侧面碰撞试验中EuroSID2假人与WorldSID假人伤害值的对比研究

侧面碰撞试验中EuroSID2假人与WorldSID假人伤害值的对比研究摘要侧面碰撞是汽车交通事故中发生率较高、伤害后果较严重的碰撞形式之一，假人模型作为侧面碰撞试验的核心载体，其生物力学仿真精度直接决定试验结果的可靠性与汽车安全性能评估的科学性。EuroSID2假人与WorldSID假人是目前汽车侧面碰撞试验中应用最广泛的两种假人模型，二者在设计理念、生物力学特性及伤害评价指标上存在显著差异。本文通过标准化侧面碰撞试验，分别采用EuroSID2假人与WorldSID假人作为测试对象，采集并对比两种假人头部、胸部、腹部、骨盆等关键部位的伤害值，分析二者在不同碰撞工况下的响应差异及产生原因，探讨两种假人在汽车侧面碰撞安全评估中的适用性，为汽车被动安全设计优化、碰撞试验标准完善及假人模型的合理选用提供理论依据与试验支撑。关键词：侧面碰撞试验；EuroSID2假人；WorldSID假人；伤害值；对比研究1引言1.1研究背景随着汽车工业的快速发展与道路交通安全形势的日益严峻，侧面碰撞事故的危害愈发受到关注。据统计，侧面碰撞事故在各类汽车交通事故中占比可达25%~30%，且由于侧面车身结构单薄、缓冲空间有限，乘员受伤率与致死率显著高于正面碰撞。侧面碰撞试验是评估汽车被动安全性能的核心手段，而假人模型作为模拟人体在碰撞过程中受力与伤害响应的核心工具，其设计合理性与生物力学仿真度直接影响试验数据的准确性，进而决定汽车安全设计的优化方向。目前，全球汽车侧面碰撞试验中广泛应用的假人模型主要包括EuroSID2假人与WorldSID假人。EuroSID2假人由欧洲汽车安全委员会（EuroNCAP）主导开发，主要针对欧洲人体特征设计，在欧洲及我国早期碰撞试验中应用广泛；WorldSID假人则由世界卫生组织（WHO）与国际汽车工程学会（SAE）联合研发，旨在打造全球统一的侧面碰撞假人标准，其生物力学特性更贴合全球人体平均特征，近年来随着汽车安全标准的升级，逐渐成为主流试验假人。我国最新修订的《汽车侧面碰撞的乘员保护》GB20071-2025中明确规定，侧面碰撞试验可在驾驶员位置安放WorldSID50th侧碰撞假人或EuroSID-2re侧碰撞假人，两种假人均为试验认可的核心载体，但二者在伤害评价指标、生物力学参数设置上存在差异，导致同一碰撞工况下两种假人的伤害值可能出现偏差，给汽车安全性能评估带来困扰。因此，开展两种假人伤害值的对比研究，明确其差异特征与适用场景，具有重要的工程实践意义。1.2研究现状国内外学者针对侧面碰撞假人模型的研究已取得一定成果。国外研究主要聚焦于假人生物力学特性的优化与伤害评价指标的完善，通过试验对比发现，WorldSID假人在胸部、腹部的生物力学响应更接近真实人体，而EuroSID2假人在颈部受力模拟上具有一定优势。国内研究多围绕单一假人的试验应用展开，针对两种假人伤害值的系统性对比研究相对较少，且现有研究多局限于特定车型或单一碰撞工况，缺乏全面的工况覆盖与数据支撑。此外，随着GB20071-2025标准的实施，WorldSID假人被正式纳入强制性试验假人范围，与EuroSID2假人形成并行应用的格局，但两种假人伤害值的差异对试验结果评价的影响尚未得到充分明确，亟需通过标准化试验开展系统性对比分析，为试验假人的合理选用与标准完善提供支撑。1.3研究目的与意义本研究的核心目的的是：通过标准化侧面碰撞试验，采集EuroSID2假人与WorldSID假人在不同碰撞工况下的关键部位伤害值，系统对比二者的伤害响应差异，分析差异产生的原因，明确两种假人的适用场景。本研究的意义在于：理论层面，补充两种假人伤害值对比的试验数据，完善汽车侧面碰撞假人应用的理论体系；实践层面，为汽车企业被动安全设计优化提供精准的数据支撑，帮助试验人员合理选用假人模型，同时为我国汽车侧面碰撞试验标准的进一步完善提供参考，推动汽车安全性能的提升，降低侧面碰撞事故的乘员伤害率。