人車碰撞中行人的應(yīng)急姿態(tài)對行人的損傷影響

張道文 ，劉 奇，邱健斌，廖文俊，3，母堯堯，金思雨

（1. 西華大學(xué) 汽車與交通學(xué)院，成都 610039，中國；2. 汽車測控與安全四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610039，中國；3. 四川西華交通司法鑒定中心，成都 610039，中國）

道路交通傷害為全球十大致死原因，其中車輛與行人碰撞事故致死率較高。世界衛(wèi)生組織2018年《全球道路交通安全現(xiàn)狀報(bào)告》 指出，全球道路交通事故行人死亡人數(shù)占死亡總?cè)藬?shù)的23%，中國所占比例為26%，美國為15%，法國為16%，德國為15%，加拿大為15%，印度為10%，日本為35%[1]。行人作為交通中的弱勢參與者，在發(fā)生事故時(shí)無任何保護(hù)措施且因其隨意性大，導(dǎo)致事故后果較為嚴(yán)重。因此，研究人車碰撞事故中行人損傷規(guī)律有重要意義。

國內(nèi)學(xué)者從行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、步態(tài)、應(yīng)急姿態(tài)等方面通過軟件仿真對人車碰撞行人的損傷進(jìn)行了分析，定義應(yīng)急姿態(tài)，其中，尹均[2]研究了不同體態(tài)行人前傾、下蹲、站立應(yīng)急姿態(tài)，姿態(tài)不同自身損傷不同，前傾較為危險(xiǎn)；張鵬[3]研究了不同體型行人前傾、跑步避讓等4種姿態(tài)；劉卓異[4]研究了前傾、上半身轉(zhuǎn)向、下蹲、跨步單一應(yīng)急姿態(tài)與4種姿態(tài)復(fù)合對行人損傷的影響。李丹等[5]研究了行人行走、慢跑、奔跑3種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、行人步態(tài)0%～100%及運(yùn)動(dòng)速度對行人損傷的影響；楊濟(jì)匡等[6]對行人（30 °～150 °）5種朝向、10種步態(tài)碰撞損傷進(jìn)行了研究；陳奇等[7]表明車速和行人朝向是影響行人損傷程度的主要因素；C. K. Simms等[8]指出碰撞前行人速度姿態(tài)對碰撞后行人的頭部損傷影響顯著；C. Gianmarco等[9]分析不同姿態(tài)下行人與不同類型車輛發(fā)生碰撞后的損傷機(jī)制；R. Elliott等[10]研究了車速、行人速度和行人步態(tài)對行人頭部橫向平移的影響，分析了車頭相對于車輛與行人主要接觸位置的橫向平移關(guān)系隨雙方速度的變化；張?jiān)姴ǖ萚11]對20 ～110 km/h車速撞擊行人后行人運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律做出了研究；D. Severy[12]提出行人的一系列運(yùn)動(dòng)學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式。

國內(nèi)外學(xué)者研究集中在車頭結(jié)構(gòu)、車速、行人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等對人車碰撞時(shí)行人損傷的影響，結(jié)果表明行人在碰撞前會呈現(xiàn)不同的應(yīng)急姿態(tài)，有的應(yīng)急姿態(tài)能夠不同程度地降低行人損傷。但是，鮮有學(xué)者對碰撞事故前行人應(yīng)急姿態(tài)進(jìn)行完整的肢體定義以及不同應(yīng)急姿態(tài)、幅度及車輛不同轉(zhuǎn)向角對行人損傷的影響。

因此，本研究對行人應(yīng)急姿態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)的定義，建立了人車碰撞模型，探究了不同應(yīng)急姿態(tài)、幅度在不同碰撞車速、車輛轉(zhuǎn)向角對行人損傷的影響；利用綜合加權(quán)損傷評價(jià)各應(yīng)急姿態(tài)對行人碰撞損傷程度。研究結(jié)果可以為車輛結(jié)構(gòu)優(yōu)化及人車碰撞中行人保護(hù)提供參考。

1 損傷輸出指標(biāo)及應(yīng)急姿態(tài)定義

1.1 損傷輸出指標(biāo)

