基于汽車-自行車碰撞事故重建的騎車人動力學(xué)響應(yīng)和損傷研究*

聶 進(jìn)，楊濟(jì)匡

(1.湖南大學(xué)，汽車車身先進(jìn)設(shè)計制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410082；2.婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，婁底 417000；3.查爾摩斯理工大學(xué)應(yīng)用力學(xué)系,瑞典 41296)

?

2015029

基于汽車-自行車碰撞事故重建的騎車人動力學(xué)響應(yīng)和損傷研究*

聶 進(jìn)1,2，楊濟(jì)匡1,3

(1.湖南大學(xué)，汽車車身先進(jìn)設(shè)計制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410082；2.婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，婁底 417000；3.查爾摩斯理工大學(xué)應(yīng)用力學(xué)系,瑞典 41296)

首先從深入調(diào)查的交通事故數(shù)據(jù)庫中挑選出與轎車碰撞的自行車事故案例24例，運(yùn)用轎車-自行車/騎車人碰撞的多體動力學(xué)模型進(jìn)行了事故重建。然后在此基礎(chǔ)上分析了典型碰撞形態(tài)下自行車騎車人的動態(tài)響應(yīng)過程和騎車人頭部碰撞條件(如頭部碰撞速度、碰撞時間和碰撞角度)與車輛碰撞速度的關(guān)系，并進(jìn)一步研究了騎車人身體各部位損傷分布和頭部損傷與下肢骨折風(fēng)險。結(jié)果表明：自行車騎車人頭部繞轉(zhuǎn)距離(WAD)、碰撞速度、碰撞時間、碰撞角度和騎車人的拋出距離與車輛碰撞速度之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性；車輛碰撞速度和拋出距離對騎車人損傷有明顯影響；騎車人頭部AIS 2+、AIS 3+損傷風(fēng)險和下肢骨折風(fēng)險與車輛碰撞速度顯著相關(guān)。

事故重建；自行車騎車人；動力學(xué)響應(yīng)；損傷

前言

我國擁有自行車數(shù)量超過4億，是世界上擁有自行車最多的國家，每天大約有600萬人選擇自行車作為日常交通方式出行[1]。與行人一樣作為易受傷害的道路使用者，自行車騎車人在與車輛的碰撞中很容易遭受嚴(yán)重?fù)p傷[2]。據(jù)我國公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：2004-2010年，我國機(jī)動車-自行車交通事故導(dǎo)致約5.7萬自行車騎車人死亡，超過250萬人受傷，分別占道路交通事故總死亡和受傷人數(shù)的9.8%和8.6%[3]。我國的自行車騎車人的死亡和受傷人數(shù)僅次于行人，成為第二大易受傷害的道路使用者群體。因此，基于深入事故調(diào)查的機(jī)動車-自行車事故數(shù)據(jù)，研究自行車騎車人在碰撞中動力學(xué)響應(yīng)和損傷機(jī)理，以減少交通事故中自行車騎車人死亡人數(shù)和受傷程度在我國具有特別重要意義。

國外基于真實(shí)的機(jī)動車-自行車事故，針對自行車騎車人的安全已做過大量的相關(guān)研究。文獻(xiàn)[4]中通過對德國深入事故研究(GIDAS)數(shù)據(jù)庫中機(jī)動車-自行車事故分析得出發(fā)現(xiàn)車輛碰撞速度對自行車騎車人的損傷嚴(yán)重性有很大影響。文獻(xiàn)[5]中基于對瑞典哥德堡自行車事故的研究結(jié)果指出，斜碰撞是機(jī)動車-自行車事故中最常見的碰撞類型。文獻(xiàn)[6]中的研究表明，頭部是自行車騎車人最容易受傷的部位。文獻(xiàn)[7]中的研究則著重于汽車-自行車事故和汽車-行人事故的對比分析。

近年來，盡管我國針對自行車騎車人安全的研究也日益增多[1,8-9]，但很少有研究基于深入調(diào)查機(jī)動車-自行車事故中對自行車騎車人的動力學(xué)響應(yīng)及損傷嚴(yán)重性分析。并且，由于我國混合交通的道路環(huán)境、自行車尺寸及機(jī)動車前部結(jié)構(gòu)與其他國家的差異等因素，其他國家的研究成果并不完全適合我國的實(shí)際情況。

