基于多剛體模型的人車碰撞事故分析.pdf

1、從2008年至2012年間的道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)中關(guān)于易受傷害道路使用者死亡人員統(tǒng)計(jì)中,行人作為事故參與者的數(shù)量占死亡人數(shù)總量為25％左右,在易受傷害道路使用者中所占比例最高,并且近五年行人死亡數(shù)量居高不下,說(shuō)明人車碰撞在交通事故中為高發(fā)交通事故形式,該領(lǐng)域的研究對(duì)于減少道路交通事故有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　為了準(zhǔn)確模擬人車碰撞及拋射階段,本文以多剛體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),依托PC-CRASH/MADYMO仿真平臺(tái)進(jìn)行人車碰撞動(dòng)力學(xué)仿真研

2、究。行人分別與高頭車與鈍頭車在不同仿真方案下進(jìn)行碰撞,并通過(guò)SPSS軟件分析行人拋距仿真數(shù)據(jù),判斷各因素對(duì)拋距影響的顯著性,得到以下規(guī)律:
　　高頭型汽車與行人的碰撞過(guò)程中,當(dāng)在0.05顯著性水平上檢驗(yàn)顯著性時(shí),分析出汽車質(zhì)量、行人與地面摩擦系數(shù)、道路坡度對(duì)拋距影響顯著。其中汽車質(zhì)量P=0.001,構(gòu)成的配對(duì)樣本概率分別為0.143、0.001、0.010,隨著車速增大,行人拋距隨汽車質(zhì)量增大而增大;行人與地面摩擦系數(shù)P=0.01

3、3,并且當(dāng)處于中低車速時(shí)(V<80km/h),摩擦系數(shù)對(duì)于行人的總拋距沒(méi)有明顯影響,當(dāng)車速位于較高車速時(shí)(V>80km/h),隨著摩擦系數(shù)的增加,行人的總拋距減小;道路坡度P=0.009,構(gòu)成的配對(duì)樣本概率分別為0.009、0.006、0.012,隨著車速增大,行人總拋距隨道路坡度增大而減小。
　　鈍頭型汽車與行人的碰撞過(guò)程中,當(dāng)在0.05顯著性水平上檢驗(yàn)顯著性時(shí),分析出制動(dòng)強(qiáng)度、汽車質(zhì)量、行人質(zhì)量、行人與地面摩擦系數(shù)、道路坡度對(duì)

4、拋距影響顯著。其中制動(dòng)強(qiáng)度p=0.004,并且制動(dòng)強(qiáng)度越大,行人的總拋距越小;汽車質(zhì)量p=0.000,構(gòu)成的配對(duì)樣本概率分別為0.020、0.000、0.001,汽車質(zhì)量越大,行人的總拋距越大;行人質(zhì)量p=0.000,構(gòu)成的配對(duì)樣本概率分別為0.005、0.006、0.039,且隨著行人質(zhì)量的增加,行人的總拋距越大。行人與地面的摩擦系數(shù)p=0.015、車速處于較低區(qū)間時(shí)(V<30km/h),此時(shí)行人的總拋距基本位于同一直線上,說(shuō)明此區(qū)間

5、內(nèi)摩擦系數(shù)對(duì)行人拋距影響小。當(dāng)車速V>30km/h,隨著摩擦系數(shù)的增加,行人的縱向拋距有變小的趨勢(shì);道路坡度p=0.001,且上坡時(shí)行人拋距隨坡度增加明顯縮短,下坡由于慣性等多方面因素,行人拋距隨著坡度增加而增加。該章結(jié)論應(yīng)用于事故再現(xiàn)仿真時(shí),有利于減少模型修正次數(shù),提高計(jì)算機(jī)仿真模擬效率,并且為將來(lái)基于大量真實(shí)事故的行人拋距數(shù)據(jù),構(gòu)建不同碰撞環(huán)境的拋距模型奠定基礎(chǔ)。
　　通過(guò)人車碰撞深度調(diào)查中行人損傷及原因的深入分析研究,利用M

6、ADYMO軟件建立長(zhǎng)頭車碰撞行人、短頭車碰撞行人的多剛體模型,通過(guò)將碰撞速度設(shè)置為10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h,設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)罩的角度為5°、10°、15°、20°,風(fēng)擋玻璃傾角為30°、45°,保險(xiǎn)杠高度設(shè)置為分別為440mm、540mm、640mm,通過(guò)輸出行人HIC、VC、脛骨加速度、膝關(guān)節(jié)彎曲角度、股骨彎矩、沖擊力等損傷參數(shù)分析得到以下結(jié)果:
　　(1)行人的HIC隨著車速增加而增加,且

7、均超過(guò)了1000,并且隨著車速的增加,短頭車與行人發(fā)生碰撞后行人的頭部損傷風(fēng)險(xiǎn)更大;行人胸部VC隨著車速增加而增加,但均未超過(guò)1.0m/s,說(shuō)明行人胸部受到粘性損傷風(fēng)險(xiǎn)很小;當(dāng)長(zhǎng)頭車車速達(dá)到40km/h,短頭車車速達(dá)到30km/h時(shí),行人脛骨加速度開(kāi)始超過(guò)了150g,行人發(fā)生AIS2+風(fēng)險(xiǎn)的概率大大增加;車速30km/h為行人股骨發(fā)生AIS2+損傷風(fēng)險(xiǎn)的車速閾值;在高車速區(qū)間(大于50km/h),行人的股骨沖擊力會(huì)達(dá)到損傷閾值而發(fā)生損傷

8、風(fēng)險(xiǎn)。
　　(2)長(zhǎng)頭車與行人碰撞中,發(fā)動(dòng)機(jī)罩傾角選擇在10°~20°對(duì)于減少行人頭部損傷有直接作用。在短頭車與行人碰撞過(guò)程中,建議短頭車的發(fā)動(dòng)機(jī)罩傾角盡量小于10°或大于20°,風(fēng)擋玻璃傾角盡量小于30°。
　　(3)長(zhǎng)頭車碰撞行人過(guò)程中,保險(xiǎn)杠高度的變化對(duì)HIC值影響更顯著,保險(xiǎn)杠高度設(shè)計(jì)在440mm~540mm之間能減小行人大腿風(fēng)險(xiǎn),且股骨彎矩有減小的趨勢(shì)。行人與短頭車碰撞過(guò)程中,保險(xiǎn)杠高度超過(guò)540mm減小行人膝關(guān)節(jié)