車輛碰撞中行人死亡風險及顱腦損傷類型預測研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，道路交通事故正逐步發(fā)展為人員傷亡的主要原因之一，行人作為最易受到傷害的道路使用者，在事故中的傷亡率極高，其中顱腦損傷是造成行人死亡的主要原因，進行行人損傷風險及頭部損傷預測研究有助于行人安全法規(guī)的制定和汽車結構安全性設計。國外對行人損傷風險的研究比較全面，但由于人種、車輛類型、道路環(huán)境的差異，以及我國醫(yī)療水平相對落后的實際情況，國外的研究結果不能直接應用于我國的行人安全防護中，而我國行人損傷風險的研究較少，且我國

2、幅員遼闊，各地區(qū)的行人事故數據存在較大差異，單一地區(qū)的研究無法滿足行人損傷風險評估的需求。而由于各種實驗條件的限制以及人體頭部本身的復雜性，目前力學分析模型結合真實案例是頭部損傷研究的較好方法，但國外多以橄欖球運動員的頭部損傷案例進行研究，由于頭盔的防護作用，通常橄欖球運動員的頭部損傷較輕，且多為震蕩性損傷，而行人遭受的頭部損傷類型較多、較嚴重，因此行人交通事故是進行頭部各類損傷的較好研究資源。
　　鑒于國內行人損傷風險評估資料的

3、缺乏以及頭部損傷預測方法的不足。作者所在調查小組在重慶地區(qū)進行行人事故的深度調查，并根據全國行人事故數據和重慶地區(qū)的行人事故數據對樣本進行加權，分析影響行人損傷的主要因素，并評估行人的損傷風險;篩選具有視頻資料和詳細頭部損傷結果的典型案例，利用多剛體動力學軟件進行精確的事故重建，獲取行人頭部與車輛擋風玻璃接觸前瞬間頭部質心各方向的線性速度、角速度以及頭部旋轉角位置，將獲取的初始條件加載到THUMS頭部有限元模型進行頭部損傷過程的重建，最

4、后利用回歸分析得出頭部不同損傷類型最優(yōu)的預測參數和損傷閾值。為行人損傷防護、車輛安全性設計以及頭部損傷的診斷治療提供理論基礎。
　　主要研究方法和結論:
　　(1)車輛-行人事故的深度調查和分析
　　車輛-行人事故數據是整個研究的基礎，對其進行全面而準確的采集有助于后續(xù)的分析研究，因此以傳統(tǒng)事故調查方法為主，結合團隊前期研發(fā)的幾種新型事故數據采集技術，從車輛、行人及道路環(huán)境等相關因素進行行人事故的深度調查，2010-2

5、016年間共采集到行人事故案例518起。對其中數據項目較完整的443起案例進行了描述性統(tǒng)計分析:其中轎車與行人的事故比例最高，達到了48.5％，說明轎車仍然是行人交通事故中最常見的車輛類型;事故車輛的出廠年份主要集中在2009年到2015年，結合采集的時間節(jié)點，說明新車發(fā)生事故的比例較高;車輛行駛速度在41-80km/h的事故占了56.9％，說明行駛速度較高時，容易導致行人交通事故的發(fā)生;行人頭部撞擊發(fā)動機罩和前擋風玻璃的比例分別為43

6、.8％和41.5％，頭部與車輛其他部位接觸的比例較小，說明行人事故中，發(fā)動機罩和前擋風玻璃是行人頭部主要的接觸部位，改進這些部位的結構和剛度特性有助于減輕行人頭部受到的傷害;事故中行人處于跑動狀態(tài)的比例占了53.7％，說明行人跑動狀態(tài)下更易發(fā)生交通事故;行人橫穿公路的事故比例高達90.7％，但在人行橫道的事故比例僅為7％，說明行人橫過道路時未走人行橫道是事故發(fā)生的主要原因之一;行人頭部損傷的比例最高，達到了69.3％;與其他車輛類型相比