評價(jià)頭部損傷常用HIC[13]表示，積分步長采用15 ms，相比36 ms更接近于顱骨骨折時(shí)間，且HIC15較適用于正面碰撞場景[14-16]，因此采用HIC15作為頭部損傷評價(jià)指標(biāo)更為合理。胸部嚴(yán)重?fù)p傷(AIS ≥ 4)的人體耐受極限是胸部最大線性加速度低于60g[17]，歐洲強(qiáng)化車輛安全委員會（European Enhanced Vehiclesafety Committee，EEVC）相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明[18]，小腿承受的加速度峰值超過150g時(shí)[19]，發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷（骨折以上）的風(fēng)險(xiǎn)有40%的概率。因不同姿態(tài)及姿態(tài)幅度對各部位損傷的表現(xiàn)不同，單一損傷指標(biāo)對比難以準(zhǔn)確評價(jià)行人綜合損傷，本文參考 D. C. Viano[20]提出的評價(jià)整體損傷的指標(biāo)正則化加權(quán)傷害指數(shù)（WIC）值，對胸部加速度峰值、頭部HIC15值、小腿加速度峰值做加權(quán)處理，以行人最小加權(quán)值為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)WIC值原計(jì)算公式定義整體損傷W。

其中：HIC15為頭部15 ms的HIC值；ach為胸部加速度峰值；al和ar分別為左、右小腿加速度峰值；限定條件為：HIC15≤ 1 000，ach≤ 60g，al≤ 150 g，ar≤ 150g。

1.2 行人應(yīng)急姿態(tài)定義

行人采取了應(yīng)急姿態(tài)的事故約占人車事故總數(shù)的62%[21]，對國家車輛事故深度調(diào)查體系(National Automobile Accident In-depth Investigation System,NAIS)車碰行人65例清晰視頻統(tǒng)計(jì)，其中，碰撞前行人跑步姿態(tài)19例，下蹲姿態(tài)5例，下傾姿態(tài)15例，跳躍4例，直立8例，其他14例，每組案例只統(tǒng)計(jì)一種姿態(tài)，并將行人在下傾同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)向動(dòng)作，本文定義為側(cè)傾。應(yīng)急姿態(tài)是指行人碰撞前有應(yīng)急反應(yīng)并產(chǎn)生肢體動(dòng)作變化，本文對側(cè)傾、下蹲、跳躍、跑步避讓等4種應(yīng)急姿態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)定義，見表1。

表1 應(yīng)急姿態(tài)定義表

2 事故再現(xiàn)及模型驗(yàn)證

2.1 案例基本信息

參考NAIS中一例真實(shí)的人車事故案例，成都市2019年某直行路段，一輛別克轎車與橫穿行人發(fā)生碰撞，通過視幀法計(jì)算碰撞前車速為60 ～65 km/h。事故具體信息見表2。

2.2 模型建立及驗(yàn)證

計(jì)算仿真模型建立在PC-Crash中實(shí)現(xiàn)，行人作為一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，有限元建模人體模型雖能展現(xiàn)主動(dòng)作用力，但目前沒有一個(gè)普適模型，且建模參數(shù)難以確定[22]，行人采用PC-Crash中多剛體人體模型。繪制事故現(xiàn)場地圖時(shí)放棄了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer aided design, CAD)軟件手工拉線，利用可視化應(yīng)用程序（visual basic for applications, VBA）快捷命令生成相關(guān)尺寸的直線路段，提高了繪圖效率與準(zhǔn)確率；調(diào)用PC-Crash車輛庫中事故車輛同款模型，修改調(diào)整局部尺寸，使其與事故車輛前部結(jié)構(gòu)幾何尺寸、重心高度等參數(shù)一致，本研究中事故車輛參數(shù)見表3。對行人肢體各關(guān)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，確保碰撞瞬間行人姿態(tài)、車輛碰撞角度等因素同視頻中一致，不斷對仿真模型調(diào)整優(yōu)化。以碰撞車速v1= 62 km/h為例，表4為仿真結(jié)果與視頻的對比。

表4 仿真與視頻對比

仿真過程與視頻記錄碰撞過程一致。行人頭部15 ms HIC值為3 187.457，超過閾值，頭部傷害與死亡原因顱腦損傷相符；右臂骨折與碰撞接觸符合；胸部加速度峰值為47.484g，雖未超閾值60g但傷害較大，與胸部損傷符合。人車最終位置與事故現(xiàn)場圖一致，碰撞后拋擲距離為15.2 m與提供的15.6 m基本一致；車輛碰前計(jì)算車速為60 ～65 km/h，與仿真推算碰撞速度62 km/h基本一致。模擬結(jié)果和事故現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)相吻合，證明了仿真模型的有效性。

