（载运工具运用工程专业论文）基于pccrash的汽车与行人碰撞事故再现仿真研究.pdf

摘要汽车与行人碰撞事故是道路交通事故的主要类型。事故中人的伤亡率往往很高，因此，此类事故也越来越受到人们的重视。作为事故鉴定的重要工具，人车碰撞事故再现已经在汽车安全领域引起越来越多的关注。基于计算机仿真的人车碰撞事故再现具有成本低、准确性高、客观性强和内容丰富的优点，能够为事故鉴定、汽车安全设计和损伤生物力学研究提供科学依据。因此汽车与行人碰撞交通事故的再现研究具有重要的社会价值和意义。本文以研究计算机仿真再现汽车与行人碰撞事故的方法为目的，以多刚体动力学和生物力学为基础，通过对汽车与行人碰撞事故的特点进行总结，对行人运动特点和事故中行人的致伤机理与评价指标进行分析，使用p c c r a s h 软件建立汽车与行人碰撞事故的仿真模型，分析了行人的碰撞运动轨迹和其抛距模型。通过调整车辆的各项参数进行仿真分析，确定影响行人损伤严重程度的关键因素。通过对仿真试验结果的分析，探讨了不同情况下人体抛距、头部最大加速度及小腿最大受力等信息的规律性，从而可以为交通事故责任鉴定提供理论依据和数值参考。提出了在缺失大量事故信息的情况下再现人车碰撞事故的仿真方法，结合典型的案例，对仿真方法进行了实际运用，完成了事故过程再现。根据仿真结果分析了事故过程和事故发生原因及行人损伤严重程度，并通过调整车辆及行人的位置、速度等参数，进行多次仿真试验，使仿真更加精准，验证了事故再现方法的可行性。关键词：道路交通事故；事故再现：人车碰撞；仿真；行人损伤a b s t r a c t1 1 1 ev e h i c l e p e d e s t r i a nc o l l i s i o ni st h em a i nt y p e so f r o a dt r a f f i ca c c i d e n t s 1 1 1 er a t eo fd e a t h sa n di n j u r i e si nv e h i c l e p e d e s t r i a nc o l l i s i o nu s u a l l ya r eo f t e nv e r yh i g h , s ot h ev e h i c l e p e d e s t r i a nc o l l i s i o na r ea t t r a c t i n gi n c r e a s i n ga t t e n t i o n a c c i d e n tr e c o n s t r u c t i o na sa l li m p o r t a n tt o o lf o ri d e n t i f i c a t i o no fa c c i d e n t s ，a n dt h ev e h i c l e h u m a nc o l l i s i o nr e c o n s t r u c t i o nh a sa r o u s e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n b a s e do nc o m p u t e rs i m u l a t i o no ft h ev e h i c l e p e d e s t r i a nc o l l i s i o nr e c o n s t r u c t i o nw i t hl o wc o s t ，h i g ha c c u r a c y , o b j e c t i v i t ya n dt h ea d v a n t a g e so fr i c hc o n t e n t s ，c a r lp r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o rt h ea c c i d e n ti d e n t i f i c a t i o n ，t h ea u t os a f e t yd e s i g na n dt h er e s e a r c ho fd a m a g eb i o l o g ym e c h a n i c s s ot h ev e h i c l e - p e d e s t r i a nc o l l i s i o nr e c o n s t r u c t i o nh a si m p o r t a n ts o c i a lv a l u ea n ds i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r , f o r 也ep u r p o s eo fs t u d yt h em e t h o do fv e h i c l e 。