人车碰撞事故中人地碰撞损伤研究进展

为了解人车碰撞事故中人地碰撞损伤的研究进展,并对可行的人地碰撞损伤防护方法做出展望。本文从人车碰撞事故特征、人体损伤评价指标、人体损伤来源、人地碰撞损伤影响因素及人地碰撞损伤防护方法5个方面回顾了已有研究成果,并对已有研究中存在的问题进行讨论,就人地碰撞防护方法的发展作出展望。人地碰撞损伤研究仍然存在许多不成熟的地方,特别是人地碰撞损伤的致伤机理和影响因素方面仍须开展深入的研究。通过回顾现有的人地碰撞损伤防护技术指出,未来可从优化车辆前部形状、安装行人安全装置以及控制车辆制动等方面来降低行人损伤风险。大部分事故中碰撞速度为中低速,而在低车速下的人地碰撞损伤不容忽视,可通过控制车辆制动降低人地碰撞损伤。此外,人地碰撞损害评价指标仍存在不足。本文可为后续更好地开展人地碰撞损伤致伤机理及防护方法的研究提供参考。

参数扰动下基于制动控制的人地碰撞损伤防护风险

为了解首次松开制动时刻(t1)扰动下基于制动控制的人地碰撞损伤防护方法的使用风险,基于一个包括3种速度、4种行人尺寸和2个行人步态的虚拟仿真系统,设计并用MADYMO开展1920次仿真。对比分析后发现:车辆制动控制方法在无参数扰动时能有效降低人地碰撞损伤且不增大车辆所致损伤;t1扰动下,WIC降低、车辆所致HIC15不变、地面所致HIC15降低、落地姿态不变的案例占比分别为86.1%、98.61%、90.16%和90.97%,表明车辆制动控制方法具有很强的抗扰能力;t1越早越可能增大车辆所致损伤,而t1越晚越可能降低头地碰撞损伤防护效果。进一步分析发现,t1扰动下人地碰撞损伤增加的主要原因有人车长时间不分离、人体从车体边缘掉落、落地姿态改变、完全制动组中伤害已经极低等;而保险杠长度、发动机罩盖倾斜角等参数显著影响制动控制方法的抗扰能力,其中保险杠长度越小、发动机罩盖倾斜角越大,制动控制方法的抗扰动能力越强。

基于人车相互作用时间的人地碰撞损伤防护新视角

采用PC-Crash再现145例人车碰撞事故视频案例,通过调整车辆制动以延长案例中的人车相互作用时间,采集行人抛距、人体各部位损伤及人车相互作用时间等参数并分析所得数据。结果显示:人车相互作用时间与人地碰撞损伤显著负相关;延长人车相互作用时间能显著降低地面所致头部、臀部损伤及车速≥40 km/h的胸部损伤,且不会明显增加地面所致四肢及车辆所致头、胸部和臀部的损伤。研究结果表明可从人车相互作用时间角度出发探索人地碰撞损伤防护的新方法。

人车碰撞事故中人地碰撞损伤防护综述

为降低行人与智能车碰撞给人带来的严重伤害,通过数据挖掘、文献回顾及仿真实验,研究人车碰撞事故中车对人的伤害、人的避难行为、人车碰撞损伤及人地碰撞损伤。发现智能车需关注中低速人车碰撞中人地碰撞损伤的防护;行人具有很强的加减速能力,在行人自动紧急制动系统中考虑行人避撞能力可以显著提升事故避免率;通过控制碰撞后车辆制动可以显著减轻人地碰撞损伤。仿真结果显示:与中凹和中平引擎盖相比,中凸引擎盖产生更多安全的人体落地机制及更低的头地垂直碰撞速度案例,表明中凸引擎盖可更好地防护人地碰撞损伤。后续研究中行人与车辆有效交互、车辆高效制动控制、人体运动学响应预测应是重点关注的科学问题。

