汽車-摩托車碰撞交通事故再現(xiàn)研究

摩托車事故研究是道路交通事故研究的一個(gè)分支，本文以提高碰撞事故中行人安全性為目的，基于多剛體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件PC-Crash建立車-人碰撞事故再現(xiàn)模型。對(duì)車-人碰撞事故的隨機(jī)因素進(jìn)行大量的數(shù)字化仿真，得出不同碰撞速度、撞擊前后行人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等，行人身體將遭受不同的碰撞作用，從而產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)行為和損傷。根據(jù)碰撞后行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及相應(yīng)的參數(shù)，分析出事故發(fā)生后人體與汽車前部碰撞后人體頭部的速度、角速度、拋射距離等規(guī)律，并提出有效的行人保護(hù)措施。

摩托車事故 PC-Crash 事故再現(xiàn) 規(guī)律 行人保護(hù)

1引言

汽車與摩托車碰撞事故是道路交通事故的一種重要形式。由于摩托車騎乘人員直接暴露在外，沒(méi)有車身保護(hù)，一旦發(fā)生事故，人員死傷率極高。根據(jù)我國(guó)公安部交通管理局統(tǒng)計(jì)資料，2010年我國(guó)發(fā)生摩托車事故共100036起，事故造成25128人死亡，152966人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失達(dá)11330.51萬(wàn)元，分別占道路交通事故總起數(shù)、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失的26.41%、28.09%、35.48%和7.61%。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出摩托車事故的致命性和嚴(yán)重性。本文研究在交通事故中的摩托車傷害，對(duì)人體損傷的生成原因及損傷程度進(jìn)行合理解釋，并得出傷害度指標(biāo)與碰撞速度的關(guān)系，及事故發(fā)生后人體頭部與車體前部碰撞后人頭部的速度、角速度、拋射距離等規(guī)律。從而為汽車碰撞事故鑒定提供理論依據(jù)及數(shù)值參考。

2車-人碰撞模型

（1）碰撞中人和車的特點(diǎn)

速度低于15km/h時(shí)，摩托車駕乘人員通常只是受到輕微傷害，碰撞速度介于25km/h-55km/h之間時(shí)，摩托車駕乘人員受到的嚴(yán)重傷害的幾率呈上升趨勢(shì)，當(dāng)碰撞速度超過(guò)55km/h則常造成摩托車駕乘人員的死亡，具體碰撞發(fā)生時(shí)車輛的水平速度分布如圖1所示

（2）碰撞模型的建立

軟件中人體模型采用了多體系統(tǒng)，人體的各部位(頭、軀干、臀等)均由可以旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)相連。對(duì)于每一個(gè)部位，都有著不用的特性，比如，外形的幾何尺寸、質(zhì)量、接觸硬度、摩擦系數(shù)等。多體模型中剛體和關(guān)節(jié)數(shù)量定義的多少直接影響到所需計(jì)算時(shí)間的長(zhǎng)短。所以在實(shí)際過(guò)程中，我們就要折中考慮計(jì)算的時(shí)間和模型的細(xì)節(jié)。例如，軟件中我們就把行人或乘員的多體系統(tǒng)定義為由26個(gè)關(guān)節(jié)連接28個(gè)剛體的系統(tǒng)。

本文選擇的多剛體人體、摩托車模型的各個(gè)剛體的幾何形狀、連接關(guān)系、剛度系數(shù)、接觸強(qiáng)度、摩擦系數(shù)如圖2-圖4所示。

參與碰撞的車輛類型為轎車，型號(hào)選擇AUDI-0801，質(zhì)量為1230kg，長(zhǎng)4.48m，寬1.7m，高1.344m。圖中列出車輛前部各結(jié)構(gòu)參數(shù)為：1-0.35m；2-0.5m；3-0.8m；4-0.9m；a-0.05m；b-0.06m；c-1.02m；d-0.58m。

3仿真結(jié)果及分析

3.1 仿真過(guò)程

參與碰撞的車輛類型為轎車，型號(hào)選擇AUDI-0801，碰撞模擬過(guò)程剪切如圖5所示：

3.2仿真分析

由仿真過(guò)程可以得到在不同的車速下人的拋距、頭部速度以及頭部角速度曲線分別如圖6所示。

以碰撞車速為自變量，騎車人拋距為因變量，經(jīng)曲線擬合得騎車人拋距模型為：

3.3 仿真結(jié)果分析

(1)摩托車車速為15km/h，對(duì)比汽車的車速分別為40km/h和60km/h情況下，騎車人的拋距和騎車人的頭部角速度頭部速度曲線峰值都變化不大。

(2)摩托車車速為30km/h，對(duì)比汽車的車速分別為40km/h和60km/h情況下，騎車人的拋距和騎車人的頭部角速度曲線峰值變化不大，但騎車人的頭部速度曲線峰值顯著增大。

(3)汽車車速40 km/h的情況下，摩托車在車速增加的條件下得到的騎車人拋距顯著增加，騎車人的頭部速度和頭部角速度曲線峰值也都有所增加。

(5)汽車車速60km/h的情況下，摩托車在車速增加的條件下得到的騎車人拋距和騎車人的頭部速度頭部角速度曲線峰值都顯著增加。

(6)騎車人的拋距、頭部速度、頭部角速度越大，騎車人的HIC數(shù)值會(huì)隨之增大，則會(huì)引起嚴(yán)重的損傷形式主要包括顱骨骨折、腦挫傷、腦膜外血腫、硬膜外血腫、硬膜下血腫、腦震蕩和彌漫性神經(jīng)軸突損傷等，從而造成更為嚴(yán)重傷亡。

3.4行人保護(hù)措施建議

(1)改善發(fā)動(dòng)機(jī)罩結(jié)構(gòu)和性能。合理布置發(fā)動(dòng)機(jī)罩下發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件，避免發(fā)動(dòng)機(jī)罩變形后頭部與發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方剛度很大的發(fā)動(dòng)機(jī)相碰，降低發(fā)動(dòng)機(jī)罩邊緣處的剛度也可以緩沖車與人發(fā)生一次碰撞時(shí)的速度。并盡量增加發(fā)動(dòng)機(jī)罩與發(fā)動(dòng)機(jī)部件之間的空間以確保相撞后有足夠緩沖變形空間。

(2)采用汽車前保險(xiǎn)杠安全氣囊和前風(fēng)窗安全氣囊。可以有針對(duì)性地安裝前風(fēng)窗安全氣囊或增加吸能結(jié)構(gòu)。由于汽車本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，擋風(fēng)玻璃與發(fā)動(dòng)機(jī)罩聯(lián)結(jié)處的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)罩表面其他部位的剛度，所以考慮在連接處這個(gè)位置上安裝保護(hù)行人的安全氣囊。

4結(jié)論

本文以提高汽車對(duì)行人保護(hù)的被動(dòng)安全性為目的，在大量碰撞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使用交通事故模擬再現(xiàn)軟件PC-Crash建立某國(guó)產(chǎn)轎車及摩托車人體模型，依靠有關(guān)模型確認(rèn)與模型驗(yàn)證理論得到了具有一定有效性、穩(wěn)定性的研究用數(shù)字化仿真分析模型。從行人保護(hù)的角度，結(jié)合人-車交通事故的隨機(jī)因素，并利用模擬仿真實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)汽車前部發(fā)動(dòng)機(jī)罩板提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并且提出了在位置上更有針對(duì)性的安裝前風(fēng)窗安全氣囊等措施，為汽車生產(chǎn)廠商提出有利用價(jià)值的參考意見(jiàn)。

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