p e d e s t r i a nc o l l i s i o nr e c o n s t r u c t i o n ，b a s e do nt h em u l t i b o d yd y n a m i c sa n dt h eb i o l o g ym e c h a n i c s ，t h r o u g hs u m m a d z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fv e h i c l e - p e d e s t r i a nc o l l i s i o na n dp e d e s t r i a n si n j u r i e si l lm ea c c i d e n t , a n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fp e s d e s t r i a n sa c t i v i e sa n di n j u r ym e c h a n i s ma n de v a l u a t i o ni n d e x u s i n gp c c r a s hs o f t w a r e ，e s t a b l i s ho fv e h i c l e- p e d e s t r i a nc o l l i s i o ns i m u l a t i o nm o d e l ，a n da n a l y z et h ep e d e s t r i a nc o l l i s i o nt r a j e c t o r ya n di t st h r o wd i s t a n c em o d e l b ya d j u s t i n gt h ep a r a m e t e r so ft h ev e h i c l et os i m u l a t e ，i n d e n t i f yt h ek e yf a c t o r so fi m p a c t i n gt h ep e d e s t r i a n si n j u r i e s t h r o u g ht h er e s u l t so fs i m u l a t i o n ，d i s c u s st h er e g u l a r i t yo ft h r o w i n gd i s t a n c ef r o mt h eb o d y t l l em a x i m u ma c c e l e r a t i o no ft h eh e a da n dt h em a x i m u ml e gf o r c ee t ci nt h ed i f f e r e n tc i r c u m s t a n c e s i tc a np r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i sa n dn u m e r i c a lr e f e r e n c e sf o rt r a f f i ca c c i d e n t p u tf o r w a r dt h em i s s i n gi n f o r m a t i o ni nc a s eo fal a r g en u m b e ro fa c c i d e n t sr e p r o d u c t i o nv e h i c l ec o l l i s i o na c c i d e n ts i m u l a t i o nm e t h o d w i t l lat y p i c a lc a s e ，a p p l yt h es i m u l a t i o n sm e t h o da n dc o m p l e t et h er e s t r u c t i o no ft h ea c c i d e n t b a s e do nt h er e s u l to fs i m u l a t i o n ，a n l y z et h ep r o c e s sa n dt h er e a s o no ft h ea c c i d e n t ，a n db yc h a n g i n gt h ep a r a m e t e r so ft h el o c a t i o n , t h es p e e do fv e h i c l e sa n dp e d e s t r i a n s ，t os i m u l a t e ，i m p r o v es i m u l a t i o na c c u r a c y ，v e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo ft h em e t h o do fa c c i d e n tr e c o n s t r u c t i o n k e yw o r d s ：r o a dt r a f f i ca c c i d e n t s ；a c c i d e n tr e c o n s t r u c t i o n ；v e h i c l e p e d e s t r i a nc o l l i s i o n ；s i m u l a t i o n ；p e d e s t r i a n si n j u r i e s重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：w 乎重庆交通大学学位论文版权使用授权书fc 蛔学位论文作者躲讧孔叽指剥币虢穆7 劾日期：p 咿备i 文月f 文日日期：7 1 , ) 年，z 月，夕日日期：y 阿静i 文月f 姆日期：) 年，z 月，夕日勿移朋铱年签穸师纱狮叨，导期吼玩，艮汨影，：月轹火签，储中文缈做册位期学日第一章绪论第一章绪论1 1 研究背景道路交通事故是世界性的严重社会问题。