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原文传递基于多刚体模型的人车碰撞事故分析

论文题名：	基于多刚体模型的人车碰撞事故分析
关键词：	人车碰撞;道路交通事故;动力学仿真;多刚体模型
摘要：	从2008年至2012年间的道路交通事故统计年报中关于易受伤害道路使用者死亡人员统计中,行人作为事故参与者的数量占死亡人数总量为25％左右,在易受伤害道路使用者中所占比例最高,并且近五年行人死亡数量居高不下,说明人车碰撞在交通事故中为高发交通事故形式,该领域的研究对于减少道路交通事故有着重要的现实意义。　　为了准确模拟人车碰撞及抛射阶段,本文以多刚体动力学为基础,依托PC-CRASH/MADYMO仿真平台进行人车碰撞动力学仿真研究。行人分别与高头车与钝头车在不同仿真方案下进行碰撞,并通过SPSS软件分析行人抛距仿真数据,判断各因素对抛距影响的显著性,得到以下规律: 　　高头型汽车与行人的碰撞过程中,当在0.05显著性水平上检验显著性时,分析出汽车质量、行人与地面摩擦系数、道路坡度对抛距影响显著。其中汽车质量P=0.001,构成的配对样本概率分别为0.143、0.001、0.010,随着车速增大,行人抛距随汽车质量增大而增大;行人与地面摩擦系数P=0.013,并且当处于中低车速时(V<80km/h),摩擦系数对于行人的总抛距没有明显影响,当车速位于较高车速时(V>80km/h),随着摩擦系数的增加,行人的总抛距减小;道路坡度P=0.009,构成的配对样本概率分别为0.009、0.006、0.012,随着车速增大,行人总抛距随道路坡度增大而减小。　　钝头型汽车与行人的碰撞过程中,当在0.05显著性水平上检验显著性时,分析出制动强度、汽车质量、行人质量、行人与地面摩擦系数、道路坡度对抛距影响显著。其中制动强度p=0.004,并且制动强度越大,行人的总抛距越小;汽车质量p=0.000,构成的配对样本概率分别为0.020、0.000、0.001,汽车质量越大,行人的总抛距越大;行人质量p=0.000,构成的配对样本概率分别为0.005、0.006、0.039,且随着行人质量的增加,行人的总抛距越大。行人与地面的摩擦系数p=0.015、车速处于较低区间时(V<30km/h),此时行人的总抛距基本位于同一直线上,说明此区间内摩擦系数对行人抛距影响小。当车速V>30km/h,随着摩擦系数的增加,行人的纵向抛距有变小的趋势;道路坡度p=0.001,且上坡时行人抛距随坡度增加明显缩短,下坡由于惯性等多方面因素,行人抛距随着坡度增加而增加。该章结论应用于事故再现仿真时,有利于减少模型修正次数,提高计算机仿真模拟效率,并且为将来基于大量真实事故的行人抛距数据,构建不同碰撞环境的抛距模型奠定基础。　　通过人车碰撞深度调查中行人损伤及原因的深入分析研究,利用MADYMO软件建立长头车碰撞行人、短头车碰撞行人的多刚体模型,通过将碰撞速度设置为10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h,设置发动机罩的角度为5°、10°、15°、20°,风挡玻璃倾角为30°、45°,保险杠高度设置为分别为440mm、540mm、640mm,通过输出行人HIC、VC、胫骨加速度、膝关节弯曲角度、股骨弯矩、冲击力等损伤参数分析得到以下结果: 　　(1)行人的HIC随着车速增加而增加,且均超过了1000,并且随着车速的增加,短头车与行人发生碰撞后行人的头部损伤风险更大;行人胸部VC随着车速增加而增加,但均未超过1.0m/s,说明行人胸部受到粘性损伤风险很小;当长头车车速达到40km/h,短头车车速达到30km/h时,行人胫骨加速度开始超过了150g,行人发生AIS2+风险的概率大大增加;车速30km/h为行人股骨发生AIS2+损伤风险的车速阈值;在高车速区间(大于50km/h),行人的股骨冲击力会达到损伤阈值而发生损伤风险。　　(2)长头车与行人碰撞中,发动机罩倾角选择在10°~20°对于减少行人头部损伤有直接作用。在短头车与行人碰撞过程中,建议短头车的发动机罩倾角尽量小于10°或大于20°,风挡玻璃倾角尽量小于30°。　　(3)长头车碰撞行人过程中,保险杠高度的变化对HIC值影响更显著,保险杠高度设计在440mm~540mm之间能减小行人大腿风险,且股骨弯矩有减小的趋势。行人与短头车碰撞过程中,保险杠高度超过540mm减小行人膝关节的损伤风险。
作者：	蒋阳
专业：	车辆工程
导师：	黄海波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西华大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文