3 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了研究人車事故中各應(yīng)急姿態(tài)對行人損傷情況的影響，車輛選用以上模型車輛,行人選用事故中行人； 在已驗(yàn)證模型基礎(chǔ)之上，選取表1定義的行人側(cè)傾、下蹲、跳躍、跑步避讓4種應(yīng)急姿態(tài)。NAIS車速統(tǒng)計(jì)碰撞車速v1= 20 ～70 km/h，以10 km/h為步長；參考汽車?yán)碚摳稍餅r青道路摩擦系數(shù)范圍0.6～0.8，結(jié)合實(shí)際道路車輛—地面摩擦系數(shù)設(shè)定為0.7；選取中等制動(dòng)減速度4 m/s2；人與地面的摩擦因數(shù)、行人與車輛摩擦系數(shù)參考《道路交通事故車輛速度鑒定》（GB/T33195-2016）[23]分別設(shè)定為0.6、0.2；轉(zhuǎn)身、跳躍、下蹲姿態(tài)時(shí)行人速度為0 km/h；NAIS中車輛轉(zhuǎn)向角(α)大致為5 °，但在本研究中，為了與無應(yīng)急轉(zhuǎn)向作對比，將α設(shè)為0 °和5 °，如圖1所示。碰撞類型為正面碰撞，碰撞過程中轎車無轉(zhuǎn)向，制動(dòng)減速度在碰撞接觸時(shí)刻加載。

視頻中統(tǒng)計(jì)顯示，行人跳躍姿態(tài)高度在車輛前端保險(xiǎn)杠下端與車輪最高處附近之間，結(jié)合普通人跳躍高度(h)，將跳躍高度定為0.3 ～0.6 m，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表5所示。

表5 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)表

3.2 行人側(cè)傾姿態(tài)對碰撞損傷的影響

3.2.1 胸部和頭部碰撞損傷

碰撞車速v1= 20 ～60 km/h，側(cè)傾角度（β） 為20°～ 50 °，碰撞對應(yīng)胸部加速度峰值隨角度增加呈現(xiàn)減小的趨勢。轉(zhuǎn)向角α= 5 °，v1= 20 ～50 km/h，且側(cè)傾角度β= 20 °～50 °時(shí)，碰撞對應(yīng)的胸部加速度峰值最大值為56g，但低于60g閾值。未轉(zhuǎn)向時(shí)（α= 0 °），除50 km/h外其他車速下，β= 30 °～50 °，碰撞對應(yīng)的頭部HIC值隨角度增加而減小；v1在30 km/h內(nèi)，β=10 °～50 °，碰撞對應(yīng)的頭部HIC值最大值為691.48，小于1 000；v1= 40 km/h時(shí)，頭部HIC值在β= 20 °時(shí)取得峰值。轉(zhuǎn)向角α= 5 °時(shí)，v1= 20 ～70 km/h,β=30 °～50 °，頭部碰撞HIC值隨角度增加而減小；當(dāng)β= 30 °時(shí)，上肢離發(fā)動(dòng)機(jī)罩的距離明顯縮短，上肢對行人的保護(hù)作用增大，在人車碰撞過程中，上肢對發(fā)動(dòng)機(jī)罩的支撐吸收了部分碰撞能量，頭部傷害HIC值降低。另外，行人的側(cè)傾角度越大，胸部、頭部距離車輛前端越近，碰撞時(shí)勢能減少。

車輛有、無應(yīng)急轉(zhuǎn)向?qū)ε鲎埠笮腥诵夭俊㈩^部損傷有顯著影響。β達(dá)到30 °，碰撞車速較低時(shí)，車輛無應(yīng)急轉(zhuǎn)向(α= 0°)相較于有應(yīng)急轉(zhuǎn)向(α= 5°)胸部加速度峰值和頭部HIC值要小；當(dāng)v1＞ 60 km/h時(shí)，則剛好相反,這是因?yàn)椋?dāng)v1＞ 60 km/h且α= 5°時(shí)，車輛碰撞力方向有所偏移，相較于α= 0°時(shí)沖擊降低，傷害下降，具體數(shù)據(jù)見圖2、圖3。v1＜ 40 km/h時(shí)，碰撞后行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是上身倒向車輛后跌落至車輛前方；v1＞ 50 km/h時(shí)，碰撞后行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是拋起翻轉(zhuǎn)后跌落至車輛后方。