特别是近几十年来，车辆急剧增加，交通流量增大，车辆与道路比例的严重失调，加之交通管理不善等原因，造成交通事故频繁，伤亡人数增多，已成为世界性的一大公害。美国是世界汽车最为普及的国家，因道路交通事故造成的经济损失也相当惊人，例如美国火灾经济损失只是道路交通事故经济损失的1 3 。日本因道路交通事故造成的经济损失相当于年道路建设投资的一半。与世界各国相比，我国道路交通事故就更为严重，是世界交通事故死亡人数最多的国家。仅2 0 0 8 年，全国共发生道路交通事故2 6 52 0 4 起，造成7 34 8 4 人死亡、3 0 49 1 9 人受伤，直接财产损失1 0 1 亿元，各项指标均居世界各国前列u 1 。严峻的交通事故现实使人们不得不对交通安全状况予以高度重视，并将不断进步的科学技术应用于交通安全研究工作中，使汽车更好地造福于人类。交通事故再现是指在事故发生后，根据事故现场及车辆信息，运用相关理论方法、按照实验数据以及专家经验建立的运动学和动力学模型逆向推算，在时间和空间上重现事故的发生过程，得出车辆碰撞前的相关参数，并进一步分析事故发生的原因心1 。事故再现的目的大致可分为交通安全和事故调查。交通安全可分为预防事故和减轻灾害，基本目的是研究一个具体事故的特殊性，从空间和时间上确定事故发生的每个阶段，并对其进行评价。在事故预防领域，通过事故再现可为交通管理工作和法规建设提供广泛的信息和依据。一般来说，以事故发生相关联的交通环境、驾驶员行为和车辆为中心，限定在事故现场附近，对事故过程进行再现。在减轻人员伤害方面，为揭示乘员发生伤害的机理，事故再现是非常必要的，对于研究乘员的伤害部位和程度、车体的施害部件、安全设施的作用和影响程度，以及事故前后人员的避害措施等对减轻伤害的效果是非常有益的。人车碰撞事故是道路交通事故的主要形式。中国2 0 0 8 年交通事故死亡人数为7 34 8 4 人，其中行人占总数的2 6 左右3 。在欧美及日本等国家人车碰撞事故在交通总数中都占有相当一部分比例。因此，人车碰撞事故已经成为全世界相关研究人员共同关注的问题。行人保护也成为汽车安全研究领域的重要问题之一。精确分析再现行人与汽车相撞事故的特点对于改进汽车车身设计，保护行人安全有重要的意义。行人安全是当今世界汽车交通安全性研究中的一个热点问题h 3 。采用何种措施降低汽车与行人碰撞时对行人产生的伤害在美国、欧洲、日本等国家已受到高度重视，行人数值假人和计算机仿真再现方法在上述世界发达国家得到了广泛的应2第一章绪论用，辅助进行行人安全性研究。在我国，行人安全性研究起步较晚，研究水平较为滞后，对真实事故的研究相对不足。因此，目前在国内展开大量相关行人安全性技术研究，改善汽车的行人安全保护，尽可能减少人车碰撞中的人体伤害和带来的社会损失，降低行人死亡率，是一个较为迫切的问题。汽车与行人碰撞事故中行人致伤原因、损伤类型和分布的研究以及改进汽车安全性、减少人员伤亡是汽车被动安全领域研究的热点和难点之一跚。针对我国道路交通环境和交通模式开展行人碰撞保护研究是目前我国道路车辆交通安全领域急待解决的重要科技问题，也是推动社会进步的一项重要工作。因此行人交通事故的再现研究具有极其重要的研究价值和社会意义。第一，该方法可应用于交通警察和司法鉴定部门的事故鉴定和处理，提高事故鉴定的客观性；第二，可应用于司法机关对交通事故案件的审理，提高案件审理的公正性；第三，可应用于保险公司的车险理赔，提高保险理赔的准确性：第四，可应用于汽车等交通工具制造企业的新产品开发，提高交通工具的安全性；第五，可应用于道路等交通设施的规划和设计，减少发生交通事故的“黑点”；第六，可应用于对各类人员的交通安全培训，提高社会大众的交通安全意识。1 2 国内外研究现状1 2 1 国外研究现状欧美汽车工业发达国家对汽车交通事故中人体损伤生物力学和汽车被动安全技术的研究已有四十多年的历史。澳大利亚的r o b e r t s o n 砸1 等人于6 0 年代中期即开始从事交通事故中行人的安全问题研究。美国和欧盟于7 0 年代中期开始注意到行人的安全问题。从7 0 年代以来，人们使用生物样本、机械假人、以及数学模型开展了多种研究，包括人体的损伤机理、耐受限度、汽车前部结构设计对行人损伤严重程度的影响、损伤防护技术以及安全对策等口叫们。当前汽车与行人相撞事故研究的热点集中在行人损伤机理的研究、损伤评估准则的确定、机械和数学模型的建立、汽车碰撞行人事故调查分析、事故重建以及行人防护措施开发等方面。6 0 年代初，试图通过运动学的角度来探讨人车碰撞事故中人体的在碰撞后的响应和运动情况开始被人们所采纳，并且逐步成为人车事故再现的主流方法和手段。s e v e r y n 和b r i n k 分别在1 9 6 3 年和1 9 6 6 年利用假人开创了人车碰撞事故研究的实验先河。