汽车低速追尾碰撞事故中乘员颈部损伤的研究

摘要

汽车交通事故已成为当今世界威胁、残害人类的一大公害。交通事故不但造成了巨大的人员伤亡，还给全世界带来巨额的经济损失。在各种类型的车辆交通事故中，人体头颈部是最常见到的致伤部位，这在汽车的追尾碰撞中尤为常见。在追尾碰撞中，颈部伤害的比例高达77.1％，而且大部分追尾碰撞事故都是在低速(小于25km/h)情况下发生的。因此，通过对颈部损伤情况的研究，来指导汽车结构安全设计，防止低速追尾碰撞导致的颈部损伤，进而降低甚至消除乘员颈部损伤及其他类型的损伤，具有明显的经济和社会意义。
　　 本文以计算机虚拟仿真研究为主要手段，对头颈部在汽车追尾碰撞中的动力学响应进行了研究：使用多刚体追尾碰撞假人模型BioRID II，在多刚体动力学软件MADYMO的平台上建立汽车追尾碰撞乘员颈部动力学的分析模型。模型包括车体和座椅的多刚体模型、混合式三点安全带模型，以及。BioRID II假人多刚体乘员模型。在建立的模型基础上，通过调整参数，分析靠背倾角，头枕的位置及倾角、靠背接触刚度分布、调角器的旋转刚度特性及屈服强度等座椅参数对颈部动力学响应的影响。模型的输出参数包括头部和T1的加速度，相邻颈椎的相对转动角度，颈部的剪切力、轴向力和弯矩等。使用颈部损伤准则NIC值和Nkm值来评价颈部损伤的风险和评价汽车座椅颈部损伤防护性能的水平。
　　 分析结果表明，座椅特性参数对追尾碰撞中颈部的动力学响应和颈部损伤有着重要影响。靠背的倾角越大，躯干和靠背的接触点就越低，头部和头枕的间距也越大，颈部损伤的可能性越高；高并且靠近头部的头枕，和适当增大的头枕倾角，可以为头部提供有效的支撑，有助于减小颈部的伤害；上小下大的靠背刚度分布也对减小颈部损伤有利；具有较大刚度特性和较小屈服强度的可变性调角器，可以减小头部和胸部的相对运动的差异，减小颈部的损伤。
　　 根据以上的分析，提出可以通过对乘员约束系统的改进设计，以及通过预防追尾碰撞保护系统设计来减小追尾碰撞事故的发生率和减轻追尾碰撞事故发生时对乘员造成的伤害。