侧面碰撞中头部保护区域的测试标准与评价方法

侧面碰撞是汽车碰撞事故中发生率第二高的场景（仅次于正面碰撞），而头部是该场景下最易受严重伤害的部位之一——碰撞时头部可能撞击侧窗、B柱、内饰硬点或未充分展开的气帘，进而引发脑震荡、颅内出血等致命损伤。因此，明确头部保护区域的测试标准与评价方法，是提升车辆侧面碰撞安全性的核心环节。本文将从标准框架、区域定义、测试技术到评价规则，系统拆解侧面碰撞中头部保护的技术逻辑。

侧面碰撞中头部保护的核心诉求

在侧面碰撞事故中，车辆侧围结构的侵入量、内饰件的吸能特性，以及约束系统（如侧气帘）的有效性，共同决定了头部的受伤风险。从事故数据看，头部损伤的常见场景包括：一是头部直接撞击刚性结构（如B柱上沿、侧窗框架），产生高线性加速度；二是头部撞击未软化的内饰件（如硬质门把手、塑料扶手），导致局部压强过高；三是碰撞后头部因惯性过度侧移，引发鞭打效应或与后排座椅发生二次碰撞。

因此，头部保护区域的设计需覆盖“碰撞初始接触-惯性运动-二次碰撞”全流程：初始阶段需通过侧气帘等约束装置阻止头部与刚性结构直接接触；惯性运动阶段需通过内饰软包吸收碰撞能量；二次碰撞阶段需通过座椅头枕的侧面支撑限制头部过度位移。这种全流程覆盖的诉求，直接决定了测试标准需从“区域范围”“受力特性”“运动约束”三个维度设定要求。

此外，不同体型的乘员（如50th男性、5th女性）头部运动轨迹差异较大——女性乘员的头部重心更低，更易撞击侧围下部区域；儿童乘员的头部相对身体比例更大，更易因惯性过度前倾。因此，测试标准需考虑多百分位假人的覆盖，确保保护区域对不同人群的有效性。

全球主流测试标准的框架对比

目前全球主流的侧面碰撞测试标准可分为三类：以Euro NCAP、C-NCAP为代表的“常规侧面碰撞”标准，以IIHS为代表的“小重叠侧面碰撞”标准，以及以FMVSS 214为代表的“柱碰撞”标准。不同标准对头部保护的侧重不同：

Euro NCAP的“移动可变形壁障（MDB）测试”是最常用的常规标准——台车以50km/h的速度垂直撞击车辆驾驶员侧，壁障的变形量模拟中型车的前部结构。该标准对头部保护的要求集中在“侧气帘的覆盖范围”和“头部碰撞加速度”，要求侧气帘必须覆盖A柱到C柱的区域，且假人头部的HIC值≤150。

C-NCAP的侧面碰撞标准与Euro NCAP类似，但增加了“侧面柱碰撞”测试（车辆以29km/h的速度撞击直径254mm的刚性柱），重点考核头部对“局部刚性侵入”的防护能力——此时头部更易撞击柱体或变形的侧围，因此标准要求假人头部的旋转角速度≤50rad/s（避免脑扭转损伤）。

IIHS的“小重叠侧面碰撞”则更贴近实际事故（约占侧面碰撞的25%）——台车以60km/h的速度撞击车辆驾驶员侧的前1/4区域（重叠率约25%），此时B柱会发生更大的侵入变形，头部更易撞击B柱或顶棚。该标准除了要求HIC≤150，还新增了“头部约束有效性”评价：碰撞后假人头部的侧移量需≤150mm，否则视为保护失效。

头部保护区域的定义与边界划分

头部保护区域的定义需基于“假人头部的运动轨迹”——通过仿真或实车测试，记录碰撞过程中假人头部的位移路径，将路径覆盖的内饰区域划定为“需保护区域”。以WorldSID假人为例，其头部运动轨迹的典型范围是：从初始位置（座椅靠背角25°，头部重心距地面650mm）向侧方移动约100-150mm，向上移动约50-80mm，因此保护区域需覆盖侧围从座椅头枕高度到顶棚下沿的区域，以及座椅侧面的头枕支撑区。

