行人与车辆碰撞过程中的头部伤害分析

1、行人与车辆碰撞及头部伤害分析乔维高（1 武汉理工大学，武汉，430070）摘要本文首先对我国南部某地区的行人与车辆碰撞的事故进行了分析，得出人与车辆碰撞典型事故形态的影响因素，并着重分析了碰撞时行人头部伤害的机理和原因，从而为行人与车辆碰撞机理的进一步研究和行人保护措施的研究提供了一定的依据。关键词行人，车辆，碰撞，伤害Study of Vehicle-Pedestrian Collisions and Head InjuryQiao Weigao(1- Wuhan University of Technology,Wuhan,430070)Abstract This paper Firstl

2、y analyses the accident characteristics of Vehicle-Pedestrian collisions from South Area in our country, and gets effecting factors of Vehicle-Pedestrian collisions and pedestrian head injurys mechanism and reasons in Vehicle-Pedestrian Collisions. It will provide the theoretical basis for the studi

3、es of Vehicle-Pedestrian Collisions mechanism and pedestrians protecting methods.Key words vehicle, pedestrian, collision, injury1 概述全世界汽车保有量约6亿多辆，我国仅占1.6%，而每年死于交通事故的人数却占全世界的1/9。2000年，我国公安交通管理部门共受理道路交通事故近61.7万起，其中有9.3万多人死亡, 41.9万多人受伤, 直接经济损失达26亿多元。根据对19902000年我国与美国、日本、德国、英国、法国交通事故万车死亡率比较，发达国家汽车保有量在逐

4、年增加，而交通事故死亡人数却逐年减少，万车死亡率很低（大约在1.53.5之间）。与发达国家相比，我国交通事故死亡人数也在同步增加，死亡率是发达国家死亡率的几十倍，成为世界交通事故死亡人数最多的国家。在汽车与行人的碰撞中，行人受到的伤害程度决定于车辆的形状、碰撞接触的位置和速度，其中车身形状将是决定受伤严重程度的主要因素。国外一些文献讨论过轿车外形和保险杠高度，保险杠型和发动机罩边缘高度在碰撞中对行人伤害的作用效果。但是，微型型货车和SUV（运动型多用途车）的数量正在增加，而针对这些类型车对于行人的行为和身体各个部分受到伤害的风险性并未作出评估。为了对身体各个部分受到伤害的危险性进行评估，常采用

5、碰撞分系统测试来执行评估。欧洲汽车试验委员会（EEVC）建议采用三个分系统测试：头部与发动机罩端的碰撞，腿部与保险杠的撞击，腿上部与发动机罩前端边缘的碰撞。国际标准组织也作出了类似的分系统测试标准。2 行人与车辆碰撞事故分析我们调查行人与车辆的碰撞时采用我国南部某省19962000年的交通事故数据库。在这个数据库里选取了237例行人与车辆碰撞死亡事故。21 车型和行人伤害从这237例汽车撞行人的事故中，30人（12.7%）与大型汽车相撞，59人（25%）与中型汽车相撞，43人（18.2%）与轻型汽车相撞，48人（20.3%）与轿车相撞，33人（14%）与微型汽车相撞。其行人死亡数与车型的关系如

6、图1所示。 图1 行人死亡数与车型的关系22 事故形态与行人伤害行人死亡数与事故形态的关系如图2所示。在这237例事故中，行人与车辆正面碰撞占169例（71.3%），侧面碰撞占28例（11.8%），碾压占34例（14.3%），对向挂擦占3例（1.3%），其它占3例（1.3%）。由此可知，行人死亡大多是由于与汽车发生正面碰撞，即行人与汽车产生正面碰撞时的伤害程度最大。 图2 行人死亡数与事故形态的关系23 碰撞部位与行人伤害行人死亡数与碰撞部位的关系如图3所示。在这237例事故中，行人遭受车辆撞击部位，头部155例（占65.4%），颈部1例（占0.4%），胸部45例（占19.0%），腹部11例（