行人頭部傷害主要來自與車輛碰撞瞬間，頭部與車輛前端二次碰撞HIC值可能會大于一次碰撞，具體情形如圖4所示。在某些情況下，二次碰撞使得頭部HIC值會大幅大于閾值，出現(xiàn)碰撞“異常點(diǎn)”。車輛未轉(zhuǎn)向(α= 0°)時(shí)，v1= 50 km/h，β= 40°時(shí)，頭部HIC值遠(yuǎn)超閾值，為3 959.67, 碰撞過程見圖4。

3.2.2 下肢碰撞損傷

行人下肢最先與車輛前部保險(xiǎn)杠接觸，碰撞過程中受彎矩和剪切力作用，碰撞車速越高損傷越嚴(yán)重，沒有規(guī)律性變化，當(dāng)碰撞車速v1＞30 km/h時(shí)，小腿加速度峰值超過閾值，損傷嚴(yán)重。當(dāng)v1＜30 km/h時(shí)，α=0 °，β= 10 °～50 °（除β=40 °），碰撞對應(yīng)的右小腿加速度峰值最大值為132 g，小于閾值150g；α= 5 °時(shí)，β= 10 °～50 °（除β= 30 °），碰撞對應(yīng)的小腿加速度峰值最大值為145g，保持在安全的閾值范圍內(nèi)。表6中列出了v1= 30 km/h時(shí)側(cè)傾姿態(tài)下小腿加速度峰值。

車輛無轉(zhuǎn)向(α= 0°)時(shí)，下肢翻轉(zhuǎn)過程中與車輛二次碰撞（β= 20 °,v1= 70 km/h，右肢；30 °，30 km/h，左肢；40 °，30 km/h，雙肢；50 °，40 km/h，雙肢）或與地面直接接觸（30 °，70 km/h，右肢）導(dǎo)致小腿加速度峰值大于一次碰撞。α= 5 °時(shí)，下肢翻轉(zhuǎn)過程中與車輛二次碰撞（β=10 °，v1= 50 km/h，左肢；50 °，40 km/h，左肢；10 °，70 km/h，右肢；30 °，40 km/h，雙肢） 導(dǎo)致加速度峰值大于一次碰撞。

3.3 行人下蹲姿態(tài)對碰撞損傷的影響

3.3.1 胸部和頭部損傷

下蹲角度θ= 20 °～70 °時(shí)，相同碰撞車速（v1），碰撞對應(yīng)的胸部加速度峰值隨著θ的增加而增大；如果θ相同，v1越大對應(yīng)的胸部損傷越大。α= 0 °時(shí)，v1= 30 ～50 km/h，θ= 30 °～50 °時(shí)，碰撞對應(yīng)的胸部加速度峰值最大值為57g，低于60g；α= 5 °時(shí)，v1=30 ～50 km/h，θ= 20 °～40 °時(shí)，碰撞對應(yīng)的胸部加速度峰值最大值為59g，低于60g閾值。v1= 30～50 km/h時(shí)碰撞對應(yīng)的胸部損傷，車輛轉(zhuǎn)向(α= 5 °)時(shí)大于車輛未轉(zhuǎn)向（α= 0 °）時(shí)（如圖5）。

同一碰撞車速下，θ= 40 °～70 °，碰撞對應(yīng)的頭部HIC值隨著下蹲角（θ）的增加而減小；θ相同，碰撞車速v1越大，對應(yīng)碰撞的頭部損傷更為嚴(yán)重 （如圖6）。當(dāng)θ= 20 °～40 °時(shí)，行人重心較高，碰撞時(shí)倒向車輛引擎蓋瞬間慣性力較大，導(dǎo)致頭部HIC值、胸部加速度峰值較大；當(dāng)θ＞ 40 °時(shí)，行人重心降低，由于慣性作用，行人倒向車輛碰撞變?yōu)榕c車輛前端直接碰撞，導(dǎo)致胸部加速度峰值增大；隨著θ的增大，重心降低碰撞時(shí)，頭部與引擎蓋碰撞瞬間勢能減小，HIC值減小。

行人胸部及頭部損傷主要來自與車輛碰撞瞬間，下蹲角度（θ）較大時(shí)，胸部加速度峰值個(gè)別點(diǎn)（異常點(diǎn)）源于碰撞跌倒后車輛碾壓（具體情形見圖7），比如α=0 °，v1= 60 km/h，β= 50 °時(shí)，胸部加速度峰值遠(yuǎn)超閾值，為103.31 g, 碰撞過程如圖7所示。