在实验中他们使用了4 1 个假人( 包括儿童假人和成人假人) ，以1 6 6 4 公里d 时不同车速进行了9 组碰撞实验，分别得到了不同的假人抛距。在此基础上，相关学者利用假人或尸体，在不同的碰撞条件下进行了一系列实验。通过将实验所得的数据进行回归拟合，得出相应的经验公式。但是由于实车实验价格昂贵，且汽车材料、设计的更新换代，以往的实验数据往往不能真实的反映第一章绪论3事故车辆的情况。因此，在使用数据拟合的经验公式时结果有所偏差。由于行人的质量与汽车的质量相比较小，碰撞后行人几乎是沿水平被撞出，并沿近似抛物线轨迹落到地面，落地后还可能在地面上滑行一段距离后停止。因此，国外有学者将行人看作一个具有一定高度的质点进行研究，将行人抛出初始速度的估计值近似认为成是汽车碰撞行人的速度。这也构成了人车碰撞事故再现的另一主要方法。由于人体与地面的摩擦系数与很多因素相关，难以确定；车辆外形轮廓对碰撞瞬时人体抛出运动的轨迹和受力情况有较大的影响，因此，利用不同公式计算得出的结论往往差距较大。由于在人车碰撞事故中，玻璃碎片的运动不会受到碰撞对方的大面积遮挡，如果参与事故汽车的碰撞速度与被碰撞破碎玻璃的碎片抛距的定量关系已知，则汽车碰撞速度就可以通过确定的玻璃碎片抛距求出n2 1 引。国外学者根据这一特点，提出了基于玻璃撤落物的人车交通事故再现方法。此方法与前述的实车实验参数拟合、质点抛出模型共同组成了目前国际上人车事故再现的三大方法。实际人车碰撞事故中，由于玻璃碎片颗粒小，颜色不鲜艳等因素，玻璃碎片场的参数在现场勘查时较难准确获取。现代汽车的风挡玻璃基本上均使用p v b 夹层玻璃。此种玻璃在受到冲击时产生的碎片会粘附在中间夹层上不易脱落。因此，此方法的实用性较差。整个人车碰撞分过程可分为碰撞前、中、后三个阶段来研究，本文所指的行人安全研究主要是对碰撞过程中的安全问题的研究，即被动安全。所谓被动安全就是车辆外部结构对行人安全所构成的影响。实验是行人安全研究的主要手段，这里的实验即可以是物理实验，也可以是数值仿真实验。按实验方法区分，行人被动安全研究可分为行人子系统撞击器实验和整体行人碰撞实验。目前的研究主要倾向于利用行人子系统模型进行研究，即用规范的撞击器模拟人体各部位进行试验，并以整体假人碰撞实验为辅。这一方面是因为处于法规制订和汽车制造商的要求，所研究的对象和对应的实验方法不宜过于复杂。事故再现本身也是行人安全研究中及其重要的一环。首先，它强化了行人安全研究的现实意义，采用现代科学的新技术新方法来研究事故产生的原因和减少事故的数量和严重程度是当今交通运输领域中的重要课题。其次，通过一定数量的事故再现，分析行人的受伤机理，提高制定研究方案或实验条件的合理性。再次，可以将获取的事故现场有关信息( 碰撞点、车辆位置、散落物的位置、刹车拖痕等) 作为检验标准，与行人被动安全的研究结果相互验证。为了减少实验开销及其带来的复杂性，不少研究者也用数值仿真的事故再现来验证研究结果的可靠性n 钔。事故再现本身也是行人安全研究中及其重要的一环。4第一章绪论首先，它强化了行人安全研究的现实意义，采用现代科学的新技术新方法来研究事故产生的原因和减少事故的数量和严重程度是当今交通运输领域中的重要课题。其次，通过一定数量的事故再现，分析行人的受伤机理，提高制定研究方案或实验条件的合理性。再次，可以将获取的事故现场有关信息( 碰撞点、车辆位置、散落物的位置、刹车拖痕等) 作为检验标准，与行人被动安全的研究结果相互验证。行人交通事故的数字化重构需要数字化假人模型来模拟行人，假人模型不仅需要能适应人体运动学分析，而且能进行人体损伤分析n 5 1 。因此，数字化假人必须具有很高的计算效率，能适应不同载荷环境，能符合人体的各项生物力学特性，能提供必要的输出作为损伤指标的计算依据。按建模方法分类，数字化假人模型可以分为多刚体模型和有限元模型。多刚体假人模型的主要特征就是用集中质量代替人体的主要环节，通过动力学铰链实现各部分的连接。并且，集中质量上附着描述人体几何外形的椭球面，以模拟人体与周围环境之间的相互作用。为了保证假人的生物逼真性，质量参数、铰链特性和椭球面接触特性都是根据人体生物力学试验获得。多刚体假人具有计算效率高，鲁棒性强，建模简单等优势。经过近3 0 年的不断改进和有效性验证，多刚体假人的建模和应用研究已经趋于成熟，逐渐被人们接受。常见的多刚体假人模型有t n o 假人、j a r i 假人、c h a l m e r s 假人，它们分别是荷兰国家应用科学研究院( n e t h e r l a n d so r g a n i z a t i o nf o ra p p l i e ds c i e n c er e s e a r c h ) 、日本汽车研究所( j a p a na u t o m o b i l e r e s e a r c hi n s t i t u t e ) 和瑞典查尔摩斯科技大学( c h a l m e r su n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y ) 的研究成果。有限元假人模型是利用有限元网格离散人体组织。理论上来说，有限元网格划分得越细，模型考虑得越复杂，假人的计算精度就越高，但是计算的成本也随之增加。比较著名的有限元假人是h u m o s 假人和t h u m s 假人。