汽车与电动两轮车碰撞中骑车人紧急避让姿态损伤风险研究

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现今,在低碳出行倡导的提出和快递、外卖行业的急速发展下,电动两轮车凭借其短距离便捷性而成为人们出行最为主要的交通工具之一。然而,电动两轮车骑车人作为道路弱势群体,也极易受到伤害。根据中国交通事故深入研究2020年会的统计数据,在全国6067例交通事故中,二、三轮车的事故占比高达62%。在《中国统计年鉴》中,电动两轮车事故分别占2019年和2020年道路交通事故总数的10.81%和11.18%。据相关数据统计,目前我国电动车市场保有量或已达3亿,其中骑手已超过800万。因此,对混合道路下电动两轮车骑车人的保护研究尤为重要。本研究的目的是对不同紧急避让姿态下电动两轮车骑车人运动学响应及损伤差异进行研究,分析了紧急避让姿态骑车人对运动学响应和骑车人损伤的影响。利用有限元分析软件深入地分析了骑车人紧急避让姿态对车碰撞的头部损伤风险和骑车人紧急避让姿态落地损伤风险。本文基于VRU TRAVi视频数据库,随机选取了300例电动两轮车事故视频。利用事故视频信息的优势,对电动两轮车骑车人相撞前后的事故情况进行了统计分析。基于视频信息的统计结果,发现电动轮车事故大多发生于十字路口处,并且汽车和电动两轮车辆之间产生垂直相撞的情况也最多。在电动两轮车事故中,发现有29%的骑车人在撞击前已采取了紧急避让姿态,而只有71%的骑车人仍处于正常姿势。其中,包含有3种典型的紧急避让姿态:被撞侧脚着地(SFL)、非被撞侧脚着地(NSFL)和双脚着地(LBF)。本文选用了中国目前市场使用较广泛的电动两轮车进行有限元建模。采用THUMS 4.02人体模型开发1种正常驾驶姿态和3种典型紧急避让姿态。使用已经过验证的2012款丰田卡罗拉汽车有限元模型,并建立了一款电动两轮车有限元模型,将THUMS 4.02版人体有限元模型调整为骑车人姿态。根据事故视频的统计分析结果来设计仿真碰撞试验,探讨骑车人紧急避让姿态对车碰撞的头部损伤风险研究。仿真结果得出:在左侧碰撞时骑车人受到车辆撞击的头部旋转载荷相较于线性旋转载荷的损伤更高。在低速碰撞20km/h时,头部损伤风险较低,未超过严重损伤阈值。在高速碰撞时40km/h,四种姿态骑车人均有较高的头部损伤风险,其中紧急避让姿态LBF骑车人头部损伤风险最大。为研究紧急避让姿态骑车人落地损伤风险,建立8个汽车碰撞电动两轮车及骑车人仿真试验。通过对比分析头部损伤参数(峰值角加速度、峰值线性加速度、HIC15、颅内正压力、CSDM0.15和主应变)和下肢的Von-mises应力分布评估两轮车骑车人落地损伤风险。结果表明:当车速为20 km/h时,正常姿态骑车人头部落地损伤超过AIS 4+,各姿态下肢损伤均未超过骨折阈值;当车速为40km/h时,各姿态骑车人头部落地损伤均超过AIS 4+,紧急避让姿态LBF头部损伤风险最高。正常姿态骑车人的下肢损伤风险最低,紧急避让姿态SFL骑车人下肢有骨折风险。该研究结果厘清紧急避让姿态对骑车人落地损伤的影响,为汽车安全技术研究提供重要参考依据。
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