3.3.2 下肢損傷

下蹲姿態(tài)下肢與車輛保險(xiǎn)杠前端直接接觸碰撞，下蹲角度（θ）越大，下肢大腿與小腿閉合度越高，車輛碰撞彎矩與橫向剪切力使得下肢傷害整體變化規(guī)律不明顯。v1= 20 ～ 50 km/h，θ= 50°～70°，碰撞對應(yīng)的右小腿加速度峰值隨θ的增加而減小。v1= 30 km/h，θ= 20°～70°（除30°外），碰撞對應(yīng)的小腿加速度值峰值最大為148g，低于閾值150g。v1= 50 km/h時(shí)，碰撞側(cè)右小腿加速度峰值大于非碰撞側(cè)左小腿加速度峰值。碰撞時(shí)下肢加速度峰值α= 5°時(shí)比α= 0 °時(shí)要大，這是因車輛應(yīng)急轉(zhuǎn)向時(shí)會產(chǎn)生y軸方向的橫向剪切力合力增大導(dǎo)致。表7列出了下蹲姿態(tài)下左、右小腿加速度峰值，其中，碰撞時(shí)車速列于（）內(nèi)。

表7 下蹲姿態(tài)下小腿加速度峰值

碰撞車速v1相同時(shí)，二次碰撞及車輛碾壓可能會導(dǎo)致加速度峰值在某個(gè)點(diǎn)大幅增加，遠(yuǎn)超閾值，產(chǎn)生異常點(diǎn)。α= 0 °，行人下肢翻轉(zhuǎn)過程中，與車輛二次碰撞 （θ= 50 °,v1= 70 km/h，右肢），與地面直接接觸（50 °, 30 km/h，右肢；60 °, 30 km/h，右肢），被車輛碾壓（50 °或60 °, 70 km/h，雙肢），都會導(dǎo)致加速度值大于一次碰撞。α= 5 °時(shí)，行人下肢翻轉(zhuǎn)過程中，與車輛二次碰撞（θ= 30 °,v1= 40 km/h，左肢；20 °,40 km/h，右肢；40 °, 50 km/h，右肢；40 °, 70 km/h，右肢；50 °, 50 km/h，右肢），與地面直接接觸（50 °,40 km/h，右肢），被車輛碾壓（60 °, 70 km/h，左肢）也都導(dǎo)致加速度點(diǎn)大于一次碰撞。如α= 5 °，v1=50 km/h，θ= 40 °，碰撞時(shí)右小腿加速度峰值為359g，高于閾值150g，碰撞過程如圖8所示。

3.4 行人跳躍對碰撞損傷的影響

3.4.1 胸部和頭部損傷

碰撞車速v1相同時(shí)，胸部加速度峰值隨著跳躍高度（h）增加而增大；相同h時(shí)，胸部加速度峰值隨著v1增加而增大。車輛碰撞前有、無轉(zhuǎn)向?qū)π腥诵夭繐p傷的影響較為顯著，有轉(zhuǎn)向（α= 5 °）時(shí)碰撞行人對應(yīng)的胸部加速度峰值較大。無轉(zhuǎn)向(α= 0 °)，v1= 20 ～60 km/h，h= 0.3 ～0.5 m，碰撞對應(yīng)的胸部加速度峰值均小于閾值。α= 5 °，v1＜ 30 km/h，h= 0.3 ～0.5 m，碰撞對應(yīng)的胸部加速度峰值均小于閾值，如圖9所示。

碰撞車速v1相同時(shí)，在h= 0.3 ～0.5 m內(nèi)，頭部HIC值隨h增加而增大；在h= 0.5 ～0.6 m內(nèi)，隨h的增加而減小；車輛有轉(zhuǎn)向?qū)π腥祟^部損傷的影響較為顯著（見圖10）。行人跳躍時(shí)重心增加，碰撞后胸部會與引擎蓋上端碰撞，碰撞瞬間高度越高勢能越大，胸部加速度峰值越大，落地瞬間高度越高沖擊也越大，車輛轉(zhuǎn)向時(shí)沖擊力會使行人繞x軸旋轉(zhuǎn)，背部直接碰撞，右側(cè)上肢緩沖作用降低，胸部損傷越嚴(yán)重。h= 0.5 m時(shí)，行人接觸后臀部坐于引擎蓋上，之后行人受慣性作用背靠擋風(fēng)玻璃，頭部與擋風(fēng)玻璃碰撞位置為后腦勺，導(dǎo)致所受傷害更大。