h u m o s 假人属于欧盟第四框架计划项目“h u m o s 人体有限元模型，该项目于1 9 9 7 年启动，目标是建立通用的有限元人体模型，研究和总结人体几何学、运动学、生物力学等方面的知识以及相应的仿真方法。t h u m s 假人是日本丰田公司开发的有限元假人模型。以上两种模型都属于大规模的有限元模型，包括人体骨骼、肌肉、韧带、皮肤、内脏和脑组织，而且经过严格的实验验证，具有很高逼真度。1 2 2 国内研究现状国内在这方面的研究起步较晚，成果较少。主要的手段为吸收和改进国外现有方法和模型。许洪国教授在b r a u n 和s t r o b l 的基础上建立了玻璃碎片运动的广义模型n 7 1 。该模型所含参数较多，计算难度较大，且模型鲁棒性较低，输入参数第一章绪论5的微小改变容易引起输出结果的巨大改变，因此在实际事故再现研究中更加难以应用。基于行人作为一个非常复杂的动力学结构在人车碰撞事故中直接影响到事故再现分析，国内有关学者利用成熟的商业软件，例如a d a m s 、l s d y n a 进行事故再现研究，取得了一定的效果。但是，由于有限元方法和多刚体建模方法仅对个案有效，没有普适性，且建模所需参数很难准确获取或确定，建模过程复杂，因此只能作为辅助手段进行验证性的研究。为了克服上述缺陷，林庆峰利用国际上成熟的事故再现软件p c c r a s h 对人车碰撞事故进行再现研究n 引。利用p c c r a s h中经过验证的多刚体人体模型和车辆模型，建立虚拟碰撞场，对在不同碰撞条件下的人体抛距进行了深入的研究，提出了新的人体抛距模型。周魏、许骏等根据清华大学事故再现研究室多年事故鉴定的经验，即人车碰撞速度越高，前风挡玻璃损坏的面积越大，通过定义风挡玻璃破碎时的最大半径，根据5 1 起实际人车碰撞事故，建立了风挡玻璃裂纹半径与碰撞车速之间定量关系的模型，并进行了验证n 引。模型的精度受制与样本量的多寡是该模型的一大缺陷。湖南大学的李莉和杨济匡将自建的多刚体行人模型应用于真实案例的事故再现，着重分析了事故过程中的人体各部分的动力学响应。上海交通大学申杰、郭磊等人则将t n o 行人生物力学整体假人应用于事故再现，从运动分析和人体损伤的角度重构事故全过程心u 。综上所述，丰富的实车实验数据，完善的交通事故深入数据调查手段和数据资源以及深入的多学科交叉研究使得国外在该领域的研究仍然处于领先地位。主流的人车碰撞事故再现方法均由国外提出。尽管如此，在面临汽车技术不断发展的情况下，传统的再现方法遇到了一些新的问题，使得其应用范围受到了明显的限制；而新的、突破性的再现方法和手段仍然没有出现，更加加剧了人车交通事故再现研究手段的单一和缺失。相比较车辆之间的交通事故再现来说，人车碰撞事故的研究更显复杂和急迫。从已有的研究成果看，常用的动量冲量方法和变形能量方法不适合人车碰撞事故再现，基于多刚体动力学仿真的事故再现方法已逐渐为人们所接受，并且行人抛距和人体损伤成为主要的再现依据。目前，对人车碰撞事故再现方法的研究主要面临以下问题：( 1 ) 事故再现方法受限于建模技术，简单的多刚体假人和车辆模型不能满足对于人体损伤的计算要求，需要将建模技术由单纯的多刚体模型向多刚体与有限元相结合的模型过渡；( 2 ) 人车碰撞事故涉及车辆运动轨迹、行人抛距、人体损伤等多方面已知的事故信息。随着计算能力以及信息采集能力的提高，为了提高准确性，需要同时将6第一章绪论各类信息作为事故再现依据，采用多信息融合的方法进行事故再现；( 3 ) 目前，大多数人车碰撞事故再现仍旧是靠人工操作来完成迭代过程。为了进一步提高事故再现的效率，如何利用先进的优化算法和程序来减少循环次数和人工干预已经成为急需解决的问题。1 3 论文的研究目的和意义根据现有的理论与实践成果，利用道路交通事故再现软件p c c r a s h ，建立汽车与行人模型，对不同碰撞环境下汽车与行人的不同行为参数进行设置，仿真再现事故发生的过程，还原事故发生的初始状态，分析各种因素对事故再现的影响，包括驾驶员与行人的生理反应等。通过国内外研究现状的分析，说明目前对人车碰撞事故再现的研究还处于一个规律性的研究阶段，对很多不可确定的因素尚缺乏详细的分析，如何利用事故现场各种信息更快更精确的再现事故过程是迫切需要解决的问题。所以，利用p c c r a s h 软件对各种不同情况下汽车与行人的碰撞过程进行仿真分析，采用正推法总结规律，对前人的经验公式进行补充，采用反推法快速筛选事故信息，还原事故发生过程。对分析人车碰撞事故再现有重要的理论和实际意义。1 4 论文的研究内容实际的交通事故是一个非常复杂的过程，它的过程很短暂，一般只有几秒的时间。在短暂的时间内，车速发生极大的变化，人体和车身都有可能受到很大的冲击力，要完整再现整个交通事故的过程非常困难，建立准确的碰撞事故模型至关重要。碰撞是车速发生剧烈变化的过程，事故再现根据事故现场遗留的刹车痕迹、变形、人体损伤等基本信息利用数值模拟的方法推断出碰撞初始时刻的车速、行人及成员方位姿态和碰撞发生的过程。研究的对象确定为交通事故中的人车碰撞再现研究。根据本文的研究对象和交通事故的特点可以确定本文的主要研究内容：( 1 ) 通过交通事故数据的采集分析，研究汽车与行人碰撞事故的特点，对行人运动特点和事故中行人的致伤机理与评价指标进行分析。