面向特定车头的人地碰撞损伤防护极简方法

针对原制动控制方法对监测设备要求极高的问题,提出了一种具有较强实践潜力的人地碰撞损伤防护方法的提取流程。先建立特定车头的多刚体模型,再选择车辆制动控制方法并穷举、寻优,最后回归获得人体头部首次撞击车体时刻t1与车辆再次完全制动时刻t2的关系,以此提出面向特定车头的人地碰撞损伤防护极简方法(SMPG)。以小型行人友好型轿车为例,检验此方法的可行性,分析2 400次仿真结果后,获得适用于小型行人友好型轿车的人地碰撞损伤防护极简方法,再经48次仿真发现,所得方法能显著降低人地碰撞损伤且不会增加人车碰撞损伤,添加车速扰动后的480次仿真显示,所得方法仍能很好地防护人地碰撞损伤且未增加人车碰撞损伤,表明能根据所提流程获得防护人地碰撞损伤的极简方法且方法效果佳。进一步分析发现,落地机制及躯干角度的改变是制动控制能降低人地碰撞损伤的主要原因,且通过流程所得的极简方法中的制动系统协调时间已达最优,无需进一步优化。研究结果将为通过制动控制以防护人地碰撞损伤的相关研究提供支持,推动其实用化。

真实事故中通过制动控制降低人地碰撞损伤的潜在效益及时空约束

为研究制动控制在降低人地碰撞损伤方面的潜在效益及其时空约束,首先从前期积累的事故数据库中筛选出139例真实的人车碰撞事故,利用PC-Crash对所有事故进行再现,再通过控制车辆制动以降低人地碰撞损伤,最后采集人体各部位损伤、头车与头地碰撞位置及制动控制过程中的时空约束等信息。分析结果显示,在真实事故中人车首次接触后车辆完全制动与否不会对人体损伤造成显著影响;通过制动控制能够显著降低头、臀与地面碰撞所致损伤,并能降低头车、头地碰撞位置的重合率,且不会加重车辆所致损伤;但要求车辆在较短时间内做出判断以正确控制车辆,且8.4%的案例在现实中未有足够空间让车辆实施制动控制。

加装传统AEB后的未避免事故典型碰撞场景与事故特征

为了解车辆装备自动紧急制动系统(AEB)后的典型人车碰撞场景及事故特征,在再现187例事故并采集碰撞前参数后,运用联合仿真技术评估传统AEB系统的效果,并用统计学方法分析未避免的73例事故(39%),获得6类典型的未避免人车碰撞场景。研究发现,未避免事故中:事故主要发生在照明条件良好、路面干燥的非路口,且95.88%案例中碰撞速度低于40 km/h;人车碰撞损伤均显著降低,但不同场景中降幅有差异;人地碰撞损伤降低方面存在不确定性,典型场景中61.9%的案例中人地碰撞损伤有增加风险,损伤增加比例随碰撞场景变化而不同。进一步分析发现,人地碰撞损伤增加的主要原因是AEB降低车速后行人落地顺序改变、人体下肢与车辆前端再次接触、人车碰撞位置改变等。研究成果不仅能为智能车主、被动安全研究中的实验设计提供边界条件,还能为设计更安全的AEB系统提供支持。

参数扰动对一种先前的车辆制动控制和防护方法的影响

探究了作者早先提出的一种车辆制动控制防护方法在参数扰动下的防护效果。用MADYMO虚拟仿真软件,对4种形状的典型车头开展了仿真,分析了以下参数:人体头部与车体首次接触时间、制动系统协调时间、路面附着因数:扰动时,对该制动控制防护方法的影响。结果显示:在人体头部与车体首次接触时间时为80~100 ms时,对加权伤害费用(WIC)降幅的影响最显著,但不同车型下的参数敏感性排序存在差异。在路面附着因数扰动为0.45~0.80时,人车碰撞损伤未增加;但地面所致WIC降幅均大于零,可有效降低人地碰撞损伤。在制动系统协调时间参数扰动区间为80~350 ms时,该车辆制动控制防护方法仍然保持有效。