3.4.2 下肢損傷

跳躍姿態(tài)下，下肢損傷碰撞側(cè)右小腿加速度峰值大于非碰撞側(cè)左小腿加速度；α= 5 °，v1＜ 60 km/h時(shí)，碰撞對應(yīng)的右小腿加速度峰值在h= 0.4 ～0.6m ，隨h的增加而減小。當(dāng)α= 5 °時(shí)，v1＜ 30 km/h，h= 0.3 ～ 0.6 m，碰撞對應(yīng)的左小腿加速度峰值最大，為143g，保持在安全閾值范圍150g內(nèi)。表8列出了跳躍姿態(tài)下小腿加速度峰值，其中碰撞車速標(biāo)注在峰值后的（）內(nèi)。

表8 跳躍姿態(tài)下小腿加速度峰值

碰撞車速v1相同時(shí)，行人下肢二次碰撞可能會導(dǎo)致加速度峰值出現(xiàn)大幅增加的異常點(diǎn)，遠(yuǎn)超閾值。當(dāng)車輛無轉(zhuǎn)向(α= 0 °)，下肢翻轉(zhuǎn)過程中與車輛二次碰撞（h= 0.4 m,v1= 50 km/h，左肢），與地面直接接觸（0.5 m, 40 km/h，左肢；0.4 m, 60 km/h，右肢），導(dǎo)致加速度峰值大于一次碰撞；車輛轉(zhuǎn)向(α= 5 °)，下肢翻轉(zhuǎn)過程中與車輛二次碰撞（h= 0.5 m,v1=30 km/h，右肢；0.4 m, 40 km/h，右肢），與地面直接接觸（0.4 m,50 km/h，右肢），也導(dǎo)致加速度峰值大于一次碰撞。α= 0 °，v1= 40 km/h，h= 0.5 m，左小腿加速度峰值較大，為244g, 碰撞過程見圖11a；α= 5 °，v1= 50 km/h，h=0.4 m，右小腿加速度峰值較大，為338g, 見圖11b。

3.5 行人跑步對碰撞損傷的影響

3.5.1 胸部和頭部損傷

碰撞車速v1相同下，胸部加速度峰值隨著跑步瞬間速度（vp）的增加而增大，增長曲線較為平緩。v1＜50 km/h，車輛有、無應(yīng)急轉(zhuǎn)向?qū)π腥诵夭考铀俣确逯涤绊懖⒉伙@著，v1＞ 60 km/h，車輛有、無應(yīng)急轉(zhuǎn)向?qū)π腥诵夭考铀俣确逯涤绊戯@著。當(dāng)跑步瞬間速度vp＞6 km/h時(shí)，車輛有應(yīng)急轉(zhuǎn)向(α= 5 °)時(shí)，行人對應(yīng)的胸部加速度更大（見圖12）。

在vp= 4 ～7 km/h，隨著跑步vp的增加頭部HIC值緩慢增加；vp= 7 ～8 km/h，隨著跑步vp的增加而降低。車輛無應(yīng)急轉(zhuǎn)向（α= 0 °）時(shí)，碰撞對應(yīng)的頭部HIC值大于應(yīng)急轉(zhuǎn)向時(shí)（見圖13）。v1＜ 40 km/h時(shí)，行人不會被拋起跌落在車輛前方，行人碰撞瞬間正面倒向車輛，倒向車輛引擎蓋瞬間重心高度不變，勢能變化不大，對胸部損傷影響不大；v1＞ 50 km/h，碰撞后行人拋起跌落在車輛后方，當(dāng)車輛α= 5 °時(shí)，行人碰撞瞬間與受車輛橫向力矩影響，導(dǎo)致頭部落地產(chǎn)生偏移，頭部HIC較α= 0 °時(shí)有所降低。

行人胸部及頭部損傷主要來自與車輛碰撞瞬間，行人vp不同，胸部加速度峰值異常點(diǎn)大于一次碰撞。α= 0 °下，v1= 30 km/h,vp= 6 km/h時(shí)，由于行人與轎車碰撞后胸部與車輛引擎蓋發(fā)生接觸后跌落在車輛前方，有碾壓危險(xiǎn)，導(dǎo)致胸部加速度峰值較大，碰撞過程如圖14所示