本文中根據(jù)長沙地區(qū)通過深入調(diào)查采集的24例轎車-自行車事故，運(yùn)用多體動力學(xué)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行事故重建。基于重建結(jié)果，分析典型的碰撞形態(tài)下自行車騎車人的動態(tài)響應(yīng)過程，以及騎車人損傷與車輛碰撞速度的關(guān)系。

1 方法和材料

1.1 深入的事故調(diào)查

本文中所有自行車事故案例均選自長沙深入調(diào)查交通事故數(shù)據(jù)庫(IVAC)。2006年，湖南大學(xué)與當(dāng)?shù)亟痪块T和醫(yī)院合作，成立了車輛交通事故調(diào)查小組，在長沙市開展了深入的交通事故調(diào)查活動。當(dāng)接到事故報警，調(diào)查小組的研究人員便與交警一起赴事故現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，采集方式包括現(xiàn)場測量、拍照和詢問事故當(dāng)事人與目擊者，并通過事故回勘和當(dāng)事人回訪進(jìn)一步采集詳細(xì)的事故信息。與事故重建相關(guān)的事故信息主要涉及事故發(fā)生的3個階段，如表1所示。IVAC數(shù)據(jù)庫中深入調(diào)查的行人事故數(shù)據(jù)，已被用于行人顱腦損傷和行人傷亡風(fēng)險的研究中[10-11]。

表1 重建事故數(shù)據(jù)概括

本文中從IVAC數(shù)據(jù)庫中選取24起真實(shí)轎車-自行車事故案例進(jìn)行了事故重建，事故具體數(shù)據(jù)如表2所示。取樣標(biāo)準(zhǔn)：(1)事故時間為2004-2011年；(2)事故車輛為轎車；(3)自行車騎車人年齡大于14歲，身高大于150cm；(4)騎車人損傷類型為AIS 1+；(5)轎車碰撞速度大于20km/h；(6)騎車人沒有配戴頭盔。

1.2 事故重建

1.2.1 重建模型

本文中自行車騎車人模型采用由瑞典查爾摩斯大學(xué)開發(fā)和驗(yàn)證的多體動力學(xué)人體模型[12-13]。該模型已被廣泛用于在事故重建中模擬行人和自行車騎車人[8,10]。事故重建中的自行車騎車人模型是根據(jù)騎車人真實(shí)的身高和體質(zhì)量調(diào)用MADYMO中的GEBOD模塊縮放得到(圖1)。自行車騎車人真實(shí)身高和體質(zhì)量見表2。

自行車和車輛模型根據(jù)事故中車輛的具體結(jié)構(gòu)和幾何尺寸在MADYMO中用橢球模擬建立。車輛前部結(jié)構(gòu)各部分的機(jī)械特性分別根據(jù)Euro-NCAP相似車型的碰撞試驗(yàn)結(jié)果定義[14]。自行車各個部件的相對轉(zhuǎn)動由轉(zhuǎn)動鉸鏈模擬，各部件機(jī)械特性從碰撞測試得到[15-16]。圖2為一起轎車-自行車騎車人事故的碰撞模型。

表2 事故數(shù)據(jù)

注：WAD為頭部繞轉(zhuǎn)距離；Hcyclist為騎車人坐高。

1.2.2 重建方法和參數(shù)定義

采用因子設(shè)計方法，對汽車和自行車速度以及兩者碰撞前的相對位置等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將仿真與真實(shí)事故的WAD、行人拋出距離或車輛、行人最終位置的誤差作為優(yōu)化函數(shù)，通過一組全因子試驗(yàn)獲得最優(yōu)的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果與真實(shí)事故數(shù)據(jù)誤差在20%范圍之內(nèi)，認(rèn)為仿真結(jié)果可以接受。

