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车头结构对行人头部安全的影响及试验评价
随着全球道路安全意识的不断提高，汽车对行人保护的技术要求也日益严格。统计数据显示，在车辆与行人正面碰撞中，除了下肢损伤外，头部伤害是致命或致残的重要原因。根据《GB 24550-2024 汽车对行人的碰撞保护》标准，车头结构的设计必须尽量降低行人头部伤害的风险。本文将结合该标准，系统阐述车头结构对行人头部安全的影响机理及相关试验评价要求。
1. 行人头部伤害机理与防护目标
在行人被车辆保险杠击中下肢后，身体会发生旋转，头部随后与发动机罩或前风窗玻璃发生二次碰撞。此时，由于头部质量大、加速度高，容易出现：
✅ 颅脑骨折✅ 脑组织挫伤或弥散性轴索损伤✅ 颈椎损伤
这些往往导致极为严重的二次伤害，甚至死亡。因此汽车车头结构的设计应尽可能提供：
足够的缓冲空间，防止与发动机硬件直接接触
可控变形区，吸收头部碰撞能量
有效分散冲击载荷，降低局部加速度
2. 车头结构对头部保护的关键技术
标准中要求车头前端，特别是发动机罩及前风窗下缘，应满足以下核心思路：
| 关键要素 | 技术措施示例 |
|---|---|
| 吸能空间 | 设计发动机罩下方可控溃缩区，保证最小50mm以上的压缩行程 |
| 柔性结构设计 | 减小发动机罩上表面的局部硬质支撑，提升覆盖件变形能力 |
| 碰撞分布优化 | 优化铰链、锁扣位置，使头部撞击时不会直接命中刚性件 |
| 前风窗玻璃设计 | 降低A柱周边区域硬度，或局部增加能量吸收层 |
| 主动保护配合 | 主动弹起式发动机罩，增加头部冲击行程，避免直接击中发动机上盖硬点 |
这些措施的目的是控制头部在碰撞时的加速度指标（HIC），从而降低脑损伤概率。
3. 试验评价指标与要求
GB 24550-2024对行人头部保护提出了严格的评价标准，主要通过头型冲击试验来验证。具体包括：
成人头型冲击器
-
质量：4.5 kg
-
球形，直径165mm
-
表面覆盖14mm厚合成皮肤
-
冲击速度：9.7 ±0.2 m/s
儿童头型冲击器
-
质量：3.5 kg
-
球形，直径165mm
-
表面同样覆盖14mm合成皮肤
-
冲击速度：9.7 ±0.2 m/s
评价核心是计算 HIC（头部伤害指数），其值需满足：
| 试验区域 | HIC要求 |
|---|---|
| 2/3及以上区域 | ≤1000 |
| 其他区域 | ≤1700 |
| 前风窗玻璃（儿童或成人） | 同上 |
HIC的计算公式在标准中定义为：
4. 试验程序与区域划分
行人头部冲击试验分为发动机罩试验区域与前风窗试验区域，标准中明确界定：
儿童头型试验区域
-
WAD 1000 至 WAD 1700（或发动机罩后沿前移82.5mm）
成人头型试验区域
-
WAD 1700 至 WAD 2300（或发动机罩后沿）
前风窗玻璃试验区域
-
不透光区域边界后移100mm至WAD 2300
其中 WAD （Wrap Around Distance）为地面基准点到车头外表面软尺测量的包络距离，详细解释可参考GB 24550-2024第3章定义。
试验流程包括：
确定车辆试验区域
选择易造成严重伤害的位置进行测试
冲击器以规定速度自由飞行
记录合成加速度并计算HIC
判定区域是否满足限值
5. 关键示意图
成人/儿童头型发动机罩上部试验区域
前风窗玻璃试验区域
HIC 1000区和1700区的边界
HIC 1000 区域和HIC 1700 区域的示意图
6. 车头结构优化的趋势
随着行人保护要求的不断提高，汽车制造商在车头结构优化上呈现以下发展趋势：
✅ 主动弹起式发动机罩：提供可变形空间，避免与硬质部件直接接触✅ 发动机下移布置：留出缓冲行程✅ 柔性锁扣铰链：在碰撞时可局部让位✅ A柱吸能材料：分散风窗区域冲击✅ 精细化有限元仿真：精准预测HIC分布并优化车头外形
这些措施与标准试验体系共同构成了未来车头对行人友好化的技术方向。
结语
行人头部在碰撞事故中面临极大风险，车头结构保护水平直接影响伤害程度。通过《GB 24550-2024》所定义的试验程序与HIC控制目标，汽车研发可在设计阶段更有针对性地减少行人头部的碰撞风险，推动道路安全向更高水平发展。
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