7、，轎車和SUV撞擊行人時更易導致頭部損傷。
　　(2)行人損傷的影響因素分析
　　車輛-行人事故中，可能影響行人損傷嚴重程度的因素很多，理解哪些因素對行人損傷的影響更顯著，有助于行人損傷的防護。從前期采集的行人交通事故案例中，選擇具有視頻資料的典型案例111起，對事故中可能影響損傷結果的因素進行分析。結果表明碰撞速度、行人年齡及頭部在車輛的碰撞部位是影響行人頭部損傷嚴重度和死亡的主要因素;而行人顱骨骨折除了會受到碰撞速度和頭

8、部撞擊點的影響，車輛類型也是主要的影響因素，SUV撞擊行人時導致顱骨骨折的比例最高，面包車導致顱骨骨折的比例最低，分別占了各組的68％和34％，行人年齡雖然與顱骨骨折沒有統(tǒng)計學差異，但我們發(fā)現青年組發(fā)生顱骨骨折的比例(28％)明顯低于中年組(52％)和老年組(56％)。
　　(3)基于數據加權的行人死亡風險分析
　　由于采集的數據樣本不具有代表性，因此，根據全國行人事故的死亡率和重慶地區(qū)行人事故的輕重傷發(fā)生率對調查的樣本進行

9、加權，并對比兩種加權方式得出的分析結果，總共161起具有視頻資料的行人交通事故被用來進行邏輯回歸分析?；趪倚腥耸鹿蕯祿@得的加權樣本分析，行人死亡風險抵達10％、50％和90％時，車輛的碰撞速度分別為42km/h、64km/h和86km/h;基于重慶地區(qū)的行人事故數據獲得的加權樣本分析，行人死亡風險抵達10％、50％和90％時，車輛的碰撞速度分別為48km/h、67km/h和86km/h。結果表明行人死亡風險隨著碰撞速度增加而上升，

10、同時，當碰撞速度超過40km/h時，行人死亡風險開始急劇上升;通過與國外的研究結果比較，基于行人輕重傷發(fā)生率對樣本進行分層加權能得到更為準確的行人死亡風險。
　　(4)基于多剛體多力學的行人事故重建
　　行人事故重建是后續(xù)頭部損傷重建的基礎，因此提高事故重建的精度有助于后續(xù)的頭部損傷預測研究，本文基于多剛體動力學方法對行人事故重建進行了深入研究，并結合一起典型的行人事故案例對事故重建方法進行了詳細介紹。事故重建中，車輛的碰撞

11、速度、減速度、行人的運動速度均通過視頻進行精確的計算，行人碰撞前的姿態(tài)根據視頻中車輛與行人發(fā)生接觸前一幀畫面進行調整，事故重建得出的動態(tài)響應過程與真實事故過程進行比較，在幾個關鍵時刻上兩者比較吻合，說明本文中的行人事故重建方法具有一定的準確性。另外，通過對比試驗發(fā)現，行人身高對動力學響應有較大的影響;行人體重、運動速度及車輛減速度對頭部角速度有影響，對線性加速度、速度的影響較小;行人碰撞前的姿態(tài)影響行人被撞后的偏轉方向，從而導致行人頭部

12、與車輛的接觸部位存在差異。提示在行人事故重建中，以上幾個因素應被考慮作為重建初始條件。
　　(5)頭部不同損傷類型的預測研究
　　建立具有夾層玻璃響應特性的車輛前擋風玻璃有限元模型，并基于真實案例中擋風玻璃的破裂范圍和模式對所建模型進行驗證，結果表明建立的模型能較好的模擬真實情況下?lián)躏L玻璃的受力變形。篩選同時具有視頻資料和詳細頭部損傷診斷結果的案例29起，并對選取的案例進行事故重建，將事故重建獲取的邊界條件加載至THUMS頭

13、部有限元模型進行頭部損傷重建，再對損傷重建結果進行二項邏輯回歸分析，最后得出頭部不同損傷類型與力學參數的關系。結果表明腦脊液的最大負壓力能較好的預測硬膜下血腫，當腦脊液的最大負壓為271Kpa時，頭部有50％的可能出現硬膜下血腫;腦脊液的最大正壓預測蛛網膜下腔出血的效果較好，當腦脊液的最大正壓為208Kpa時，頭部有50％的可能出現蛛網膜下腔出血;腦部最大剪切應變?yōu)?.38時，頭部出現彌散性軸索損傷的風險約為50％;腦部等效應力是預測腦