汽車和自行車的碰撞速度、兩者的相對位置和騎車人姿態(tài)是根據(jù)深入的事故調(diào)查記錄相關(guān)事故信息進(jìn)行估算，并在各自估算值的基礎(chǔ)上確定輸入?yún)?shù)的因子范圍。如車輛碰撞速度的輸入基值可根據(jù)記錄的制動距離，按照式(1)進(jìn)行估算[17]，因子范圍為估算值±5km/h。

(1)

式中：μ為路面摩擦因數(shù)；L為制動距離；θ為路面坡度角；計算速度的單位為km/h。

不同接觸面的摩擦因數(shù)的定義如表3所示。具體數(shù)值根據(jù)接觸面的實(shí)際情況(干燥、濕滑等)而定[18]。

表3 不同接觸面摩擦因數(shù)

1.3 統(tǒng)計方法

車輛碰撞速度與騎車人動力學(xué)響應(yīng)參數(shù)之間的相關(guān)性利用非線性回歸方法描述。參數(shù)之間的關(guān)系采用二次多項(xiàng)式函數(shù)和冪函數(shù)回歸模型表達(dá)。函數(shù)表達(dá)式為

y=ax2+bx+c

(2)

y=axb

(3)

式(2)和式(3)的系數(shù)通過最小二乘法確定，變量x與y之間的相關(guān)性由決定系數(shù)R2確定，一般認(rèn)為R2>0.9時，兩參數(shù)顯著相關(guān)；0.9>R2>0.6時，兩者相關(guān)性較強(qiáng)。

基于邏輯回歸分析方法分析了騎車人頭部和下肢損傷風(fēng)險與車輛碰撞速度的關(guān)系。風(fēng)險模型P(v)由以下公式得到：

(4)

式中：v為車輛碰撞速度；α和β分別為通過最大似然估計法計算得到的系數(shù)[19]。

回歸模型中，死亡風(fēng)險和車輛碰撞速度的相關(guān)性通過卡方檢驗(yàn)確定。本文中設(shè)定檢驗(yàn)值p的顯著水平為0.05。通過計算得到卡方值和與之相對應(yīng)的檢驗(yàn)值p。當(dāng)p<0.05時，認(rèn)為車輛碰撞速度與損傷風(fēng)險顯著相關(guān)；反之，則相關(guān)性不顯著。

1.4 事故重建舉例

1.4.1 案例描述

一輛大眾桑塔納與一位58歲的男性自行車騎車人在直線道路上發(fā)生碰撞。事故發(fā)生前，轎車以大約40km/h的車速沿道路行駛，自行車在轎車前面沿相同方向行駛。自行車騎車人突然左轉(zhuǎn)彎試圖橫穿馬路，盡管轎車駕駛員緊急制動，但轎車前部仍與自行車左側(cè)發(fā)生碰撞。整個過程轎車的制動距離約8.2m，自行車騎車人與自行車的拋出距離(TOD)分別約為5.5和6.5m。騎車人WAD值為1 980mm。事故現(xiàn)場草圖見圖3。

轎車風(fēng)窗玻璃因與騎車人頭部碰撞有明顯破損痕跡(圖4)。騎車人損傷為腦震蕩(AIS 1)和全身多處軟組織挫傷(AIS 1)。

1.4.2 事故重建

根據(jù)事故現(xiàn)場調(diào)查和問詢記錄得知，轎車制動后碰撞。仿真中設(shè)定車輛速度為26.3km/h，自行車速度為5.6km/h。車輛碰撞騎車人左側(cè)。真實(shí)事故與仿真車輛碰撞痕跡的比較如圖4所示，騎車人WAD和拋出距離的比較見表4。

表4 真實(shí)事故和仿真的騎車人WAD和拋出距離對比

2 結(jié)果

2.1 騎車人動態(tài)響應(yīng)過程

在車輛-自行車碰撞事故中，車輛碰撞自行車騎車人側(cè)面是最常見的碰撞類型[1]。圖5為一例典型的轎車碰撞自行車左側(cè)事故重建中騎車人的動態(tài)響應(yīng)過程。仿真結(jié)果顯示：自行車騎車人小腿與轎車保險杠首先接觸，緊接著大腿與發(fā)動機(jī)罩前沿發(fā)生碰撞。在此過程中，騎車人上半身幾乎保持不動。之后，騎車人下肢繼續(xù)被轎車推著向前運(yùn)動，但上半身沿發(fā)動機(jī)罩往后滑移直至骨盆與車輛發(fā)動機(jī)罩發(fā)生接觸。然后，騎車人上半身開始繞骨盆向風(fēng)窗玻璃繞轉(zhuǎn)，最后騎車人頭部與風(fēng)窗玻璃下端發(fā)生碰撞。

