車輛碰撞中行人死亡風(fēng)險及顱腦損傷類型預(yù)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(jìn)行行人損傷風(fēng)險及頭部損傷預(yù)測研究有助于行人安全法規(guī)的制定和汽車結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計。國外對行人損傷風(fēng)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(jié)果不能直接應(yīng)用于我國的行人安全防護(hù)中，而我國行人損傷風(fēng)險的研究較少，且我國

2、幅員遼闊，各地區(qū)的行人事故數(shù)據(jù)存在較大差異，單一地區(qū)的研究無法滿足行人損傷風(fēng)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(fù)雜性，目前力學(xué)分析模型結(jié)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(yùn)動員的頭部損傷案例進(jìn)行研究，由于頭盔的防護(hù)作用，通常橄欖球運(yùn)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(yán)重，因此行人交通事故是進(jìn)行頭部各類損傷的較好研究資源。
　　鑒于國內(nèi)行人損傷風(fēng)險評估資料的

3、缺乏以及頭部損傷預(yù)測方法的不足。作者所在調(diào)查小組在重慶地區(qū)進(jìn)行行人事故的深度調(diào)查，并根據(jù)全國行人事故數(shù)據(jù)和重慶地區(qū)的行人事故數(shù)據(jù)對樣本進(jìn)行加權(quán)，分析影響行人損傷的主要因素，并評估行人的損傷風(fēng)險;篩選具有視頻資料和詳細(xì)頭部損傷結(jié)果的典型案例，利用多剛體動力學(xué)軟件進(jìn)行精確的事故重建，獲取行人頭部與車輛擋風(fēng)玻璃接觸前瞬間頭部質(zhì)心各方向的線性速度、角速度以及頭部旋轉(zhuǎn)角位置，將獲取的初始條件加載到THUMS頭部有限元模型進(jìn)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(yù)測參數(shù)和損傷閾值。為行人損傷防護(hù)、車輛安全性設(shè)計以及頭部損傷的診斷治療提供理論基礎(chǔ)。
　　主要研究方法和結(jié)論:
　　(1)車輛-行人事故的深度調(diào)查和分析
　　車輛-行人事故數(shù)據(jù)是整個研究的基礎(chǔ)，對其進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的采集有助于后續(xù)的分析研究，因此以傳統(tǒng)事故調(diào)查方法為主，結(jié)合團(tuán)隊前期研發(fā)的幾種新型事故數(shù)據(jù)采集技術(shù)，從車輛、行人及道路環(huán)境等相關(guān)因素進(jìn)行行人事故的深度調(diào)查，2010-2

5、016年間共采集到行人事故案例518起。對其中數(shù)據(jù)項目較完整的443起案例進(jìn)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(dá)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(jié)合采集的時間節(jié)點(diǎn)，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(dǎo)致行人交通事故的發(fā)生;行人頭部撞擊發(fā)動機(jī)罩和前擋風(fēng)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(jī)罩和前擋風(fēng)玻璃是行人頭部主要的接觸部位，改進(jìn)這些部位的結(jié)構(gòu)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(dá)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(dá)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(dǎo)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(yán)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(hù)。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(jié)果的因素進(jìn)行分析。結(jié)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(yán)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(diǎn)的影響，車輛類型也是主要的影響因素，SUV撞擊行人時導(dǎo)致顱骨骨折的比例最高，面包車導(dǎo)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(xué)差異，但我們發(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)加權(quán)的行人死亡風(fēng)險分析
　　由于采集的數(shù)據(jù)樣本不具有代表性，因此，根據(jù)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(diào)查的樣本進(jìn)行

9、加權(quán)，并對比兩種加權(quán)方式得出的分析結(jié)果，總共161起具有視頻資料的行人交通事故被用來進(jìn)行邏輯回歸分析?；趪倚腥耸鹿蕯?shù)據(jù)獲得的加權(quán)樣本分析，行人死亡風(fēng)險抵達(dá)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(shù)據(jù)獲得的加權(quán)樣本分析，行人死亡風(fēng)險抵達(dá)10％、50％和90％時，車輛的碰撞速度分別為48km/h、67km/h和86km/h。結(jié)果表明行人死亡風(fēng)險隨著碰撞速度增加而上升，

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

11、速度、減速度、行人的運(yùn)動速度均通過視頻進(jìn)行精確的計算，行人碰撞前的姿態(tài)根據(jù)視頻中車輛與行人發(fā)生接觸前一幀畫面進(jìn)行調(diào)整，事故重建得出的動態(tài)響應(yīng)過程與真實事故過程進(jìn)行比較，在幾個關(guān)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(zhǔn)確性。另外，通過對比試驗發(fā)現(xiàn)，行人身高對動力學(xué)響應(yīng)有較大的影響;行人體重、運(yùn)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(zhuǎn)方向，從而導(dǎo)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(yīng)被考慮作為重建初始條件。
　　(5)頭部不同損傷類型的預(yù)測研究
　　建立具有夾層玻璃響應(yīng)特性的車輛前擋風(fēng)玻璃有限元模型，并基于真實案例中擋風(fēng)玻璃的破裂范圍和模式對所建模型進(jìn)行驗證，結(jié)果表明建立的模型能較好的模擬真實情況下?lián)躏L(fēng)玻璃的受力變形。篩選同時具有視頻資料和詳細(xì)頭部損傷診斷結(jié)果的案例29起，并對選取的案例進(jìn)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(jìn)行頭部損傷重建，再對損傷重建結(jié)果進(jìn)行二項邏輯回歸分析，最后得出頭部不同損傷類型與力學(xué)參數(shù)的關(guān)系。結(jié)果表明腦脊液的最大負(fù)壓力能較好的預(yù)測硬膜下血腫，當(dāng)腦脊液的最大負(fù)壓為271Kpa時，頭部有50％的可能出現(xiàn)硬膜下血腫;腦脊液的最大正壓預(yù)測蛛網(wǎng)膜下腔出血的效果較好，當(dāng)腦脊液的最大正壓為208Kpa時，頭部有50％的可能出現(xiàn)蛛網(wǎng)膜下腔出血;腦部最大剪切應(yīng)變?yōu)?.38時，頭部出現(xiàn)彌散性軸索損傷的風(fēng)險約為50％;腦部等效應(yīng)力是預(yù)測腦