碰撞假人头部性能指标HIC36及HIC15的区别研究

胡经国,朱晓勇,丁冉冉,周杭卫，杜志豪，陈亚依

中汽研汽车检验中心(宁波)有限公司，浙江宁波 315336

0 引言

C-NCAP管理规则2021版已正式发布。对于100%正面壁障碰撞试验形式，相比于C-NCAP管理规则2018版，试验形式、试验速度及试验假人未改变，但是驾驶员位置使用的Hybrid Ⅲ 型 50 百分位男性假人的头部性能伤害指标却从修改为，伤害值限值从650～1 000修改为500～700，副驾驶的头部性能伤害指标保持为。

本文将从与的区别的角度分析修改为的原因，以及这种修改对于100正面壁障碰撞试验驾驶员头部伤害考核产生的影响，并通过副驾驶员及侧面碰撞试验的头部伤害数据统计分析进行了验证。

1 头部伤害指标

1.1 头部结构

头部分为面部和头部(不包括面部)两个部分。头部具有多层结构，由头皮、颅骨、脑膜和脑组成。颅骨大致分为容纳脑的脑颅和形成面部的面颅。颅骨由多块骨组成，骨之间由骨缝线相互连接。下颌骨例外，它通过自由活动的关节与颅骨相连接。头颅骨的结构如图1所示。

图1 头颅骨的结构

在碰撞事件发生时，头部会发生面部外伤、颅骨骨折、局灶性脑损伤、弥漫性脑损伤等多种损伤。目前的研究主要针对面颅骨损伤，该部位损伤是由于面部与汽车的接触冲击引发的，包括头皮损伤、颅骨骨折、硬膜外血肿和直达性挫伤。颅骨骨折又分为接触部位骨折或由于碰撞力的传递而造成的远隔接触损伤骨折，如颅盖骨折、颅底骨折或对冲性损伤。

1.2 头部的损伤基准HIC

通过Wayne State大学对头部耐受性的研究，得到头部加速度、冲击持续时间的研究数据。通过整理出现颅骨骨折情况的数据分布，得到了Wayne State耐受性曲线(即WSTC 曲线)，如图2所示。图中曲线公式为·25。WSTC 曲线给出了在头部碰撞中前后平移加速度和持续作用时间对头部损伤的综合影响。

WSTC耐受度曲线 ，最初只包含 6 ms的冲击响应曲线，如图2所示。优化后得到50 ms内的冲击响应曲线，如图3所示。

图2 初始Wayne Stste 耐受性曲线

图3 优化后Wayne Stste 耐受性曲线

由耐受性曲线可知，在耐受性曲线上方时，存在生命危险，即发生颅骨骨折(≥2)的可能性为31%;在耐受性曲线下方时，没有生命危险。为1 000的情况下发生颅骨骨折(≥2)的可能性为48%。

1971年，VERSACE在前人研究的基础上得到了一个与WSTC耐受性曲线相关的平均加速度量——(head injury creterion)值，成为沿用至今的汽车安全法规头部颅骨骨折和脑挫伤的评价指标。的计算公式为：

(1)

其中公式代表了WSTC耐受性曲线的公式化。

由于WSTC耐受性曲线是根据前额重复撞击试验确定，采集的是脑后部的加速度，试验形式接近于正面碰撞冲击的状态，因此它较适用于正面碰撞场景。

1.3 HIC36和HIC15的选择

下角36表示碰撞持续时间为36 ms，下角15表示碰撞持续时间为15 ms，表示碰撞持续时间在36 ms以内的头部伤害最大值，表示碰撞持续时间为15 ms以内的头部伤害最大值。但是头部伤害最大值出现的持续时间段并不一定是在正好持续36 ms或者15 ms时长的时候出现。

WSTC的头部冲击试验代表的是标定试验状态下，整个冲击持续过程中的加速度输出。在实际碰撞过程中，由于假人头部合成加速的不规律性，并不能准确判断头部承受冲击力的准确开始时间和结束时间。而的最大值计算理论上取从开始时间到结束时间整个冲击过程中的最大值。

通过对试验结果计算值，取15 ms作为计算头部伤害的最长持续时间，持续时间15 ms以上的值就不需要再计算了。

同理，评估侧面撞击试验对头部的损伤程度，要根据侧面碰撞头部合成加速度曲线的特点，确定一个能够取到最大值的持续时间区间。由于正面碰撞与侧面碰撞的头部加速度合成曲线形态不同，为了能评估侧面撞击对头部的损伤程度，在FMVSS214中定义了另一个指标。