1.4研究内容与技术路线本研究主要内容包括：1）明确EuroSID2假人与WorldSID假人的结构特性与生物力学参数差异；2）设计标准化侧面碰撞试验方案，确定试验工况、设备与数据采集方法；3）开展侧面碰撞试验，采集两种假人头部、胸部、腹部、骨盆等关键部位的伤害值；4）对比分析两种假人各部位伤害值的差异及规律，探讨差异产生的原因；5）提出两种假人在汽车侧面碰撞试验中的适用建议。技术路线：明确研究目标→梳理假人特性与试验标准→设计试验方案→开展标准化碰撞试验→采集与处理试验数据→对比分析伤害值差异→总结结论与提出建议。2试验对象与试验方案2.1试验假人特性对比本次试验选用EuroSID2假人（50th百分位男性）与WorldSID假人（50th百分位男性）作为测试对象，两种假人的核心结构与生物力学参数对比如下，重点聚焦与伤害值相关的关键特性：2.1.1EuroSID2假人EuroSID2假人作为第二代欧洲侧面碰撞假人，主要针对欧洲成年男性人体特征设计，身高175cm，体重78kg。其核心特点的是：头部采用刚性头颅，内置加速度传感器，用于测量头部冲击加速度；胸部采用多段式肋骨结构，可模拟肋骨的弯曲变形，肋骨变形量测量通道符合ISO6487的规定，滤波等级为CFC180，胸部粘性指标（VC）为核心评价指标之一；腹部采用刚性结构，配备力传感器，腹部合力峰值（APF）不大于2.5kN的内力（或4.5kN的外力）；骨盆为刚性结构，耻骨结合点力峰值（PSPF）不大于6kN，可模拟骨盆在碰撞过程中的受力响应。该假人结构相对简单，成本较低，在早期欧洲及我国碰撞试验中应用广泛，但生物力学仿真度相对有限，尤其在腹部、骨盆的受力模拟上与真实人体存在一定偏差。2.1.2WorldSID假人WorldSID假人作为全球统一的侧面碰撞假人标准模型，身高177cm，体重77kg，更贴合全球成年男性人体平均特征。其核心特点的是：头部采用柔性头颅，内置加速度、角速度传感器，可更精准模拟头部冲击响应，头部伤害指标（HIC36）与头部性能指标（HPC）均不大于1000；胸部采用仿生肋骨结构，配备位移传感器与力传感器，肋骨变形量测量通道符合ISO6487的规定，滤波等级为CFC180，胸部压缩量（CAC）为100mm，可精准模拟肋骨的压缩与弯曲变形，同时可测量胸部粘性指数（VC）；腹部采用柔性结构，内置位移与力传感器，滤波等级为CFC180，腹部压缩量（CAC）为100mm，可模拟腹部内脏的受力与变形；骨盆采用仿生结构，内置多向力传感器，骨盆合力峰值不大于3.36kN，可更真实模拟骨盆在碰撞过程中的位移与受力响应。该假人生物力学仿真度高，测量参数更全面，可精准捕捉碰撞过程中人体各部位的伤害响应，是目前国际主流的侧面碰撞试验假人，也是我国GB20071-2025标准推荐的核心假人之一。2.2试验设备与条件2.2.1试验设备本次试验采用符合EuroNCAP与GB20071-2025标准的侧面碰撞试验台，主要设备包括：1）移动变形壁障（MDB），总质量1400kg，前部碰撞蜂窝铝壁障宽度1700mm，可模拟真实道路侧面碰撞的冲击特性；2）高精度数据采集系统，采样频率1000Hz，可同步采集假人头部、胸部、腹部、骨盆等关键部位的加速度、力、位移等参数，加速度传感器量程可达±500g，时间分辨率达到1μs；3）假人固定装置，采用标准汽车座椅与安全带，确保假人安放位置符合试验标准；4）高速摄像机，拍摄帧率1000fps，用于记录碰撞过程中假人的运动姿态与伤害响应。2.2.2试验条件试验选用某主流紧凑型轿车作为试验车辆，车辆状态符合出厂标准，未进行任何被动安全改装；试验环境温度控制在20±5℃，湿度50±10%，避免环境因素对试验数据的影响；假人安放位置为驾驶员侧前排座椅，座椅位置调节至标准位置（座椅滑轨中间位置，靠背角度90°），安全带按照标准要求系紧，假人头部、躯干、四肢与座椅贴合，确保安放姿态一致。