( 2 ) 分析汽车与行人碰撞事故再现的内容，以及汽车与行人碰撞事故再现的主要方法和力学原理，研究分析p c c r a s h 软件中的碰撞理论和事故再现原理，确定适用于汽车与行人交通事故再现的车辆和人体多刚体模型及碰撞模型。( 3 ) 建立汽车与行人碰撞事故的仿真模型，分析了行人的碰撞运动轨迹和其抛距模型，通过调整车辆的各项参数进行仿真分析，确定影响行人损伤严重程度的关键因素。第一章绪论7( 4 ) 利用p c - c r a s h 进行汽车与行人的碰撞仿真研究，结合典型的案例，对仿真方法进行了实际运用，完成了事故过程再现；根据仿真结果分析事故过程及事故发生原因，并通过改变车辆及行人的位置速度等参数，进行仿真试验，总结碰撞的特点规律。8第二章汽车与行人碰撞事故特点研究第二章汽车与行人碰撞事故特点研究据北京市公安交通管理局科研所统计分析，国外交通事故大多以车碰车事故为主，而中国车撞入的事故却非常多。碰撞试验数据显示当汽车行驶速度在2 0 k m h时将行人撞死的几率是1 0 ，4 0 k m h 时超过3 0 9 6 ，6 0 k m h 时超过9 0 ，8 0 k m h 时达到1 0 0 物。数据显示，中国道路交通事故最严峻的时候是2 0 0 2 、2 0 0 3 和2 0 0 4 年，这3 年中每年的死亡人数部都过1 0 万人。从2 0 0 5 年开始这一现象得到缓解。道路交通事故死亡人数呈逐渐下降的趋势，这是各方努力的结果，但是行人占总死亡人数的比例始终高居2 6 左右，没有任何明显下降趋势，所以行人保护任重道远。全舒死亡人数行人死亡人数一- ，_ 一ilillliffll 卵81 9 2 0 0 02 0 0 12 0 0 2 2 0 0 32 0 0 , 12 0 0 52 0 2 0 0 72 0 图2 11 9 9 8 - 2 0 0 8 年中国交通事故死亡人数统计( 单位：人)2 1 汽车与行人碰撞事故流行病学特征交通事故损伤流行病学是应用流行病学的原理和方法，从人群的角度来研究道路交通事故中损伤发生的特点及其危害程度和危险因素的分析，提出合理的防范对策和措施嚣剥。对于本论文的研究，研究汽车与行人碰撞事故流行病学特征是指通过人体损伤的统计学规律，寻找人车碰撞事故的发生规律，分析不同因素对行人运动和人体损伤的影响，明确相关研究的发展重点，从而为事故再现和假入建模提供依据。由此可见，流行病学研究的基础是对于事故数据的调查与分析，这些数据大都来自交通管理部门、事故鉴定中心、医院等权威机构。2 1 1 国外汽车与行人碰撞事故流行病学特征由于各国国情不同，不同国家的人车碰撞事故的流行病学特征也有较大差异。一一一一一一。第二章汽车与行人碰撞事故特点研究9在已经高度机动车化的发达国家，如美国、日本、欧洲等，轿车是主要的肇事车辆，其次是l t v ( 1 i g h tt r u c ka n dv a n ) 、大货车和大客车乜引。由车头外形和结构强度的区别，与不同车型碰撞引起的行人损伤程度也不同。l e f l e 啪3 等根据上世纪末美国交通事故数据，统计出了不同车型的行人死亡事故发生率，如图2 2 所示。p m l e 吐r i mf 破l l i t i 酷1 0 0 0 憎吐c 1 一e d e s t r i 姐坤a c t图2 2 不同车型的每千起事故的行人死亡数相应地，不同车型引起的行人损伤形式也有所不同。l o n g h i t a n o 等将人体分为头颈部、躯干部和下肢三个部分，以损伤程度大于a i s3 ( 相当于重伤) 为统计界限，对美国行人事故数据库p c d s ( p e d e s t r i a nc r a s hd a t as t u d y ) 进行研究后发现：这三处部位均为较易受伤部位，其中头部损伤最常见且最为致命。相对轿车而言，平头的l t v 更容易造成胸部重伤，而造成下肢重伤的几率略小，具体可详见图2 3 。8 0笔6 0褂基4 0蚁2 0头部胸鄙下胶图2 3 不同车型的 i s3 + 行人损伤分布1 0第二章汽车与行人碰撞事故特点研究除了对车型对人体损伤的研究以外，行人的伤情严重程度主要与碰撞速度有关，事故分析表明有7 0 的驾驶员在碰撞前采取了制动行为，9 5 的行人事故碰撞时速度不超过5 0 k m h ，并且当碰撞速度低于2 5 k m h 时，行人通常只是受到轻微伤害，碰撞速度介于2 5 k m h 一5 5 k m h 之间时，行人受到严重伤害的机率呈上升趋势，当碰撞速度超过5 5 k m h 则常造成行人死亡，数据见图2 4 。51 0 1 52 0 2 53 03 5 4 0 4 5 5 05 5 6 0 6 57 07 5 8 0碰撞速度( k 孤1 9图2 4 碰撞速度与伤情严重程度o t t e 1 等人对碰撞行人的受伤部位分析后指出，8 0 - 9 0 的事故车辆撞在行人侧面，行人的头和下肢是最容易受到伤害的部位。行人致伤原因以及致伤机理比较复杂，原因在于发生碰撞时，行人不但与车体发生第一次碰撞，还将与路面发生第二次碰撞，造成行人死亡或严重伤害的主要原因是行人与车体的第一次碰撞，行人与地面的第二次碰撞有可能造成行人身体的严重伤害，主要取决于行人的身体与地面发生碰撞时身体的接触部位以及碰撞速度的大小。国外学者还对人车碰撞事故中的一些细节情况的进行了统计。7 2 的行人死亡事故发生在人行横道，1 4 发生在车行道。