 改進意見

針對3.1 的案例一，可以加強門檻強度，改變傳力方向和路徑，減少應力變形帶來的焊點失效和透光現象。

針對3.1 的案例二，應合理布局發動機艙內部的結構部件，減少零部件的堆壓沖擊，給予緩沖空間，在縱向力的擠壓下降低主駕腳部空間所受載荷面積，減少受力。

針對3.1 的案例三，應加強腳部空間結構件強度和焊接強度，增加一些加強筋板，更好地加強腳部空間結構。

一些典型的加強筋板結構如圖11 所示。

圖11 常見的筋板加強結構

針對3.1 的案例四，應加強腳部結構鈑金強度，采用二層或三層的鈑金結構，如圖12 所示。

圖12 常見的多層鈑金結構

針對3.2 的案例一和案例二，建議涂裝固體膠，加強焊縫的強度，消除透光情況，如圖13 所示。

圖13 常見的接縫密封膠粘結

4 東盟NCAP 腳部空間破裂的評價方法

東盟NCAP 對腳部空間破裂的評價是在ODB（偏置變形障礙）試驗后進行，其評價要求如下：腳部空間出現裂縫透光，裂縫長度大于100 mm 或寬度大于20 mm，滿足一項尺寸要求則被判定為腳部空間破裂；地板與A 柱位置結構出現分離，間隙長度大于100 mm 或寬度大于20 mm，滿足一項尺寸要求則被判定腳部空間破裂；地板與門檻位置結構出現分離，間隙長度大于100 mm 或寬度大于20 mm，滿足一項尺寸要求則被判定腳部空間破裂并罰1 分。腳部空間測量方法如圖14 所示，測量發現地板發生開裂透光，尺寸達到破裂的要求。

圖14 腳部空間測量方法示意圖

5 歐洲NCAP 腳部空間破裂的評價方法

歐洲NCAP 對腳部空間破裂的評價是在MPDB 試驗后進行，被判定腳部空間破裂并罰1 分，并且不接受膝部評價的數據。其評價要求如下：需判定腳部空間結構的穩定性，如出現結構喪失、搭接鈑金錯位破裂、地板與門檻或A 柱出現較大空隙、腳部空間受到擠壓使得空間喪失嚴重等情況；需要判定是否出現較大的破裂，使腳部能夠接觸到車的外部區域；防火墻出現較大變形和破裂，使腳部受到較大的外部風險；使駕駛員的腳部能夠接觸到腳部空間破壞后的鋒利金屬邊緣[4]。

從腳部結構破裂情況分析，觀察試驗后腳部空間的情況，需要將腳底地毯和隔音材料全部去除，檢查車輛內部和外部變形情況，分析腳部空間是否受到了巨大的載荷沖擊；從假人小腿受到的Z方向上的脛骨力和力矩判斷腳部空間破裂的情況，通過檢查官對腳部空間的檢查及對數據的分析，重點觀察腳部地板與A 柱和門檻的連接位置，如果有必要可以將車輛舉起，拆掉部分部件，查看腳部空間的外面結構變形情況。

6 腳部傷害數據分析

當腳部地板出現嚴重破裂或腳部空間變形嚴重時，會導致腳部侵入量增大，從而對腳部產生擠壓力，嚴重時會造成小腿繞X軸的彎矩瞬間增大，導致小腿脛骨治療指數值增大，小腿損傷增加。C-NCAP 試驗中出現腳部空間破裂的車輛，其小腿得分均較低。

7 結論

腳部空間破裂評價的目的是保護乘員腳部空間。從4 個案例可以看出，不僅有鈑金結構強度不夠造成的斷裂，也有腳部空間區域周圍焊接強度不夠發生的失效情況，從原因入手分析了如何減少外部載荷對乘員腳部的傷害，加強車身結構，避免造成腳部空間破裂風險，利于乘員進行被動安全保護。同時，對比了東盟和歐洲的腳部空間破裂評價方法，發現C-NCAP評價方法與EURO NCAP 評價方法的主觀性更強，需結合結構和數據進行綜合評判，不會只因焊點失效或透光現象就判定腳部空間破裂，而ASEAN NCAP 評價方法更為客觀，更容易理解。