當(dāng)車輛無轉(zhuǎn)向(α= 0°)，v1= 40 km/h、vp= 6 ～8 km/h時(shí)，碰撞對應(yīng)的左小腿加速度峰值隨著vp的增加而增大；v1= 50 km/h,vp= 6 ～8 km/h時(shí)，碰撞對應(yīng)的左小腿加速度峰值隨著vp增加而減小；v1= 40、50 km/h，碰撞對應(yīng)的右小腿加速度峰值最小為192g，大于閾值150g。α= 5 °時(shí)，v1= 40 km/h，碰撞對應(yīng)的左小腿加速度峰值最大，為122g，均低于閾值150g；碰撞側(cè)右小腿加速度峰值大于非碰撞側(cè)左小腿加速度峰值。表9列出了跑步姿態(tài)下小腿加速度峰值，其中，碰撞車速標(biāo)注在峰值后的（）內(nèi)。

表9 跑步姿態(tài)下小腿加速度峰值

3.5.2 下肢損傷

碰撞車速v1相同，二次碰撞及車輛碾壓可能會導(dǎo)致加速度峰值大幅增加，遠(yuǎn)超閾值，即出現(xiàn)異常點(diǎn)。α= 0 °時(shí)，下肢翻轉(zhuǎn)過程中與車輛二次碰撞（vp= 7 km/h,v1= 50 km/h，右肢）或與地面接觸碰撞（vp=5 km/h,v1= 70 km/h，右肢；5 km/h, 40 km/h，左肢；6 km/h, 40 km/h；右肢）或被車輛碾壓（8 km/h, 40 km/h，左肢；4 km/h, 40 km/h，右肢；7 km/h, 40 km/h，右肢；7 km/h,30 km/h，左肢），導(dǎo)致下肢加速度峰值大于一次碰撞；α= 5 °，下肢翻轉(zhuǎn)過程中與車輛二次碰撞（4 km/h, 50 km/h，左肢；6 km/h, 60 km/h，左肢；8 km/h, 50 km/h，左肢）或與地面直接接觸（4 km/h, 30 km/h，右肢）或被車輛碾壓（8 km/h, 30 km/h，左肢），也導(dǎo)致下肢加速度峰值大于一次碰撞。如α= 0 °時(shí)，v1= 40 km/h、vp= 7 km/h碰撞時(shí)，行人落于車輛前端，行人的右小腿加速度峰值為243.49g，遠(yuǎn)超閾值，碰撞過程見圖15a所示；α= 5 °時(shí)，v1= 60 km/h、vp= 6 km/h碰撞時(shí)，行人的左小腿加速度峰值為353.88g，遠(yuǎn)超閾值，見圖15b所示。

3.6 行人碰撞綜合加權(quán)損傷

綜合加權(quán)損傷可以比較相同碰撞車速下應(yīng)急姿態(tài)動(dòng)作對行人損傷影響，同時(shí)可以比較不同應(yīng)急姿態(tài)對行人損傷的影響，用加權(quán)值(W)大小表示行人整體損傷的嚴(yán)重程度。當(dāng)綜合加權(quán)值大于1時(shí)，表明該應(yīng)急姿態(tài)對行人損傷影響后果較為嚴(yán)重，損傷評價(jià)指標(biāo)遠(yuǎn)超閾值；加權(quán)值越大代表行人整體損傷越嚴(yán)重。判斷各應(yīng)急姿態(tài)對行人的保護(hù)效果不僅要使最小加權(quán)損傷小于1，且各損傷評價(jià)指標(biāo)均應(yīng)在閾值范圍內(nèi)。各姿態(tài)最小綜合加權(quán)損傷，表示某種姿態(tài)幅度下碰撞造成行人的綜合損傷最小；最大綜合加權(quán)損傷，表示某種姿態(tài)幅度下碰撞造成行人的綜合損傷最大。

車輛與行人碰撞時(shí)，v1= 20 ～40 km/h，下蹲與跑步姿態(tài)對應(yīng)的最小加權(quán)值(Wmin)較小，側(cè)傾與跳躍姿態(tài)對應(yīng)的最小加權(quán)值較大；v1= 50 ～70 km/h，側(cè)傾與下蹲姿態(tài)對應(yīng)的Wmin較小，跑步與跳躍姿態(tài)對應(yīng)的Wmin較大；v1= 70 km/h時(shí)，行人選擇下蹲、跳躍、跑步姿態(tài)時(shí)，車輛有應(yīng)急轉(zhuǎn)向（α= 5 °）時(shí)，碰撞對應(yīng)的最小加權(quán)損傷小于無應(yīng)急轉(zhuǎn)向（α= 0 °）時(shí)。側(cè)傾姿態(tài)最大加權(quán)值(Wmax)最大，跑步姿態(tài)Wmax最小。各姿態(tài)下的Wmin、Wmax具體如表10、表11所示。