因此，碰撞持续时间分别为15 ms及36 ms即为经验性选择。

1.4 头部伤害限值的改变

假人的伤害值限值从1 000修改为700。使用计算公式对WSTC耐受性曲线进行计算，如图4所示。

图4 WSTC耐受性曲线HIC值计算

将图4中的数据进行统计，结果如图5所示。

图5 WSTC耐受性曲线HIC值统计

同WSTC曲线，当值在该曲线上方时，存在生命危险;在耐受性曲线下方时，没有生命危险。

2 正面碰撞试验头部伤害HIC36与HIC15持续时间对比

文中统计样本为61次正面碰撞试验，分别统计了驾驶员与副驾驶员的头部及数值最大时对应的持续时间。

2.1 驾驶员HIC36与HIC15持续时间对比

对碰撞试验的实际与的持续时间进行了统计，驾驶员与持续时间对比如图6所示。

图6 驾驶员HIC36与HIC15持续时间对比

由图6可以看出，在统计的61个样本中，有25个样本出现最大伤害的持续时间是小于36 ms的，而出现最大伤害的持续时间均为15 ms。由此可知，当以为考核指标时，不同的车辆出现最大伤害值的持续时间值可能并不相同，根据WSTC耐受性曲线可知，持续时间不同，对人体造成危险的限值是不同的，如果以作为这些所有车辆的统一考核指标并不合适。而伤害指标最大值出现均在持续时间为15 ms的时候，对于不同的车辆，考核指标进行了统一。

将的限值规定在500～700，最大限值700是符合WSTC曲线中当持续时间为15 ms时=630这个临界值的。在<500时，表示不会有生命危险产生;当>700时，有生命危险产生。限值500也是WSTC耐受性曲线的值的最小值位置，是最严格的假人伤害要求。

2.2 副驾驶员HIC36与HIC15持续时间对比

副驾驶员与持续时间对比如图7所示，副驾驶员与持续时间对比情况与驾驶员类似。

图7 副驾驶员HIC36与HIC15持续时间对比

3 碰撞试验头部伤害HIC36与HIC15伤害值对比

对正碰试验及侧碰试验假人头部及数值进行统计分析。统计共涉及碰撞试验室145次正面碰撞试验中驾驶员头部和的数值，及105次侧面碰撞试验中驾驶员的和的数值。

3.1 正面碰撞驾驶员头部伤害值对比

正面碰撞中驾驶员头部和的对比如图8所示。由图可以看出，除个别与的数值相同之外，大部分的数值都是小于的数值。

图8 正面碰撞中驾驶员的头部HIC36和HIC15的对比

由图还可以看出，所有样品的数值均在限值1 000以下，而对应的的数值则有一部分出现在700的限值以上。在C-NCAP管理规则2021版将头部伤害指标从限值1 000，修改为限值700之后，头部伤害存在超限的风险。也证明C-NCAP管理规则2021版的主驾的头部伤害值评价更为严格。

3.2 正面碰撞副驾驶员头部伤害值对比

正面碰撞中副驾驶员头部和的对比如图9所示。由图可以看出，与的数值分布于驾驶员的分布情况类似。

图9 正面碰撞中副驾驶员头部HIC36和HIC15的对比

C-NCAP管理规则2021版相对于C-NCAP管理规则2018版，正面碰撞副驾驶员头部伤害指标评价保持为，与驾驶员伤害指标保持一致，该头部伤害指标比较合理。

3.3 侧面碰撞驾驶员头部伤害值对比

侧面碰撞中驾驶员头部和的对比如图10所示。

图10 侧面碰撞中驾驶员头部HIC36和HIC15的对比

C-NCAP管理规则2021版相对于C-NCAP管理规则2018版，侧面碰撞头部伤害指标评价保持为。由图10可知，侧面碰撞时，头部与基本相同。

4 结束语

本文介绍了人体头部解剖学结构，头部损伤指标，及的选择，头部伤害限值变化的分析，头部伤害发生的持续时间的分析，和正面碰撞试验驾驶员、副驾驶员及侧面碰撞试验驾驶员及数据的对比分析，得到了修改为使不同车辆头部伤害评价标准更为统一，头部评价也更为严格的结论。此次分析为碰撞试验头部伤害的研究提供了支持。