基于事故重建的骑车人与行人颅脑损伤差异性分析

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行人作为最弱势的道路使用者,其安全问题最先得到关注。为了更好地保护行人,各国相继颁布了行人保护法规和行人保护试验规程。随着两轮车事故的激增,学者关注骑车人的安全问题,并考虑建立相应的试验规程以评估车辆的防护能力。头部模型冲击器冲击试验作为目前行人保护试验规程的方法,已经成为广泛接受的行人头部保护测试方法,学者们通过对骑车人和行人碰撞过程中运动学差异性分析,评估该方法是否适用于对骑车人的保护,而在弱势道路使用者(VRU)头部损伤中,创伤性脑损伤的关键诱因是由脑组织变形导致的。本文根据长沙深入交通事故调查数据库(IVAC),筛选出具有详细的损伤信息的事故案例共38起,行人和两轮车事故各19起。通过多刚体-有限元耦合分析方法完成事故重建和头部损伤再现。从头部人-车碰撞边界条件、基于运动学响应的头部损伤参数、基于脑组织变形响应的脑损伤参数和头部有效质量四个方面,对骑车人和行人进行差异性分析研究。结果表明:两轮车碰撞事故相较于行人,主要发生在低速范围内。骑车人与行人的头部环绕距离基本一致,但骑车人的头部碰撞位置相较于行人,主要分布在风挡玻璃的中间区域。骑车人头部相对碰撞速度、头部碰撞角度明显小于行人,且相较于行人头部保护测试规程中的规定数值(40 km/h,65°)有一定的差异性,头部模型冲击器的冲击速度设定为54.71km/h,冲击角度设定为40.02°能较好地反映骑车人在事故中的头部碰撞情况。根据运动学响应的头部损伤参数的对比表明:行人的头部损伤风险整体高于骑车人。在人-车碰撞过程中,骑车人和行人遭受颅骨骨折和硬膜下血肿(SDH)损伤的风险不超过20%,行人有较大的概率遭受颅骨骨折和SDH损伤风险。基于脑组织变形响应的脑损伤参数对比分析显示:采用最大主应变(MPS)来评测,骑车人与行人遭受脑挫伤和弥漫性轴索损伤(DAI)的概率都不超过20%,且骑车人相较于行人有更大概率遭受脑挫伤和DAI损伤风险;采用累计应变损伤测量准则(CSDM)预测,发现骑车人与行人有很大概率遭受DAI损伤风险,且行人更易遭受严重的DAI损伤风险。MPS与CSDM对DAI损伤风险的预测结果相反,这可能意味着这两种损伤评价准则对于DAI损伤风险的预测有效性存在一定差异。基于头部有效质量的对比分析显示:现行行人保护试验规程中的头部模型冲击器不适用于骑车人。应减小现行试验规程中的头部模型冲击器的质量以满足对骑车人的保护。本研究通过骑车人和行人颅脑损伤的差异性分析,对目前行人保护测试规程的优化提供一定的理论依据,使得其能提高车辆对两轮车骑车人的保护,对我国汽车安全行业的发展具有一定的现实意义。
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