不确定条件下的汽车碰撞行人头部落地损伤机理和风险控制研究

As the typical vulnerable road user, pedestrian head-ground impact shows significant uncertain impact configurations in vehicle collision accidents. Moreover, even the head-ground impact velocity is small, the serious head injury risk can occur. The injury prevention of the pedestrian head-ground impact becomes very important. The study aims to analyzing the pedestrian kinematics before/during/after in vehicle collision accidents with video information, to study the head-impact pattern modes and distribution regulations. Developing the parametric pedestrian mulit-body system analysis models under various impact scenarios bases on the pedestrian characteristic, vehicle front-end structure and impact conditions to understand the correlations. Employment of the developed and validated human finite element model to reconstruct the head injuries by head-ground impact based on the real accident, and analyzing the influence of the various type of impact parameters on the head injury mechanism, and studying the correlation between impact conditions between the brain soft tissue loading conditions on the injury criteria of the typical brain soft tissue injuries. Proposing the head injury criteria based on the real pedestrian accident analysis results. Developing the head-impact injury risk control constraint equations using intervals uncertainty multi-objective optimization theory, and optimizing the vehicle front-end structure parameters to control the head-ground impact injury risk in pedestrian accidents. The results from the proposed project can be served as fundamental knowledge to prevention head-ground impact and pedestrian protection in the phase of the active safety conditions.

作为典型弱势道路使用者，行人在与汽车碰撞后头部落地碰撞响应呈现高度不确定性，即使碰撞速度较低，头部损伤风险仍然严重，因此具有重要研究意义。本项目拟采集和分析真实的具有视频信息的汽车碰撞行人事故案例，研究行人在与汽车碰撞前/中/后的运动学响应，揭示头部落地碰撞类型和分布规律。基于行人特征、车辆前部结构及碰撞条件，建立多工况的汽车—行人碰撞参数化分析模型，厘清头部落地碰撞速度、角度等与损伤参数的相关性。耦合有限元方法，应用已建立和验证的人体有限元模型重构行人头部落地损伤，揭示碰撞边界物理参数对头部损伤的影响规律，厘清颅脑软组织所受载荷边界条件与脑组织典型损伤评价指标之间的相关性，建立基于真实事故分析的颅脑损伤评价准则。采用区间不确定性多目标优化理论构建头部落地损伤风险控制方程，优化车辆前部结构参数以控制行人头部落地碰撞损伤风险。研究成果可为车辆主动安全条件下的行人头部落地碰撞防护提供理论依据。

世界卫生组织的报告指出， 2016全球道路交通死亡人数高达135万，其中行人占比为23%。作为典型弱势道路使用者，行人在与汽车碰撞后头部落地碰撞响应呈现高度不确定性，头部损伤风险最为严重，因此具有重要研究意义。.首先，本研究基于真实的交通事故分析行人在碰撞前/碰撞时/碰撞后的特征，研究发现碰撞前行人在碰撞前存在紧急避撞姿态，其中行人跑步姿态的频率最高，占案例总数的24.2%，；急停躲避危险的情况，占案例总数的17.7%；根据碰撞后行人的运动轨迹分布发现，Wrap trajectory、Somersault、Fender vault三种运动轨迹的分布概率较高，分别为21.9%、20.2%和20.2%；同时，发现车速对行人落地机制的影响并不是全方位的，对于带有行人旋转速度的落地机制，碰撞速度越大，越容易造成行人的旋转。其次，研究结果表明车辆前部结构参数对行人运动学及头部损伤的影响，行人头部HIC（地）和头部角加速度（地）的变化较为复杂，主要原因为行人落地损伤除了受到行人旋转角度的影响外，还与落地速度、人体的朝向、身体各部位着地顺序等有关，车辆前部结构参数的改变会影响行人飞行高度，进而影响行人-地面碰撞速度。 在落地损伤中，发现随着行人落地时旋转角度的增大，HICg表现出波状趋势，HICg受行人的旋转角速度影响较大。此外，本研究基于蒙特卡洛不确定性分析方法评估电动两轮车事故中两轮车骑车人的头部损失等级，研究结果可为电动两轮车骑车人头部损失研究提供理论依据和实证方法。最后，本研究进行落地损伤风险控制研究，结果表明佩戴头盔后，其头部质心合成线性加速度峰值相对于未佩戴头盔时明显降低，并且头部加速度峰值持续的时间明显要比未佩戴头盔时要长很多，基于真实事故案例分析发现，佩戴头盔后颅骨骨折风险有所降低。此外，在研究弹起式发动机罩时发现，当车速达到在40 km/h和50 km/h时，安装弹起式发动机罩和安装车外安全气囊的车型所造成的行人头部落地损伤风险更大。本研究成果可为车辆被动与主动安全条件下的行人头部落地碰撞损伤研究和损伤防护提供理论依据。