7、占4.6%），脊椎3例（占1.3%），下肢3例（占1.3%），多部位19例（占8.0%），。由此可知，行人受到撞击后死亡大多是由于头部受到严重的撞击。图3 行人死亡数与碰撞部位的关系24 事故中行人的年龄结构行人死亡数与行人的年龄结构的关系如图4所示。在这237例被撞致死的行人中，6岁以下35例（占14.8%），7岁17岁17例（占7.2%），18岁30岁44例（占18.6%），31岁40岁24例（占10.1%），4150岁26例（占11.0%），5160岁29例（占12.2%），6170岁37例（占15.6%），70岁以上24例（占10.5%）。由此可知，行人死亡比例较大的有以下三类年龄档：

8、一是血气方刚的年轻人。他们正处于生命力旺盛时期，精力充沛，感知敏锐，应变适应能力强。但他们好胜心强，不甘示弱，有人故意不遵守交通规则，在车辆临近时，敢于“以身拭法”地勇敢横穿；有的在公路上并排行走，听见车辆行驶声和喇叭声也满不在乎。二是腿脚不灵便的老年人。由于老年人视力差，耳朵不灵，动作迟缓，反应迟钝，常不能正确地估计车速和自己横穿道路的速度，准备横穿时又犹豫不决，有时行至路中间见到有车又突然退回。有的因年老体弱、眼花、耳聋而不能发现来车，不知躲避，有的因腿脚不灵躲闪不及而酿成交通事故。老年人交通事故大多发生在横穿道路时，据统计分析，60岁以上老年人在人行横道上等待横穿道路的时间平均为29秒，

9、比1319岁的青少年的24秒要长。三是稚气未脱的学生和小孩。少年儿童天真、活泼、好动、反应敏捷、动作迅速，但缺乏生活经验，不懂交通规则，缺少交通安全常识，不太了解机动车和非机动车的性能及机动车对人的危险性，对复杂的交通环境应变、适应能力差。故常在公路上玩耍、打闹、追逐、玩滑轮车、学骑自行车，甚至在上坡时爬车、吊车。玩耍遇车临近身边时，一阵乱跑，顾前不顾后。据统计分析，少年儿童在交通事故中伤亡，主要不是横穿道路，而是突然跳出，跑到道路上，再就是在汽车前后突然穿越。 图4 事故中死亡行人的年龄结构25 事故中行人的职业结构行人死亡数与行人的职业结构的关系如图5所示。在这237例被撞致死的行人中，绝

10、大多数是农民，有128例，占54%，其次是儿童共41例，占17.3%，再就是工人和民工，分别为25例（占10.6%）和20例（占8.4%）。 图5 事故中行人的职业结构3 行人与车辆碰撞时头部伤害分析头部的伤害会产生严重的后果，并且头部伤害后不能得到完全的恢复。因此，对头部伤害危险性进行评估是非常重要的。EEVC规定头部碰撞测试在车速为40km/h时发动机罩端的边缘距离为1500mm和2100mm。大多数轿车有一个垂直的前脸和较长的发动机罩。由于现代轿车变得越来越小而且发动机罩变得小而陡，在实际交通事故中头部碰撞的位置已从发动机罩转到挡风玻璃上。因此，这就表明头部受伤害风险的测试点应集中在挡风

11、玻璃的碰撞点上或其周围。31 车辆类型和行人伤害表1总结了相关不同的车型在40km/h的冲击速度下多种伤害参数的平均值。在微型厢式车和轻型货车的模型仿真中，风档玻璃边框是行人头部的紧密接触部位，而这一部位的刚度要比风档玻璃中部或发动机盖顶要高些。所以对头部更高的危险性可以从高的HIC值看出来。而且，大的发动机盖倾角导致行人的胸部和骨盆直接受冲击，使得行人身体这一部分的伤害程度高于轿车相应状况，轿车状况是行人这一部位明显沿发动机盖顶作“滑移”运动。根据大腿受到的冲击力和膝关节受伤危险性，表中对不同车型引起的下肢受伤危险性进行了比较。通常，行人与微型厢式车或轻型货车相撞时，下肢更易受到伤害。在行人

