汽車安全法規(guī)與評價體系發(fā)展趨勢

曹正林

（中國第一汽車集團公司研發(fā)總院，長春 130013）

主題詞：新能源車 被動安全 主動安全 NCAP評價體系

1 前言

汽車安全問題一直伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展。20世紀40年代后，汽車安全性逐漸成為各國政府、社會以及各大汽車制造廠關注的焦點之一。聯合國WHO組織發(fā)布2018年《全球道路安全狀況報告》顯示全球道路交通死亡人數持續(xù)上升，每年造成135萬人死亡，另外3 000萬至5 000萬人遭受非致命傷害，許多人因傷害而出現殘疾。根據WHO報告統(tǒng)計，道路交通事故給各國造成的損失估計約達國內生產總值的3%，而在中低等收入發(fā)展中國家的情況更嚴重，高達國內生產總值的5%。同時，道路交通死亡人數在世界各地分布也不均衡。發(fā)展中國家占世界道路交通死亡人數的90%，而這些國家的人們只擁有世界大約一半的車輛，已經影響了這些國家的持續(xù)性發(fā)展。預計2020年因道路交通事故全球交通死亡人數將增至190萬，道路交通傷亡已經成為5～29歲青少年死亡的主要因素[1-2]。鑒于“全球性道路交通安全危機”已經形成，聯合國大會責成WHO組織實施2011～2020年的“十年道路安全行動”[3]，行動目標為“到2020年，穩(wěn)定并隨后降低預測的全球道路死亡水平”。行動計劃由5項基本內容組成：

（1）道路安全管理

（2）更安全的道路與基礎設施

（3）更安全的車輛

（4）更安全的交通參與者行為

（5）迅速的事故后響應

“十年安全行動”在車輛安全方面主要的努力方向是：制定全球統(tǒng)一技術法規(guī)；推廣NCAP活動；所有新車強制裝配最低標準安全裝備；推廣主動避撞技術；鼓勵購買、使用和維護安全的車輛[4]。

本文重點對汽車安全法規(guī)和評價體系的發(fā)展變化、未來趨勢進行闡述，為汽車安全工程師在追求建設“零傷亡”社會提供一定的參考。

2 汽車安全法規(guī)的發(fā)展變化

1966年8月31日，美國國會通過了《國家交通和汽車安全法》，規(guī)定對1968年以后生產的車型實施安全法，同時指定國家高速公路交通安全局（NHTSA）執(zhí)行并負責修訂。后來在原有安全法中的17項規(guī)定基礎上增加9項條款，構建了FMVSS（Federal Motor Vehicle Safe Standard）雛形。1973年8月15日，美國國會決定在全部車輛上實施被動式乘員保護系統(tǒng)，并對安全帶的使用進行立法，要求1978年后全國新生產汽車均需裝備安全氣囊或其他乘員保護裝置。1998年6月，美國國會頒布了“21世紀運輸均等權利法案,即The Transportation Equity Act for the 21st Century（TEA21）”，要求依據FMVSS208法規(guī)，改進對不同尺寸、系安全帶與不系安全帶的乘員的保護效果；同時，依靠智能安全氣囊等技術，將氣囊給嬰兒、兒童和其他乘員帶來的危險降至最低，促使“智能安全氣囊法規(guī)”（新版FMVSS 208）的產生。目前，美國FMVSS法規(guī)經過多次修訂后已日臻完善，成為世界上最為嚴格和細致的汽車被動安全法規(guī)[5-6]。

1950年后，在歐洲也相繼推出了歐洲經濟委員會ECE（Economic Commission for Europe Regulation）、歐洲經濟共同體EEC（European Economic Community）安全法規(guī)。日本、加拿大、澳大利亞和中國等國家的汽車安全法規(guī)基本是參照美國和歐洲的相關法規(guī)制定的（圖1）。