具体边界划分通常采用“坐标法”：以车辆质心为原点，设定X（纵向）、Y（横向）、Z（垂直）轴，规定头部保护区域的Y向范围为假人头部重心侧移后的位置±50mm（覆盖不同体型的偏差），Z向范围为头部重心高度±100mm（覆盖向上和向下的运动），X向范围为B柱前缘到后排座椅后缘（覆盖前后方向的位移）。例如，在Euro NCAP标准中，侧气帘的覆盖区域需满足Y向≥120mm（从车辆中心向外侧），Z向≥300mm（从座椅头枕顶部到顶棚）。

此外，保护区域的“硬点限制”是关键——区域内的内饰件（如门把手、扶手）需采用软化设计，其表面硬度需≤邵氏A80（避免局部压强过高），且突出高度需≤20mm（避免撞击时的集中受力）。例如，C-NCAP标准明确要求，侧围内饰的硬点需进行“球头撞击测试”：用直径165mm的球头以10km/h的速度撞击硬点，记录撞击力，若峰值力超过3kN则视为不满足要求。

测试假人的选择与传感器布置

测试假人的选择需匹配标准的“人群覆盖”要求：Hybrid III假人主要用于模拟50th男性，EuroSID II假人用于模拟5th女性，WorldSID假人则是全球通用的多百分位假人（覆盖5th女性到95th男性）。不同假人的头部结构差异较大——WorldSID假人的头部采用更接近真实人体的“分层结构”（皮肤、骨骼、脑组织模拟），其传感器能更准确测量旋转加速度。

头部传感器的布置需聚焦“关键损伤指标”：一是线性加速度传感器，通常安装在假人头部重心处（三向，X/Y/Z轴），用于计算HIC值；二是角速度传感器，安装在头部重心的垂直轴上（测量绕Y轴的旋转角速度），用于计算RIC（旋转伤害指数）；三是压力传感器，粘贴在头部表面（如前额、颞部），用于测量碰撞时的局部压强。例如，在IIHS的测试中，假人头部需安装3个加速度计（X/Y/Z）和1个角速度传感器，采样频率不低于1kHz。

传感器的校准是测试准确性的关键：线性加速度传感器需在±500g的范围内校准，误差≤1%；角速度传感器需在±200rad/s的范围内校准，误差≤2%。测试前需通过“假人定位系统”确保假人头部重心与车辆坐标的一致性——例如，Euro NCAP要求假人头部重心的Y向位置偏差≤10mm，Z向偏差≤5mm，否则测试结果无效。

碰撞工况的设定与控制参数

碰撞工况的设定需模拟“典型事故场景”，核心参数包括：碰撞速度、壁障类型、车辆状态。以Euro NCAP的侧面移动台车测试为例，碰撞速度为50km/h（±1km/h），台车前端的可变形壁障（MDB）采用铝蜂窝结构，刚度模拟的是质量1400kg的车辆前部；车辆状态为静止，变速器置于空挡，手刹松开，门窗关闭。

对于侧面柱碰撞工况（如C-NCAP的柱碰撞测试），碰撞速度为29km/h（±1km/h），柱体为直径254mm的刚性钢柱，碰撞点位于驾驶员侧车门的中心位置（Y向距车辆中心1200mm），此时车辆侧围的侵入量更大，头部更易撞击柱体，因此标准对头部的旋转加速度要求更严格（≤45rad/s）。

工况的控制精度直接影响测试结果：碰撞速度的误差需≤1%，壁障的撞击位置偏差需≤5mm，车辆的姿态（如侧倾角、俯仰角）需≤1°。例如，在IIHS的小重叠侧面碰撞中，台车的撞击位置需精确控制在车辆前角的25%重叠率（±2%），否则假人头部的碰撞点会偏离保护区域，导致测试结果无效。