2.2 騎車人頭部碰撞條件

頭部繞轉(zhuǎn)距離(WAD)可以用來定義騎車人頭部在車上的碰撞位置。由表2可知，24例事故中有10例事故騎車人頭部繞轉(zhuǎn)距離超過2 100mm。騎車人繞轉(zhuǎn)距離和坐高比值與車輛碰撞速度的關(guān)系如圖6所示。

隨著車輛碰撞速度的增大，WAD與騎車人坐高的比值ω從1.08增加到1.69。兩者二次多項(xiàng)式函數(shù)回歸模型的決定系數(shù)R2=0.804。這表明繞轉(zhuǎn)距離與騎車人坐高和車輛碰撞速度有關(guān)，且車輛碰撞速度與繞轉(zhuǎn)距離和騎車人坐高的比值有較強(qiáng)相關(guān)性。

騎車人頭部碰撞時間與碰撞速度之間的關(guān)系如圖7所示。騎車人頭部碰撞時間在110～200ms之間，且隨著車輛碰撞速度的增大而減小。

圖8描述了事故中車輛碰撞速度與騎車人頭部碰撞速度的關(guān)系。從圖中可以看出，騎車人頭部碰撞速度隨著車輛碰撞速度的增大而增大，且兩者具有較強(qiáng)的相關(guān)性(R2=0.863)。自行車騎車人頭部碰撞速度與車輛碰撞速度的比值處于0.6～1.1之間，兩者平均值分別為：車輛碰撞速度43.5km/h、頭部碰撞速度33.9km/h。

自行車騎車人頭部碰撞角度分布如圖9所示。隨著車輛碰撞速度的增大，騎車人頭部碰撞角度從83.5°減少至10.9°，平均角度為45.7°。

2.3 拋出距離與車輛碰撞速度的關(guān)系

拋出距離可用來估算車輛碰撞速度，特別是對于事故現(xiàn)場沒有留下制動痕跡的案例，騎車人和自行車的拋出距離對估算碰撞速度尤為重要[20]。

基于事故重建結(jié)果，利用冪函數(shù)回歸模型分別描述騎車人和自行車拋出距離與車輛碰撞速度的關(guān)系(圖10)。騎車人和自行車拋出距離都隨著碰撞速度的增大而增大，且回歸模型的決定系數(shù)分別為0.86和0.704，這說明兩者拋出距離與車輛碰撞速度都有較強(qiáng)的相關(guān)性。從圖10中還可以看出，在相同的碰撞情況下，自行車的拋出距離大于騎車人的拋出距離。

2.4 騎車人損傷分析

基于重建的24例車輛-自行車事故，分析騎車人各身體部位損傷的分布和損傷嚴(yán)重性與車輛碰撞速度和騎車人拋出距離等因素的關(guān)系。

騎車人身體各部位損傷分布如圖11所示。頭部和下肢是自行車騎車人在交通事故中最易受傷部位，其次為上肢和胸部。

圖12為自行車騎車人受MAIS 1-2和MAIS 3+損傷時車輛碰撞速度的累積分布圖。從圖中可以看出，騎車人MAIS 1-2損傷大多發(fā)生在車輛碰撞速度低于40km/h時，當(dāng)車輛碰撞速度超過50km/h時，騎車人MAIS 3+損傷的頻率迅速增大。騎車人MAIS 1-2和MAIS 3+損傷所對應(yīng)累積頻率為50%時的車輛碰撞速度分別約為38和55km/h。