自2010年以來，歐洲交通事故年死亡人數減少了20%，但此數字自2013年以來沒有大幅下降。近年來，歐盟國家每年因交通事故死亡人數仍高達2.6萬，實施強制性安全功能的目標是在2030年前減少至1.3萬人[4]。因此，2018年歐盟為減少交通事故要求自2021年起將強制實施12項車輛安全功能。其中包含緊急剎車系統(tǒng)、酒精鎖車系統(tǒng)、分心識別、嗜睡預警系統(tǒng)和預防系統(tǒng)、事故數據記錄器、緊急停止信號、正面碰撞乘員保護測試與安全帶改進、自行車騎行者和行人頭部碰撞區(qū)域擴大與安全玻璃、智能車速輔助系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)、側撞乘員保護、倒車攝像頭及監(jiān)測系統(tǒng)。

圖1 全球三大汽車法規(guī)體系

中國汽車安全法規(guī)與國際標準體系在發(fā)布時間上差距較大，在1999年10月28日國機管[1999]567號文發(fā)布了《關于正面碰撞乘員保護的設計規(guī)則》，簡稱CMVDR 294。目前，CMVDR 294已經變成我國強制性標準《汽車正面碰撞的乘員保護》（GB 11551—2014）。加上2006年1月18日頒布的《汽車側面碰撞的乘員保護》（GB 20071—2006）和《乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求》（GB 20072—2006）構成了我國整車被動安全法規(guī)體系。值得關注的是中國已經在安全氣囊模塊、行人保護等方面縮短了與國際的差距，如《道路車輛安全氣囊部件》（GB/T 19949—2005）和《道路車輛安全氣囊部件》（ISO 12097-2002）基本相同。《汽車對行人的碰撞保護》（GB/T 24550—2009）引用了《關于機動車碰撞時對行人及弱勢道路使用者加強保護和減輕嚴重傷害的認證統(tǒng)一規(guī)定》（GTR9），并且開始起草汽車安全氣囊誤作用試驗方法和要求[7]。未來兩年中國將頒布事故數據記錄器（EDR）標準，為道路交通事故的司法鑒定、數據統(tǒng)計提供堅實的基礎。

這些法規(guī)的推出以及強制執(zhí)行，一定程度上推動了汽車安全技術的不斷發(fā)展。

3 新車評價體系（NCAP）的發(fā)展變化

除了強制性汽車安全法規(guī)外，新車評價程序NCAP（New Car Assessment Program）也是檢驗、評價汽車安全性能的重要依據。1978年美國高速公路安全管理局（NHTSA）提出NCAP評價體系，1994年開始對汽車安全性能進行星級評價，并將評價結果向社會公布[8]。隨后，歐洲、日本、澳大利亞、韓國、中國等國家相繼建立各自的NCAP評價體系（圖2）。在所有NCAP評價體系中，Euro NCAP最具影響力和代表性，它是由國際汽車聯合會牽頭，歐洲各國汽車聯合會、政府機關、消費者權益組織、汽車俱樂部等于1997年聯合創(chuàng)建的汽車安全評價組織，并頒布Euro NCAP評價體系。Euro NCAP在2009年2月頒布評價體系采用全新的星級評價方法，同時提高了行人保護和主動安全性能要求。Euro NCAP不依附于任何汽車制造企業(yè)，其宗旨是檢驗歐洲市場上銷售的汽車在安全性方面的表現，為消費者提供真實可信的參考信息，從而促進汽車制造企業(yè)在汽車安全技術上的競爭，對普遍提高汽車安全性能起到重要作用。

圖2 全球NCAP評價體系分布

早期NCAP評價體系主要以被動安全評測為主，尤其是乘員保護。經過多年的發(fā)展變化，Euro NCAP評價體系分別對成人保護、兒童保護、行人保護、安全輔助系統(tǒng)進行單獨測試，并按照一定計算方法對4部分的評價結果進行加權計算，根據最終結果進行安全性能星級評價[9-10]。

2017年，Euro NCAP發(fā)布的2020-2025年路線圖，除了各個評價項目的占比發(fā)生變化外，Euro NCAP有兩個較為明顯的變化[11-16]：