表10 各姿態(tài)最小綜合加權(quán)值

表11 各姿態(tài)最大綜合加權(quán)值

碰撞瞬間車輛無轉(zhuǎn)向(α= 0 °),行人側(cè)傾姿態(tài)，碰撞車速v1不大于30 km/h時(shí)，胸部、頭部和下肢損傷均在閾值范圍內(nèi)，其中，v1= 20 km/h，β= 20 °時(shí)，保護(hù)效果最好；v1= 30 km/h，β= 50°，保護(hù)效果最好。行人下蹲姿態(tài)，v1不大于40 km/h，胸部、頭部和下肢損傷均在閾值范圍內(nèi)；當(dāng)v1= 20 ～40 km/h，下蹲角度50 °時(shí)，保護(hù)效果最好。行人跳躍姿態(tài)，v1不超過30 km/h，胸部、頭部和下肢損傷均在閾值范圍內(nèi)；當(dāng)v1= 20 km/h, h = 0.4 m時(shí)，保護(hù)效果最好；當(dāng)v1=30 km/h、h = 0.4 m時(shí)，保護(hù)效果最好。行人跑步姿態(tài)時(shí)，v1不應(yīng)大于30 km/h，胸部、頭部和下肢損傷均在閾值范圍內(nèi)；當(dāng)v1= 20 km/h,vp= 5 km/h時(shí)，保護(hù)效果最好；v1= 30 km/h,vp= 4 km/h時(shí)，保護(hù)效果最好。

碰撞瞬間車輛應(yīng)急轉(zhuǎn)向(α= 5 °)時(shí)，行人側(cè)傾姿態(tài)，v1不超過30 km/h，胸部、頭部和下肢損傷均在閾值范圍內(nèi)；v1= 20 ～30 km/h,β= 50 °時(shí)，對行人保護(hù)最好。行人下蹲姿態(tài)，不超過30 km/h；v1=30 km/h,θ= 20 °時(shí)，保護(hù)效果最好。行人跳躍姿態(tài)，v1＜ 40 km/h，可以對胸部有效保護(hù)，v1= 30 km/h，可以對頭部有效保護(hù)；v1= 20 km/h, h = 0.4 m時(shí)，保護(hù)效果最好。行人跑步姿態(tài)，v1不超過30 km/h；v1= 20 km/h,vp= 4 km/h時(shí)，保護(hù)效果最好；v1=30 km/ h，vp= 5 km/h時(shí)，保護(hù)效果最好。表12中列出了各姿態(tài)下最小加權(quán)值（Wmin）。

表12 各姿態(tài)下最小加權(quán)值

4 結(jié) 論

本文以NAIS中真實(shí)人車事故為例，結(jié)合碰撞前行人常會采取的側(cè)傾、下蹲、跳躍、跑步4種應(yīng)急姿態(tài)，研究碰撞對其頭部、胸部、下肢的損傷影響，結(jié)果表明：

行人損傷程度受碰撞車速和行人應(yīng)急姿態(tài)的影響。行人側(cè)傾角度大于30 °時(shí)行人頭部損傷會較大幅度地減小；碰撞時(shí)車輛有應(yīng)急轉(zhuǎn)向時(shí)的行人損傷大于未轉(zhuǎn)向時(shí)。行人下蹲角度在20 °～50 °內(nèi)，胸部加速度損傷隨角度增加而增大，頭部損傷隨角度增大而減小。行人跳躍姿態(tài)在0.3 ～0.6 m高度內(nèi)，胸部損傷隨高度增加而增大，頭部損傷在0.5 m時(shí)達(dá)到最大。行人跑步姿態(tài)時(shí)胸部損傷隨跑步瞬間速度增加而增大。

碰撞車速低于40 km/h的行人最小綜合加權(quán)值，下蹲、跑步姿態(tài)時(shí)最小，是較為安全的應(yīng)急姿態(tài)，側(cè)傾與跳躍是比較危險(xiǎn)的應(yīng)急姿態(tài)。

除本文研究的行人4種應(yīng)急姿態(tài)以外的其他應(yīng)急姿態(tài)、行人體型以及碰撞時(shí)車輛制動(dòng)對行人損傷的影響有待進(jìn)一步研究。同時(shí)人體模型肌肉主動(dòng)作用力效果也有待進(jìn)一步研究。