在事发当时，行人处于行走状态的情况占4 9 ，奔跑状态占4 3 ，静止状态占3 6 ，行人右侧朝向汽车的情况占5 7 ，左侧朝向汽车占3 5 ，背向汽车占1 8 ，面向汽车的占o 6 啪1 。2 1 2 国内汽车与行人碰撞事故流行病学特征根据一份调查显示啪1 ，2 0 0 7 年，重庆市公安机关交通管理部门共受理按一般程序处理的道路交通事故82 3 6 起，造成l2 1 8 人死亡，1 18 9 3 人受伤，直接财产损失13 2 0 8 4 万元，同比分别下降8 6 ，6 5 ，1 6 ，2 5 8 ，万车死亡率8 4 7 ，同比下降1 2 8 个万分点，十万人口死亡率4 3 4 ，同比下降0 3 0 个十万分点。其中，发生一次死亡3 人以上特大道路交通事故3 0 起，造成1 4 2 人死亡，1 4 5b76543210一巾一藏辖姗、，牡第二章汽车与行人碰撞事故特点研究人受伤，直接财产损失5 6 3 万元，同比分别下降1 8 9 2 9 6 ，2 1 1 1 ，2 7 5 0 ，1 0 9 2 ；发生一次死亡5 人以上特大道路交通事故7 起，造成6 6 人死亡，3 9 人受伤，直接财产损失2 9 7 万元，同比分别下降1 2 5 0 ，2 2 3 5 ，5 6 6 7 ，5 1 1 ；发生一次死亡1 0 人以上特大道路交通事故1 起，造成2 6 人死亡，6 人受伤，同比分别下降6 6 6 7 ，5 3 5 7 ，8 1 8 2 。在这些有行人伤害的道路交通事故中，根据不同人群的事故情况作如下分类：( 1 ) 不同性别人群事故情况表2 1 不同性别人群事故情况事故次数死亡人数受伤人数直接财产损失( 万元)男性责任者79 0 911 8 61 14 5 512 7 4 4 8女性责任者3 2 73 24 3 84 6 3 6合计82 3 612 1 81 18 9 313 2 0 8 4( 2 ) 不同类型的人群事故情况农民是在各种人群中事故发生率，死亡率和受伤率最高的，2 0 0 7 年农民共发生交通事故25 0 8 起，占事故总起数的3 0 4 5 ，死亡3 6 7 人，占总死亡人数的3 0 1 1 ，受伤36 7 0 人，占总受伤人数的3 0 8 6 ：其次是自主经营者，共发生事故l4 3 1 起，占事故总起数的1 7 3 8 ，死亡2 4 8 人，占总死亡人数的2 0 3 4 ，受伤21 6 8 人，占总受伤人数的1 8 2 3 ；再次是工人，共发生事故11 8 4 起，占事故总起数的1 4 3 8 ，死亡1 5 2 人，占总死亡人数的1 2 4 6 ，受伤15 6 2 人，占总受伤人数的1 3 1 3 。( 3 ) 不同驾龄的驾车人事故情况从不同驾龄的驾车人( 每5 年为一个间隔周期) 肇事情况来看，5 年以内驾车人事故发生率和致人死亡率最高，分别占总数的5 4 8 9 和5 0 8 9 ，同时随着驾龄的增长，事故发生率呈下降趋势。分析驾龄在5 年以内的驾车人肇事情况，1 年以内驾龄的驾车人事故发生率最高，共发生事故8 9 6 起，造成1 2 0 人死亡，13 3 3 人受伤，分别占持证驾驶人发生事故总数的1 4 6 0 ，1 4 1 7 和1 5 0 1 。( 4 ) 不同年龄段人群事故情从不同年龄段来看，2 6 - 4 5 岁这个年龄段的人群事故发生率最高，共发生事故58 5 9 起，死亡8 7 4 人，受伤84 8 9 人，分别占总数的7 1 1 4 ，7 1 7 7 和7 1 3 8 。相对上述年龄的人群，学龄前儿童和小学生事故发生率较低，其中，1 - 6 岁的学龄前儿童共发生事故9 起，造成4 人死亡，6 人受伤，分别占事故总数的0 1 1 ，0 3 6 ，0 0 5 ；7 1 2 岁的小学生发生事故1 1 起，造成3 人死亡，1 1 人受伤，分别占事故1 2第二章汽车与行人碰撞事故特点研究总数的0 1 4 ，0 2 7 和0 0 9 。另有一项重庆市第三军医大学的调查鼯，随机选择重庆市所辖市区和近郊交通警察大队各2 个、郊区县和高等级公路交通警察大队各1 个，对1 9 8 8 , - - - , 1 9 9 7 年间的交通事故档案资料进行了回顾性的调查和分析。对行人伤害部位的情况进行了详细的统计和分析。在所调查的1 67 9 5 例交通事故中，共造成行人37 3 5 人伤亡，占本组交通事故总伤亡人数的4 4 0 ，高于乘客和司机伤亡人数。其中，行人死亡数和重伤数分别为6 0 3 人和11 5 9 人，分别占本组交通伤总死亡人数和总重伤人数的5 9 1 和5 6 4 ，其中男性占6 1 4 ( 22 9 2 37 3 5 ) 。导致行人伤亡的主要事故原因为：( 1 ) 措施不当3 4 9 ( 13 0 4 例) ；( 2 ) 违章穿行车道2 5 0 ( 9 3 4 例) ；( 3 ) 疏忽大意8 6 ( 3 2 1 例) ；( 4 ) 超速行驶6 5 ( 2 4 3 例) ：( 5 ) 判断错误3 6 ( 1 3 4 例) ；( 6 ) 不靠边，不走人行道2 3 ( 8 6 例) ；( 7 ) 违章超车2 1 ( 7 8 例) ；( 8 ) 不按规定让行2 1 ( 7 7 例) ；( 9 ) 制动不良1 6 ( 6 0 例) ；( 1 0 ) 违章占道行驶1 1 ( 4 1 例) 。