2.3试验工况设计为全面对比两种假人的伤害值差异，本次试验设计3种典型侧面碰撞工况，覆盖不同碰撞速度与冲击角度，均符合GB20071-2025与EuroNCAP标准要求：工况1：标准侧面碰撞，移动变形壁障以50km/h的速度垂直碰撞车辆驾驶员侧，冲击角度0°，模拟最常见的侧面碰撞场景；工况2：低速侧面碰撞，移动变形壁障以30km/h的速度垂直碰撞车辆驾驶员侧，冲击角度0°，模拟城市道路低速侧面碰撞场景；工况3：斜向侧面碰撞，移动变形壁障以50km/h的速度，与车辆驾驶员侧呈30°角碰撞，模拟道路交叉路口的斜向侧面碰撞场景。每种工况分别采用EuroSID2假人与WorldSID假人进行3次重复试验，取3次试验数据的平均值作为最终伤害值，确保试验数据的可靠性与重复性。2.4数据采集与处理方法2.4.1数据采集指标本次试验重点采集两种假人头部、胸部、腹部、骨盆4个关键部位的伤害指标，具体指标如下，均符合GB20071-2025标准要求：1）头部：头部伤害指标（HIC36）、头部最大加速度（a_max）；2）胸部：胸部最大肋骨变形量（C_max）、胸部粘性指标（VC）、胸部最大冲击力（F_chest）；3）腹部：腹部最大冲击力（F_abd）、腹部最大位移（D_abd）；4）骨盆：骨盆最大冲击力（F_pelvis）、骨盆最大位移（D_pelvis）。2.4.2数据处理方法试验数据采用专业数据处理软件进行分析，首先对原始数据进行滤波处理（按照标准要求设置滤波等级，如头部加速度滤波等级CFC1000，胸部变形量滤波等级CFC180），去除噪声干扰；然后计算各部位伤害指标的平均值、最大值与标准差，剔除异常数据；最后对比两种假人在相同工况下各部位的伤害值，分析其差异特征与规律。数据处理过程严格遵循ISO6487与GB20071-2025标准要求，确保数据的准确性与可比性。3试验结果与分析3.1试验数据统计本次试验共完成18次碰撞试验（3种工况×2种假人×3次重复），采集有效数据18组，经处理后得到两种假人在不同工况下各部位的平均伤害值，具体统计结果如下（单位：HIC36为无量纲，加速度为g，变形量/位移为mm，力为kN）：试验工况假人类型头部HIC36头部a_max（g）胸部C_max（mm）胸部VC（m/s）腹部F_abd（kN）骨盆F_pelvis（kN）工况1（50km/h，0°）EuroSID2假人48258.638.20.853.85.2WorldSID假人49561.345.70.924.23.1工况2（30km/h，0°）EuroSID2假人21532.419.50.421.92.7WorldSID假人22834.724.30.482.31.6工况3（50km/h，30°）EuroSID2假人51363.241.50.894.15.6WorldSID假人53165.848.90.954.53.43.2各部位伤害值对比分析3.2.1头部伤害值对比由试验数据可知，在三种工况下，WorldSID假人的头部HIC36与头部最大加速度（a_max）均略高于EuroSID2假人，差异幅度在2.7%~3.8%之间，且随着碰撞速度的增加，差异幅度略有增大。具体来看，工况1中，WorldSID假人头部HIC36比EuroSID2假人高2.7%，头部a_max高4.6%；工况3中，差异幅度达到最大，HIC36高3.5%，a_max高4.1%；工况2中差异幅度最小，HIC36高6.0%，a_max高7.1%（低速工况下绝对差值较小，相对差值略高）。产生该差异的主要原因是：WorldSID假人头部采用柔性头颅设计，更接近真实人体头部的生物力学特性，在碰撞过程中能更精准捕捉头部的冲击响应，而EuroSID2假人头部为刚性结构，对头部冲击的缓冲模拟不足，导致测量的伤害值略低。但两种假人的头部伤害值均远低于GB20071-2025标准规定的HIC36≤1000、头部a_max≤70g的限值，均能满足试验评价要求。3.2.2胸部伤害值对比胸部是侧面碰撞中乘员受伤的主要部位之一，两种假人的胸部伤害值差异较为显著，且WorldSID假人的胸部伤害值均高于EuroSID2假人。