（1）乘員保護的變化

2020以后，Euro NCAP采用MPDB碰撞模式取代正面ODB碰撞模式，并采用仿生度更高的THOR假人代替目前的HybirdⅢ假人對人體傷害進行評價。兒童保護評價標準使用ECER129取代ECER44，并采用改進后的Q10兒童假人（圖3）。

圖3 MPDB-Euro NCAP 2025 Roadmap[15]

側面MDB碰撞的速度由50 km/h提高至60 km/h，并且增加對非碰撞側乘員保護評價（遠端保護），側面移動壁障（AE-MDB）及小車質量（1 400 kg）不變（圖4）。

圖4 AE-MDB-Euro NCAP 2025 Roadmap[15]

圖5 Timeline-Euro NCAP 2025 Roadmap[15]

（2）安全輔助系統(tǒng)的變化

自2009年頒布的Euro NCAP（2012）評價規(guī)則中便增加了安全輔助系統(tǒng)測試項目，以提高車輛的主動防護能力。由于時代發(fā)展和技術進步，汽車安全方面的技術也在不斷“進化”，Euro NCAP 2020-2025路線圖中加大安全輔助系統(tǒng)測試項目、評分比例，并制定了時間表，這些新條目會部分取代現存的標準要求（圖5）。時間表中，六角形為計劃開始的時間，圓形為草案擬定發(fā)布的時間，方形為實施的時間?？梢钥吹剑{駛員監(jiān)測（Driver Monitoring）、部分自動緊急制動系統(tǒng)（AEB）、自動緊急轉向（Automatic Emergency Steering）、尾部碰撞保護（Whiplash/Rearend Crash Protection）、行人/自行車更新版本子系統(tǒng)（Revised subsystem for pedestrian&cyclist）等都在2018年開始測試準備，2019年發(fā)布評價草案，2020年開始分不同階段計劃慢慢實施。2021年開始制定車聯網V2X測試方法，2024年才真正實施。

近年來，隨著自動駕駛技術的不斷發(fā)展，Euro NCAP開始意識到，將自動駕駛分割成一個個單獨的功能來進行評價越來越困難，所以Euro NCAP開始探尋“基于場景”的自動駕駛評價方法，以此來給消費者提供更好的評價指標和參考結果（圖6）。

圖6 Automated Driving-Euro-NCAP 2025 Roadmap[16]

由于車聯網的大發(fā)展，網絡安全（Cyber Security）也開始被Euro NCAP提上日程，因為很多主動安全功能都將應用部分網絡（包括數據存儲、計算和程序下載），一旦發(fā)生網絡安全問題，這些功能也會受到影響，因此Euro NCAP已經開始關注其他標準的實行情況，如ISO 26262/ISO 21434/J 3061，但不排除在未來的Euro NCAP評價體系中加入一些最低限度的網絡安全要求。

4 汽車保險安全評價體系的發(fā)展變化

美國公路安全保險協會（Insurance Institute for Highway Safety，IIHS）于1959成立，1995開始安全性能測試，測試項目主要包括64 km/h正面25%重疊率的小偏置碰撞、側面碰撞、車頂強度試驗、鞭打試驗以及AEB跟隨測試，同時還有燈光照度、自動調節(jié)等測試[17-20]（圖7）。

IIHS根據測試結果分為Good、Acceptable、Marginal和Poor 4個等級。IIHS和歐洲NCAP一樣，必須每一項測試結果達到Good才會給予總體Good的等級，進入年度Top Safety Pick推薦車型目錄中。

2016年11月16日，在中國保險行業(yè)協會指導下，中國汽車工程研究院（重慶）和中保研汽車技術研究院借鑒美國IIHS和歐洲Euro NCAP評價體系頒布了“中國保險汽車安全指數（C-IASI）”評價規(guī)則。2017年C-IASI進行了首批車型安全性能測試，并公開發(fā)布結果，2018年9月26日向社會公開發(fā)布了第二批12款車型的測試結果(表1)，在行業(yè)內造成巨大轟動，引起國際、國內主流汽車企業(yè)對C-IASI評價規(guī)則的高度重視。