12、交通事故中可发现相似的结果。表1 40km/h下不同车型引起的伤害参数的比较伤 害 参 数车 型大轿车小轿车微型厢式车货车HIC89051412611317胸腔acc.(3ms-g)24274559骨盆受冲击力(kN)52.86.77.3大腿受冲击力(kN)6.73.65.86.2膝关节侧向弯曲角度(deg)25122020膝关节侧向错位(mm)5.18.65.05.0小型车辆由于其速度高，对行人的伤害相应较大。日本规定微型汽车的标准由车辆大小和发动机排量组成：宽度小于1.48米，长度小于3.4米，发动机排量小于0.66升。在研究中汽车的大小是根据发动机排量来衡量的（小型车的排量小于1.5升，

13、中型车的排量介于1.5-2.0升，大型车的排量大于等于2.0升）。比较一下两种不同级别外型的车辆对人伤害的危险大小，扁平型车和微型货车。为了减小行人高度和车辆行驶速度对撞击试验的影响，事故数据限制为车辆行驶速度低于40km/h，行人年龄高于13岁。采用这种方法可以更加逼真的模拟汽车行人碰撞。成人头部儿童头部臀部腿部 图6 行人与轿车碰撞示意图对于所有的车型而言，头部都是身体中首要的部分。一般行人与普通轿车相撞时，头部与轿车挡风玻璃前的发动机罩上，腿则与保险杠相撞，如图6所示。由于头部和胸部的伤害造成的事故中，微型货车是短平头式轿车的两倍。在严重的伤害事故中，由微型货车引起的对头部和胸部造成致命

14、伤害从而导致死亡的数字要比短头式轿车更高。因此微型货车的前部具有很多的伤害性部件，对腿部产生严重伤害的可能性非常高。行人与微型货车碰撞后头部的伤害程度比与其他的短平头式轿车碰撞的程度更高。微型货车由于它的发动机罩边缘的高度和它高大坚硬的车身，所以对行人的头部和胸部有着较高的伤害性。因为车身前部形状会影响行人身体伤害区域的分布，所以改善车辆的外形能够有效地为行人提供保护。32 碰撞速度和行人伤害如图7所示为短平头式轿车和微型货车不同碰撞速度时行人伤害积累分布曲线的比较图。当与短平头式轿车碰撞后，碰撞速度的累积频率中有50%是关于40km/h造成的严重伤害和25km/h造成的轻微伤害。对于微型货车

15、而言，造成严重伤害的车速在25KM/H，造成轻微伤害的速度在15km/h。在两种相同水平伤害上微型货车的碰撞速度的50%累积频率比短平头式车的要低很多。这些结果证实，即使碰撞速度比短平头式车的低，当行人与微型货车碰撞时受到严重伤害的危险率也非常高。(a)(b)图7 碰撞速度伤害积累分布曲线的比较(a)短平头式轿车; (b)微型货车33头部碰撞位置微型货车和短平头式车在车辆上头部碰撞的位置经过分析，结果显示各种各样车辆前部形状在头部碰撞时的效果和行人头部伤害的隐性伤害危险。头部与车身的碰撞是最主要的，暂不考虑头部与地面的碰撞。在行人与短平头式车辆的碰撞中，头部最经常的碰撞位置是挡风玻璃的下部及其

16、附近，如挡风玻璃架罩和A柱。为了保护行人的安全，以上这些区域的形状及材料都应当得到改善。另外，这样的事故经常发生在行人与轿车上。至于行人与微型货车的碰撞，头部撞击到风窗架的几率是很高的。34行人被卷挂的距离行人被车辆撞击后会被卷挂在车辆的前部。因此头部碰撞的位置采用被卷的距离来测算，长度是沿着车辆前部的侧面从地面到头部碰撞位置的距离。被卷的距离与行人的站立高度有密切的关系，图8显示了两种车型中行人高度与被卷的距离值的关系。被卷的距离随着行人高度的增加而增加，当行人与短平头式车碰撞时的被卷的距离值更高，而微型货车被卷的距离值与行人的高度近似相等。 图8 行人高度与被卷挂距离的关系35 头部伤害及