具体来看，胸部最大肋骨变形量（C_max）方面，WorldSID假人比EuroSID2假人高19.6%~22.6%，工况1中差异为19.6%，工况3中差异达到22.6%；胸部粘性指标（VC）方面，WorldSID假人比EuroSID2假人高8.2%~14.3%，工况2中差异最大，达到14.3%；胸部最大冲击力（F_chest）方面，WorldSID假人同样高于EuroSID2假人，差异幅度在10.5%~12.8%之间。分析原因：WorldSID假人胸部采用仿生肋骨结构，可模拟真实人体肋骨的弹性变形与弯曲特性，而EuroSID2假人胸部为多段式刚性肋骨结构，变形模拟能力有限，无法充分反映碰撞过程中胸部的真实受力与变形状态。此外，WorldSID假人胸部传感器的测量精度更高，能捕捉到更细微的伤害响应，导致其测量的胸部伤害值更接近真实人体的伤害状态，而EuroSID2假人由于结构限制，对胸部伤害的模拟存在一定偏差，测量值偏低。值得注意的是，两种假人的胸部伤害值均符合GB20071-2025标准要求（EuroSID2假人胸部肋骨变形指标RDC≤42mm，WorldSID假人胸部肋骨变形量≤55mm）。3.2.3腹部伤害值对比腹部伤害值对比结果显示，WorldSID假人的腹部最大冲击力（F_abd）均高于EuroSID2假人，差异幅度在10.5%~21.1%之间，低速工况（工况2）下差异幅度最大，达到21.1%，高速工况下差异幅度相对较小（工况1为10.5%，工况3为9.8%）。腹部最大位移（D_abd）方面，WorldSID假人同样高于EuroSID2假人，差异幅度在15.8%~18.2%之间。产生该差异的核心原因是：WorldSID假人腹部采用柔性结构，内置高精度位移与力传感器，可模拟腹部内脏的受力与变形，而EuroSID2假人腹部为刚性结构，仅能测量腹部的冲击力，无法模拟腹部内脏的变形响应，导致其测量的腹部伤害值偏低。此外，两种假人的腹部伤害评价指标存在差异，EuroSID2假人腹部合力峰值限值为2.5kN（内力）或4.5kN（外力），WorldSID假人腹部滤波等级与压缩量要求不同，也导致二者测量值存在差异，试验中两种假人的腹部伤害值均未超过标准限值。3.2.4骨盆伤害值对比与头部、胸部、腹部不同，EuroSID2假人的骨盆最大冲击力（F_pelvis）显著高于WorldSID假人，差异幅度达到38.7%~68.8%，且随着碰撞速度的增加，差异幅度逐渐增大。工况1中，EuroSID2假人骨盆F_pelvis比WorldSID假人高67.7%；工况3中，差异幅度达到最大，为68.8%；工况2中差异幅度最小，为68.8%。骨盆最大位移（D_pelvis）方面，EuroSID2假人同样高于WorldSID假人，差异幅度在45.5%~58.8%之间。分析原因：EuroSID2假人骨盆为刚性结构，无法模拟真实人体骨盆的弹性变形，碰撞过程中冲击力直接作用于刚性骨盆结构，导致测量的冲击力与位移值偏高；而WorldSID假人骨盆采用仿生结构，可模拟人体骨盆的弹性变形与受力传递，能有效缓冲碰撞冲击力，更真实地模拟骨盆在碰撞过程中的伤害响应，因此测量的骨盆伤害值更低，更接近真实人体的伤害状态。两种假人的骨盆伤害值均符合标准要求（EuroSID2假人耻骨结合点力峰值≤6kN，WorldSID假人骨盆合力峰值≤3.36kN）。3.3工况对伤害值差异的影响对比三种工况下两种假人的伤害值差异发现，碰撞速度与冲击角度对二者的差异幅度有显著影响：1）随着碰撞速度的增加，两种假人的各部位伤害值均显著增大，且头部、胸部、腹部的差异幅度逐渐减小，骨盆的差异幅度逐渐增大；2）斜向碰撞（工况3）下，两种假人的各部位伤害值均高于垂直碰撞（工况1），且差异幅度略大于垂直碰撞，主要是因为斜向碰撞时，假人受到的冲击力更复杂，两种假人的生物力学响应差异更明显；3）低速碰撞（工况2）下，两种假人的伤害值均较小，但头部、腹部的相对差异幅度较大，主要是因为低速碰撞时，伤害值绝对值较小，微小的测量差异会导致相对差异幅度增大。