頭部是自行車騎車人最容易受傷的部位。圖13為自行車騎車人頭部碰撞點(diǎn)在車輛上分布的示意圖。24例事故中，有75%的自行車騎車人頭部與車輛的碰撞點(diǎn)處于車輛風(fēng)窗玻璃或其邊框上，只有4例事故騎車人頭部與車頂發(fā)生碰撞，2例事故騎車人頭部與發(fā)動機(jī)罩后端接觸。并且，在頭部受到AIS 3+損傷的4例事故中，騎車人頭部碰撞點(diǎn)全都處于風(fēng)窗玻璃靠近A柱區(qū)域或車頂靠近風(fēng)窗玻璃上邊框區(qū)域內(nèi)。

目前基于線性合成加速度積分得到的頭部損傷指標(biāo)HIC值被廣泛采用于行人和自行車騎車人頭部損傷風(fēng)險和設(shè)計分析發(fā)動機(jī)罩結(jié)構(gòu)與風(fēng)窗玻璃的安全防護(hù)性能[8-10,20]。圖14顯示了自行車騎車人HIC值與車輛碰撞速度的關(guān)系。盡管騎車人HIC值在不同的車輛碰撞速度下有較為明顯的波動，但其整體趨勢是隨著車輛碰撞速度的增大而增大。當(dāng)車輛碰撞速度低于45km/h時，絕大部分騎車人HIC值低于1 000。

表5列出車輛碰撞速度與自行車騎車人頭部AIS 2+和AIS 3+損傷風(fēng)險的邏輯回歸分析結(jié)果。兩者的檢驗(yàn)值p全都小于0.05，因此，騎車人頭部AIS 2+和AIS 3+損傷風(fēng)險與車輛碰撞速度顯著相關(guān)。風(fēng)險曲線如圖15所示。頭部損傷風(fēng)險隨著車輛碰撞速度的增大而增大。車輛碰撞速度在50～70km/h時，頭部AIS 2+和AIS 3+風(fēng)險增長速度最快。頭部AIS 2+和AIS 3+風(fēng)險為50%時所對應(yīng)的車輛碰撞速度分別為53.8和58.9km/h，這與文獻(xiàn)[21]中基于德國GIDAS數(shù)據(jù)庫中自行車案例的分析結(jié)果非常接近。

表5 頭部損傷風(fēng)險邏輯回歸分析結(jié)果

下肢是除頭部外自行車騎車人最易受傷的部位，在騎車人下肢AIS 2+損傷中，股骨、脛骨、腓骨和踝關(guān)節(jié)處等骨頭骨折較為常見(表2)。表6列出車輛碰撞速度與自行車騎車人下肢骨折風(fēng)險的邏輯回歸分析結(jié)果。檢驗(yàn)值p小于0.05，因此，騎車人下肢骨折風(fēng)險與車輛碰撞速度同樣顯著相關(guān)。圖16為下肢骨折風(fēng)險曲線圖。從圖16可以看出，騎車人下肢骨折風(fēng)險隨著車輛碰撞速度的增大而增大。車輛碰撞速度在30～50km/h之間時，骨折風(fēng)險增長最快。50%下肢骨折風(fēng)險所對應(yīng)的車輛碰撞速度為41.2km/h。

表6 下肢骨折風(fēng)險邏輯回歸分析結(jié)果

3 討論

利用多剛體動力學(xué)軟件MADYMO對IVAC數(shù)據(jù)庫中24例自行車碰撞事故進(jìn)行重建。仿真得到的自行車騎車人與車輛的碰撞位置、騎車人拋出距離和車輛與騎車人最終落地位置均與采集真實(shí)事故數(shù)據(jù)吻合很好，這保證了事故重建的可靠性。

圖6顯示，騎車人WAD與坐高的比值ω與車輛碰撞速度有較強(qiáng)的相關(guān)性，且比值隨著車輛碰撞速度的增大而增大。這主要與騎車人在轎車發(fā)動機(jī)罩表面的滑行距離相關(guān)。車輛碰撞速度越大，騎車人在車輛發(fā)動機(jī)罩上的滑行距離就會越大，從而導(dǎo)致騎車人的繞轉(zhuǎn)距離變大而增大比值。同時，24例自行車事故中有10例事故騎車人頭部繞轉(zhuǎn)距離超過我國現(xiàn)有推薦性行人保護(hù)法規(guī)中頭錘碰撞試驗(yàn)區(qū)間的最大極限2 100mm[22]。因此，若使用頭錘碰撞試驗(yàn)來評估車輛前部結(jié)構(gòu)對自行車騎車人頭部保護(hù)性能時，碰撞測試區(qū)域應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大。