各地区均以违章穿行车道、措施不当和疏忽大意等原因为主。在这些行人交通事故中，8 3 0 9 6 发生于无行人隔栏的路段，行人横穿公路占7 1 4 ，在路边玩耍占1 1 0 ，在车道上行走占8 6 。事故发生时，行人处在路中间占7 8 7 、在便道或绿化带的占1 1 1 、在人行横道的占3 8 。6 3 5 伤亡学生是在上学或放学的路上。在有详细年龄记录的35 5 2 例伤亡行人中，市区和城乡结合部的伤亡者年龄段主要集中在6 0 岁以上、1 8 - - - - 3 0 岁和3 1 - - , 4 0 岁；郊县地区在6 0 岁以上、6 1 7 岁、 6岁；高等级公路在1 8 , - - - 3 0 岁、6 0 岁以上和5 1 6 0 岁。在6 3 6 例死亡行人中，市区和城乡结合部主要集中在6 0 岁以上、3 1 - - - 4 0 岁和1 8 3 0 岁；郊县地区在 6 0 岁和6 - - 1 7 岁；高等级公路为3 1 4 0 岁、5 1 - - - 6 0 岁和 6 0 岁者。在本组有受伤部位记录者中，多发伤和单一部位伤分别占4 3 8 ( 20 9 4 47 8 5 ) 和5 6 2 ( 26 9 1 47 8 5 ) ；在死亡行人中分别为5 1 6 ( 3 4 4 6 6 6 ) 和4 8 4 ( 3 2 2 6 6 6 ) ；在重伤行人中分别为5 1 - 4 ( 12 1 8 23 7 0 ) 和4 8 6 ( 11 5 2 23 7 0 ) 。本组事故数据中头部伤比例最高，占4 4 5 ( 21 6 8 48 7 2 ) ，其中市区的达第二章汽车与行人碰撞事故特点研究1 34 8 3 ( 8 6 0 17 8 0 ) ，高等级路次之，城乡结合部最低，但也达4 2 3 ( 10 3 9 24 5 8 ) 。其他受伤部位依次为：下肢伤、胸背部伤、腹腰部伤、体表伤、上肢伤和面部伤( 见表2 2 ) 。在死亡行人中，头部伤的比例更高达7 1 6 ( 4 9 1 6 8 6 ) ，其中高等级路段为9 1 7 ( 2 2 2 4 ) 、市区为8 0 6 ( 1 8 3 2 2 7 ) 、郊县地区为7 6 9 ( 6 8 ) 、城郊结合地区为6 5 6 ( 2 8 0 4 2 7 ) ；胸背部伤和腰腹部伤分别列损伤的第2 、3 位( 见表2 3 ) 。在重伤行人中，头部伤比例最高( 4 4 o ) ( 10 6 1 24 0 9 ) ，下肢伤次之( 见表2 3 ) 。从本组行人交通伤伤处位于身体左、右侧的比例为1 2 0 , - - 1 3 2 ：1 。表2 2 各地区伤亡行人伤部的分布情况受伤部位比例( )伤情头部下肢胸背腰腹体表上肢面部市区4 8 32 2 82 0 21 3 31 1 51 1 91 1 1城乡结合部4 2 32 2 31 7 61 1 61 1 21 0 81 0 7郊县4 2 42 2 01 3 41 6 o2 1 51 4 51 4 3高等级公路4 2 52 1 81 6 86 20 66 76 2总计4 4 52 2 41 8 11 2 41 1 91 1 41 1 o表2 3 重伤与死亡行人伤部的分布情况受伤部位比例( )伤情头部下肢胸背腰腹体表上肢面部重伤4 4 02 6 11 9 31 5 76 11 2 71 1 1死亡7 1 69 83 3 41 5 92 36 41 4 3总计4 4 52 2 41 8 11 2 41 1 91 1 41 1 0在伤亡行人中，老年人和青少年人年占比重较大，这与老年人反应和行动缓慢、青少年缺乏交通安全意识等有关。而高速路伤亡多因当地农民和居民无视交通法规，违章穿越高等级公路或在高等级公路上行走所致，故合理解决高等级公路两旁农民和居民穿越高等级公路的困难，也是亟待解决的问题。此外，加强公民交通安全教育，提高全民安全素质是一个急需解决的问题。在本组行人交通伤中，头部伤发生率最高，这与行人受撞击后摔倒有关；而紧随其后的是下肢损伤，多因车辆直接撞击所致。在本组死亡行人中，头部伤比例最高，高等级路段达9 1 7 ，其它地区也在8 0 6 一- 6 5 6 之间，头部创伤是行人交通伤的最主要死亡原因；胸背部和腹腰部伤分列本组死亡原因的第2 、3 位，这是因为胸腹腔脏器的损伤，常可导致人体失血性休克、呼吸循环功能障碍，可加速伤1 4第二章汽车与行人碰撞事故特点研究员的死亡，也是行人交通伤死亡的主要原因之一。本组多发伤发生率较高，在死亡者和重伤者中分别达5 1 6 和5 1 4 ，多发伤将使救治难度明显增加。由于受伤部位记录都是在受伤现场由非医学专业人员叙述、记录的，故实际上本组多发伤的比例可能会比现有数据高。2 2 汽车与行人碰撞事故特点分析2 2 1 行人交通的特点行人在道路上步行通常带有个人的主观随意性，凭自己的意志，选择自认为能到达其目的的道路、方向和速度：步行时一种“柔性交通，他可以自由选择步行的方向、路线。对于不同对象的人群，有其各自不同的交通特点船：( 1 ) 儿童的交通特点儿童活泼好动、反应敏捷、动作迅速，但是缺少安全意识，不易控制自己而又缺乏生活经验，不懂交通规则。因此，儿童经常在公路上玩耍，对危险的应变意识差。儿童在交通事故中的伤亡，主要是突然跳出，驾驶员来不及避让，刹车也为时已晚，以致冲撞或碾压，这类事故被称作“跳出事故。( 2 ) 老年人的交通特点老年人通常视力不好，耳