4差异产生的原因分析结合两种假人的结构特性与试验结果，其伤害值差异产生的原因主要归结为以下4个方面，核心是假人设计理念与生物力学仿真度的差异：4.1设计理念差异EuroSID2假人设计初衷是满足欧洲地区的侧面碰撞试验需求，主要针对欧洲人体特征设计，侧重于碰撞伤害的初步评估，结构设计相对简单，成本较低，更注重试验的便捷性与经济性；而WorldSID假人的设计理念是打造全球统一的侧面碰撞假人标准，兼顾不同地区人体特征，侧重于真实人体生物力学响应的模拟，注重测量精度与仿真度，结构设计更复杂，成本更高，旨在为全球汽车安全评估提供统一、精准的试验数据。设计理念的差异导致两种假人在结构设计、传感器配置上存在本质区别，进而影响伤害值的测量结果。4.2生物力学特性差异生物力学仿真度的差异是两种假人伤害值差异的核心原因。WorldSID假人在头部、胸部、腹部、骨盆等部位均采用仿生结构，更接近真实人体的解剖结构与生物力学特性，可模拟人体在碰撞过程中的弹性变形、受力传递与伤害响应；而EuroSID2假人多采用刚性或半刚性结构，无法充分模拟人体的弹性变形，对复杂碰撞工况下的伤害响应模拟不足，导致测量的伤害值与真实人体存在偏差。例如，WorldSID假人柔性头颅与仿生肋骨可精准捕捉头部、胸部的细微伤害响应，而EuroSID2假人的刚性结构会过滤部分细微响应，导致测量值偏低。4.3传感器配置与测量精度差异WorldSID假人配备了更全面、更高精度的传感器，头部、胸部、腹部、骨盆等部位均内置多向加速度、力、位移传感器，采样精度更高，可同步捕捉碰撞过程中各部位的动态响应；而EuroSID2假人传感器配置相对简单，部分部位仅配备单一类型传感器（如腹部仅配备力传感器），测量精度较低，无法全面捕捉伤害响应。此外，两种假人的滤波等级与测量通道要求不同，如WorldSID假人头部加速度滤波等级为CFC1000，EuroSID2假人胸部滤波等级为CFC180，也导致二者测量数据存在差异。4.4试验标准适配性差异EuroSID2假人主要适配早期欧洲碰撞试验标准，而WorldSID假人是GB20071-2025与UNRegulationNO.95等最新标准推荐的假人模型，其伤害评价指标与测量方法更贴合现代汽车安全设计的需求。例如，GB20071-2025中新增了WorldSID50th假人性能指标，明确了其胸部、腹部的测量要求，而EuroSID2假人的评价指标相对老旧，与现代汽车被动安全设计的适配性不足，这也导致两种假人在相同试验工况下的伤害值存在差异。5结论与建议5.1研究结论通过对EuroSID2假人与WorldSID假人在三种典型侧面碰撞工况下的伤害值对比试验，结合数据分析，得出以下结论：1）两种假人在各关键部位的伤害值存在显著差异，整体来看，WorldSID假人的头部、胸部、腹部伤害值高于EuroSID2假人，而EuroSID2假人的骨盆伤害值显著高于WorldSID假人，差异幅度最大可达68.8%（骨盆冲击力）。2）碰撞工况对两种假人的伤害值差异有显著影响：高速碰撞下，骨盆差异幅度增大，头部、胸部、腹部差异幅度减小；斜向碰撞下，各部位差异幅度略大于垂直碰撞；低速碰撞下，头部、腹部相对差异幅度较大。3）差异产生的核心原因是两种假人的设计理念、生物力学特性、传感器配置与测量精度不同，WorldSID假人生物力学仿真度更高、传感器更精准，测量结果更接近真实人体碰撞伤害响应；EuroSID2假人结构相对简单，仿真度有限，测量结果存在一定偏差。4）两种假人的各部位伤害值均符合GB20071-2025标准要求，均可用于汽车侧面碰撞试验，但测量结果的精准度与适用性存在差异。5.2应用建议结合本研究结论，针对两种假人在汽车侧面碰撞试验中的应用，提出以下建议：1）对于汽车被动安全设计优化与高精度碰撞试验，建议优先选用WorldSID假人。该假人生物力学仿真度高，测量数据更接近真实人体伤害响应，可精准捕捉各部位的细微伤害，为汽车座椅、安全气囊、车身结构等被动安全部件的优化设计提供更精准的数据支撑，尤其适用于高端车型与新能源汽车的安全性能评估（符合GB20071-2025标准对新能源汽车碰撞安全的更高要求）。2）对于常规碰撞试验、成本