事故重建結(jié)果顯示，騎車人頭部碰撞速度與車輛碰撞速度存在較強(qiáng)的相關(guān)性，這與Otte的研究結(jié)果一致[17]。從圖8可以看出，其比值分布在0.6～1.1之間。比值超過1的多為車輛碰撞速度較低的情況下，這主要是由于低速碰撞時，自行車速度對騎車人頭部碰撞速度的影響相對較大，當(dāng)車輛速度與自行車速度方向垂直時，自行車的行駛速度可以明顯增大頭部碰撞時刻的分速度，從而起到增大騎車人頭部與車輛碰撞速度的效果。隨著車輛碰撞速度的增大，自行車速度的影響減小，在碰撞后的滑行過程中，由于摩擦力的作用，騎車人頭部在與車輛碰撞前就會具有一定的與車輛同方向的速度，這在一定程度上會減小騎車人頭部的碰撞速度。因此，隨著車輛碰撞速度的增大，騎車人頭部碰撞速度與車輛碰撞速度的比值在多數(shù)情況下小于1。

4 結(jié)論

車輛-自行車碰撞事故中，騎車人頭部繞轉(zhuǎn)距離WAD與坐高的比值和頭部碰撞速度與車輛碰撞速度存在一定的相關(guān)性。WAD與坐高的比值隨著車輛碰撞速度的增大而增大，分布范圍為1.0～1.7。頭部碰撞速度與車輛碰撞速度比值分布在0.6～1.1之間。

騎車人和自行車的拋出距離與車輛碰撞速度相關(guān)，拋出距離與車輛碰撞速度的回歸模型可用于估算車輛碰撞速度。

頭部和下肢是自行車騎車人最易受傷的兩個身體部位。邏輯回歸模型分析表明：50%頭部AIS 2+和AIS 3+損傷風(fēng)險所對應(yīng)的車輛碰撞速度分別為53.8和58.9km/h；50%下肢骨折風(fēng)險所對應(yīng)的車輛碰撞速度為41.2km/h。

[1] Yan X P, Ma M, Huang H L, et al.Motor Vehicle-bicycle Crashes in Beijing: Irregular Maneuvers, Crash Patterns, and Injury Severity[J].Accid Anal Prev,2011,43(5):1751-1758.

[2] Attewell R G, Glase K, McFadden M.Bicycle Helmet Efficacy: A Meta-analysis[J].Accid Anal Prev,2001,33(3):345-352.

[3] 公安部.中華人民共和國道路交通事故統(tǒng)計年報(2010年度)[R].北京:公安部交通管理局,2011.

[4] Otte D.Injury Mechanism and Crash Kinematics of Cyclists in Accidents—An Analysis of Real Accidents[C].SAE Paper 892425.

[5] Kroon P.Bicycle Accidents in Gothenburg 1983-1984[D].Gothenburg: Gothenburg University,1990.

[6] Mizuno Y, Ishikawa H.Summary of IHRA Pedestrian Safety WG Activities-Proposed Test Methods to Evaluate Pedestrian Protection Afforded by Passenger Cars[C].The 19th ESV Conference.Paper 280, June 2001.Amsterdam, Holland.

[7] Maki T, Kajzer J, Mizuno K, et al.Comparative Analysis of Vehicle-bicyclist and Vehicle-pedestrian Accidents in Japan[J].Accid Anal Prev,2003,35(6):927-940.

[8] 莫富灝,楊濟(jì)匡,李松慶.汽車前部結(jié)構(gòu)對騎車人顱腦損傷防護(hù)特性的影響[J].機(jī)械工程學(xué)報,2010,46(5):105-112.