头部伤害指标的计算逻辑

头部伤害的评价需结合“线性加速度”和“旋转加速度”——传统的HIC（头部伤害指数）仅考虑线性加速度，而最新标准（如Euro NCAP 2023版）已将RIC（旋转伤害指数）纳入评价。HIC的计算逻辑是：取碰撞过程中连续15ms（或36ms）内的加速度时间曲线，计算积分值，公式为HIC = [(1/(t2-t1)) ∫(t1到t2) a(t) dt]^2.5 × (t2-t1)，其中a(t)是头部重心的合成加速度（g），t1和t2是曲线中峰值加速度对应的时间区间。

RIC的计算则基于旋转角速度：取碰撞过程中旋转角速度的峰值，结合角加速度，计算脑组织的剪切应力。例如，IIHS采用的RIC指标是：旋转角速度峰值≤50rad/s，且角加速度峰值≤5000rad/s²，若超过任一阈值，则头部保护评价为“差”。

此外，部分标准还会考核“头部接触时间”——即头部与保护装置（如侧气帘）的接触时间需≤5ms（确保约束系统及时生效），接触面积需≥头部表面积的30%（确保受力均匀）。例如，C-NCAP要求侧气帘的展开时间需≤15ms（从碰撞触发到完全展开），否则头部可能在气帘展开前撞击刚性结构。

评价等级的量化规则

评价等级的量化需将“伤害指标”转化为“分数”，不同标准的权重不同：Euro NCAP的侧面碰撞评价中，头部保护占20%的权重（总分16分），其中HIC≤150得4分，150-250得2分，＞250得0分；RIC≤45rad/s得4分，45-55得2分，＞55得0分；侧气帘覆盖范围符合要求得4分，否则得0分。

C-NCAP的评价规则更侧重“中国事故场景”：头部保护占侧面碰撞得分的30%（总分10分），其中HIC≤120得3分，120-180得2分，＞180得0分；旋转角速度≤40rad/s得3分，40-50得1分，＞50得0分；内饰硬点测试符合要求得4分，否则得0分。

IIHS的评价则采用“等级制”：头部保护分为“优秀（Good）”“良好（Acceptable）”“一般（Marginal）”“差（Poor）”四个等级。其中“优秀”的要求是：HIC≤150，旋转角速度≤50rad/s，头部侧移量≤120mm，侧气帘覆盖A柱到C柱；“差”的要求是：HIC＞250，或旋转角速度＞60rad/s，或头部撞到刚性结构。

常见失效场景的分析要点

在头部保护的测试中，常见的失效场景包括：一是侧气帘未及时展开（展开时间＞20ms），导致头部在气帘展开前撞击B柱；二是侧气帘的覆盖范围不足（如未覆盖A柱区域），导致头部撞到侧窗框架；三是内饰硬点未软化（如门把手的硬度＞邵氏A90），导致头部碰撞加速度过高；四是头枕侧面的支撑不够（头枕的侧倾刚度＜100N/mm），导致碰撞时头部过度侧移。

分析失效原因需结合“测试数据”和“结构设计”：例如，侧气帘展开延迟可能是因为碰撞传感器的位置不合理（未检测到侧面碰撞的加速度峰值），或气帘的充气装置功率不足；覆盖范围不足可能是因为气帘的尺寸设计过小，或安装位置偏后；内饰硬点问题可能是因为供应商未按要求使用软化材料，或模具设计时未考虑碰撞受力。

解决失效问题的关键是“针对性优化”：对于展开延迟，需调整碰撞传感器的位置（如将传感器从B柱下部移至上部）或增加传感器数量（如在侧围增加加速度传感器）；对于覆盖不足，需增大气帘的尺寸（如将气帘的长度从1200mm增加到1500mm）或调整安装角度（向前倾斜10°）；对于内饰硬点，需更换为发泡材料（如密度30kg/m³的聚氨酯）或增加软包厚度（从5mm增加到10mm）。