基于轿车碰撞事故重建的驾驶员损伤风险分析研究

摘要

深入的事故调查和事故重建是进行车辆安全性改进的基础,同时各种仿真模型的可靠性评估、损伤评估和损伤机理研究工作也离不开深入的事故调查和事故重建的工作成果。因此深入的交通事故调查正受到越来越多的重视和关注。
　　 本文旨在研究汽车交通事故中驾驶员的动力学响应及致伤原因,在深入的事故调查基础上应用多刚体动力学及有限元方法,以一起真实的轿车撞树事故为例,建立了一种系统的驾驶员损伤风险综合分析方法,并对影响重建结果的约束系统参数进行分析;这些方法为评估和分析车辆在真实事故中对驾驶员的保护效果提供了有效途径,同时为车辆碰撞事故中乘员的损伤研究提供了可行方法。
　　 利用PC-Crash软件重现选自德国GIDAS数据库中的一起轿车撞树事故的整个动态过程,从而得到车辆的初始碰撞速度(V)、碰撞角度(A)和碰撞重叠率(O)。
　　 用有限元仿真代替真车试验进行二次重建。事故车辆的有限元模型来源于美国国家车辆碰撞和分析中心(NCAC),该模型与事故车辆为同类车型。根据文献提供的试验结果进行与试验条件一致的正面100％刚性墙碰撞仿真,验证了模型的可靠性。通过对比碰撞后车体变形、速度、等效能量速度及变形能,对有限元仿真结果的有效性进行评估,在研究中,采用正交试验设计方法选取试验点,通过构造目标函数和约束条件,对初始碰撞速度(V)、碰撞角度(A)和碰撞重叠率(O)三个影响因子进行优化设计,由此获得与事故信息吻合最好的有限元碰撞仿真结果。
　　 将有限元碰撞结果中得到的左侧B柱加速度曲线以及座椅附近位置的旋转角度作为MADYMO损伤风险重建的初始边界条件,建立包括车体模型、约束系统模型(主要为安全带和安全气囊)和假人模型三个部分的损伤风险分析模型。基于Euro-NCAP法规标准对重建结果的假人损伤值进行驾驶员损伤风险评估,包括头部线性加速度、HIC值;颈部剪切力、张力和弯矩;胸部压缩量和VC值;下肢压缩力、胫骨指数和接触力及上肢接触力5个部分。
　　 座椅,仪表板,安全带和安全气囊的设计参数对乘员动力学响应和损伤值影响较大。本研究在损伤风险重建模型的基础上分析了上述部件的主要设计参数变化对驾驶员损伤值影响的灵敏程度,并提出事故调查阶段获取完整事故数据用以损伤风险重建的一些建议。
　　 研究结果表明,在深入事故调查的基础上,通过结合多刚体动力学及有限元方法能够较好地重现驾驶员在碰撞过程中的动态响应过程及损伤风险,这一方法为驾驶员损伤风险重建以及分析车辆在真实事故中对驾驶员保护的效果提供了有效途径,同时可以为车辆保险公司和司法部门进行事故责任鉴定和事故理赔提供参考依据。在这一研究基础上,可以进一步使用人体有限元模型分析人体组织在真实碰撞事故中的相关生物力学响应,从而更有效的研究人体损伤机理。针对真实事故的约束系统参数分析结果可以作为车辆安全性改进参考依据。