[9] 許駿,李一兵.汽車-自行車碰撞事故中騎車人頭部損傷仿真分析[J].汽車工程,2008,30(8):667-670.

[10] Li F, Yang J K.A Study of Head-brain Injuries in Car-to-pedestrian Crashes with Reconstructions Using In-depth Accident Data in China[J].International Journal of Crashworthiness,2010,15(2):117-124.

[11] Kong C Y, Yang J K.Logistic Regression Analysis of Pedestrian Casualty Risk in Passenger Vehicle Collisions in China[J].Accid Anal Prev,2010,42(4):987-993.

[12] Yang J K.Injury Biomechanics in Car-Pedestrian Collisions: Development, Validation and Application of Human-Body Mathematical Models[D].Gothenburg: Chalmers University of Technology,1997:1-6.

[13] Yang J K, Lovsund P, Cavallero C, et al.A Human-Body 3D Mathematical Model for Simulation of Car-Pedestrian Impacts[J].Traffic Injury Prevention,2000,2(2):131-149.

[14] Martinez L, Guerra L, Ferichola G, et al.Stiffness Corridors of the European Fleet for Pedestrian Simulation[C].The 20th ESV Conference.Paper Number:07-0267, June,2007,Lyon, France.

[15] Soden P D, Millar M A, Adeyefa B A, et al.Loads, Stresses and Deflections in Bicycle Frames[J].Journal of Strain Analysis,1986,21(4):185-195.

[16] Maki T, Kajzer J, Mizuno K.The Behavior of Bicyclists in Frontal and Rear Crash Accidents with Cars[J].JSAE Review,2001,22(3):357-363.

[17] Otte D.Use of Throw Distances of Pedestrians and Bicyclists as Part of a Scientific Accident Reconstruction Method[C].SAE Paper 2004- 01-1216.

[18] 陽兆祥.交通事故力學(xué)鑒定教程[M].南寧:廣西科學(xué)技術(shù)出版社,2002.

[19] Dobson A J.An Introduction to Generalized Linear Models[M].Chapman & Hall/CRC,2002.

[20] Yao Jianfeng, Yang Jikuang, Otte D.Investigation of Head Injuries by Reconstructions of Real-world Vehicle-adult-pedestrian Accidents[J].Safety Science,2008,46(7):1103-1114.

[21] Peng Yong, Chen Yong, Yang Jikuang, et al.A Study of Pedestrian and Bicyclist Exposure to Head Injury in Passenger Car Collisions Based on Accident Data and Simulations[J].Safety Science,2012,50(9):1749-1759.

[22] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 24550—2009汽車對行人的碰撞保護(hù)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

A Study on the Dynamic Response and Injury of Cyclist Basedon Car-bicycle Accident Reconstruction

Nie Jin1,2& Yang Jikuang1,3

1.HunanUniversity,StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufacturingforVehicleBody,Changsha410082;2.LoudiVocationalandTechnicalCollege,Loudi417000; 3.DepartmentofAppliedMechanics,ChalmersUniversityofTechnology,Sweden41296

Firstly 24 car-bicycle crash accident cases are chosen from traffic accident database built up by in-depth survey to conduct accident reconstruction based on multi-body dynamics model for car-bicycle crash.Then on this base the correlations of the dynamic response process and head impact conditions (speed, duration and angle of head impact) of cyclist with car impact speed under typical crash pattern are analyzed, and the injury distribution of different parts of cyclist body and the risks of head injury and lower limb fracture are further studied.The results indicate that the head wrap around distance, the speed, duration and angle of impact of cyclist have a rather strong correlation with car impact speed.Car impact speed and throw out distance of cyclists has a great effect on cyclist's injury.The risks of head AIS 2+, head AIS 3+ injury and lower limb fracture of cyclist have a significant correlation with car impact speed.

accident reconstruction; cyclist; dynamics responses; injury

*湖南省科技計劃項(xiàng)目(2014SK3213)、國家863計劃項(xiàng)目(2006AA110101)、國家自然科學(xué)基金(51205119)和湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題(61075004)資助。

原稿收到日期為2013年3月24日。