5 汽車安全技術新特點與挑戰(zhàn)

近兩年，“電動化”、“智能化”、“網聯化”、“共享化”已成為汽車行業(yè)發(fā)展總體趨勢。汽車安全技術的發(fā)展已經不再局限于碰撞階段，安全技術專業(yè)的格局和開發(fā)組織方式也產生了相應變化，安全技術的發(fā)展呈現出集成化、智能化和系統(tǒng)化的趨勢。汽車安全概念內容和含義已經發(fā)生改變，由傳統(tǒng)的汽車安全轉變?yōu)榘粍影踩?、主動安全、功能安全的“大安全”概?圖8)。汽車安全技術也出現了幾個新的特點和挑戰(zhàn)：

圖7 美國IIHS測試項目和評價規(guī)則[16-20]

表1 C-IASI2018年第1批車型測試結果[21]

圖8 全方位安全系統(tǒng)集成

（1）道路交通事故調查數據已經開始展現越來越重要的角色。Euro NCAP 2025路線圖中已經明確將道路交通事故中典型的兩車相撞事故納入到測試評價項目中，該測試項目更加接近事故現實。另外，典型道路交通事故數據為自動駕駛汽車策略研發(fā)提供大量極端駕駛場景。

（2）主要的汽車生產國和銷售市場上，強制性安全法規(guī)和NCAP、IIHS、C-IASI等安全評價體系并存，前者屬于汽車安全基本要求，而后者已經受到廣大消費者的認可，并具備很高的市場影響力。在滿足汽車安全技術法規(guī)的基礎上，獲得NCAP、IIHS、C-IASI等安全評價體系較高安全評價，為汽車安全設計帶來巨大挑戰(zhàn)。隨著汽車產品研發(fā)周期逐漸縮短以及CAE仿真技術的提高，數字化仿真成為汽車安全性研發(fā)的重要手段。

（3）油耗雙積分的產業(yè)政策使得汽車輕量化和電動化成為發(fā)展趨勢。相對傳統(tǒng)燃油車碰撞安全，電動車碰撞安全還需要重點考慮碰撞后防火、防爆炸、防泄漏、高壓電安全和電池擠壓后熱失效問題。同時，汽車輕量化和增加電動車續(xù)航里程要求車輛使用鋁、鎂、碳纖維等輕質材料，這些新材料和新工藝也對汽車安全設計帶來挑戰(zhàn)[22]。

（4）全方位安全系統(tǒng)是汽車安全技術發(fā)展的趨勢，主要包括主動安全、被動安全、道路交通環(huán)境、智能駕駛系統(tǒng)等技術的深度融合和集成。在技術細節(jié)上就會推動越來越復雜的安全電子集成工作，比如傳感器的類型和數量越來越多、安全系統(tǒng)功能模塊越來越復雜、控制策略穩(wěn)健性要求越來越高等，均需要進行快速、深入的研究。

6 結論及啟示

（1）基于銷售市場的地域性，以滿足強制性安全法規(guī)、NCAP、IIHS、C-IASI等安全評價體系為目標進行汽車安全性能開發(fā)成為常態(tài)，安全設計需要大規(guī)模使用CAE分析手段進行多工況、飽和式分析優(yōu)化。

（2）電動車帶來碰撞后防火、防爆炸、防泄漏、高壓電安全和電池擠壓后熱失效等新問題，勢必會增加車體重量，這與電動車輕量化、增加續(xù)航里程相矛盾。如何解決鋁、鎂、碳纖維等輕質材料碰撞特性模擬、連接工藝模擬，進而提升在CAE虛擬環(huán)境下的仿真精度、一次性成功率是當下汽車安全工程師急需解決的問題。

（3）未來主動安全、被動安全、道路交通環(huán)境、智能駕駛系統(tǒng)等技術的深度融合和集成為汽車制造商的專業(yè)分工、開發(fā)流程建設帶來挑戰(zhàn)。