17、其原因根据统计头部伤害的数据发现，挡风玻璃支架和A柱对头部有很大的伤害率（17%），发动机的伤害率(11%)，挡泥板的伤害率(6%)。在轻微伤害中，风窗的伤害率是汽车的所有部件对行人伤害率最高的（达32%）。风窗导致头部的严重伤害的原因是其碰撞位置都很接近风窗的外沿骨架；A柱、发动机罩和挡泥板也会造成严重的头部伤害。这样，为了减轻对头部的伤害，车身部分如A柱、发动机罩和挡泥板都应加以改善。另一方面与地面撞击而导致的严重伤害占所有原因的17%，并且表明头部的接触位置有较高的伤害几率。在次要的伤害中，地面碰撞是主要的原因（41%）。预防头部伤害的措施由于地面的原因很难实施，所以大部分的行人保护措施

18、只有在汽车上实施。至于微型货车，在车辆导致的头部碰撞中有10种严重伤害，8种次要伤害。风窗是导致次要伤害的最主要的原因。而且，地面碰撞包括两种（17%）严重伤害，和五种（38%）次要伤害。对于微型货车，应当考虑修改车辆的前部结构和材料，从而提高对行人的保护能力。实际事故中行人头部伤害各种各样，大脑受损是头部受严重伤害的主要原因。另一方面，在次要的伤害中挫伤和撕裂伤的百分比也是很高，尤其在与风挡的接触中，除了与风挡骨架碰撞外，挫伤和撕裂伤是主要的。颅骨的破裂经常发生在行人与车辆坚硬部分碰撞时，例如，汽车前部的A柱和风挡骨架甚至路面。36 伤害实例分析一些典型事故中行人头部与不同的车身位置接触所产

19、生的伤害程度是不同的。以下是三个行人与车辆碰撞事故，碰撞位置是风挡、风挡下部位置和A柱。一个行人（男性，27岁，身高1.68米）被一辆微型货车以64公里每小时的时速撞击。他的头撞在风挡上。身体撞在汽车前花脸壳处, 形成颅脑严重伤害。一个行人（女性，62岁，身高1.52米）被一辆短平头式轿车以35公里每小时的速度撞击。她的头部撞击在靠近风挡支架附近的挡风玻璃上。这种蜘蛛网似裂痕的区域比在挡风玻璃的中央时要小。这个事故中挡风玻璃的薄片很小只有10毫米，车辆吸收的撞击能量也很小。因此这个行人承受了严重的伤害，包括视网膜出血、撕裂伤等。一个行人（男性，32岁，身高1.62米）被一辆短平头式轿车以55公

20、里的时速撞击，头部撞击在A柱和挡风玻璃上，头部在A柱的撞击深度很小，只有5毫米。他承受了巨大的损伤。这些事故表明头部受损的程度取决于头部与车辆接触的部分的硬度。当头部与挡风玻璃接触时的受损程度较低，然而当碰撞位置靠近风挡的支架或A柱时，则可能会发生严重的伤害。4结论从事故分析中可发现，影响行人与汽车碰撞事故的死亡人数的因素有：汽车车型、事故形态、行人年龄、职业、碰撞速度、碰撞位置等。行人与短平头式汽车相撞时，腿更易受到伤害。在与微型货车相撞时，行人头部易受致命伤害。微型货车比短平头式车对人的伤害更大。这是因为微型货车与人相撞时，行人的头部更易撞到风挡支架或A柱上，风挡中心对人的伤害很少形成致命伤。因此，在车辆行人的撞击中，行人所受伤害的过程和严重性都取决于车辆前部的外部形状。事故分析和多媒体模拟仿真表明，当行人腿低于轿车发动机罩时，微型厢式货车对行人头部造成伤害的危险性是较高的。在微型厢式货车与行人的撞击中，行人头部将很大程度上受到来自于坚硬构件的撞击，例如车辆的风挡骨架等。当行人受到短发动机罩轿车的撞击时，他们的头部撞进风挡或撞在它的周围。头部受到如此冲击而导致受伤的危险性是可以通过头部碰撞模拟仿真试验来检验。参考文献1J.S.Wismans. Injury Biomechanics. Pri