行人碰撞事故中不同步态对行人下肢响应的影响研究

摘要

在我国，2008-2017年间步行者的死亡人数远高于其他主要弱势道路使用者的死亡人数，2017年仅行人的死亡人数就占交通事故总死亡人数的27.11%。现有的研究表明，在研究车辆与行人碰撞过程中，对行人下肢肌肉主动特性的研究有限，对于不同步态对下肢损伤影响的研究并不全面。　　本文的研究目的在于研究汽车-行人事故中，车辆碰撞速度、行人步态及肌肉主动力等因素对行人下肢损伤的影响。本文共采集了354例车辆与行人碰撞事故的网络视频作为案例样本，对事故中车辆与行人的碰撞位置以及行人在碰撞瞬间的姿态做出了统计分析。运用了12起深入的行人事故对行人下肢动力学响应特点进行了研究。通过仿真实验所得数据与Kerrigan尸体样本碰撞实验所获得的运动学实验数据对比，对所使用的混合行人模型的有效性进行了验证。对丰田Yaris整车模型进行了简化建模，建立了简化的人-车正面碰撞仿真模型，并对该模型的有效性进行了验证。利用该简化模型结合统计结果设计仿真实验方案，探究了交通事故中车辆速度与行人步态对下肢损伤的影响。　　根据事故视频研究及深入的行人事故研究表明：车辆碰撞行人侧面的概率最大，占比76.3%，事故中行人处于行走姿态的概率最大，占比41.5%，其次为跑步姿态。行人的姿态会对其动力学响应造成影响，行人先与车辆碰撞的下肢损伤高于后与车辆碰撞的下肢的概率较大，且车速的增加会增加行人下肢损伤概率。　　行人步态参数研究表明：在动力学响应方面，车速的增加会使行人下肢损伤风险增加，且行人胫骨的骨折风险高于股骨。先与车辆接触的下肢胫骨与股骨弯矩峰值的平均值大于后与车辆接触的下肢。从各速度下弯矩以及轴向力峰值的平均值分析，对于股骨而言，在行人为跑步姿态时的弯矩峰值与行走时的轴向力峰值为最低，而均在行人站立时为最高；对于胫骨而言，行人站立时的弯矩峰值显著较高，急停时的轴向力峰值最高。在生物力学响应方面，车速的增加会导致行人下肢损伤风险明显增加，且先与车辆接触的下肢主要骨骼所受应力大于后与车辆接触的下肢的概率较大。在先、后与车辆接触的下肢主要骨骼中所受应力峰值为最大应力的概率较大的骨骼分别为腓骨与足骨。从下肢主要骨骼所受应力峰值的平均值来看，站立姿态下肢主要骨骼所受应力要高于行走、跑步以及急停姿态。　　本文中对交通事故中行人行为的统计分析结果，为行人安全研究工作提供真实直接的数据支撑。本文对交通事故中不同步态对下肢损伤的研究结果提示，行人步态对下肢损伤的影响显著，在研究行人下肢防护时可将步态纳入考虑范围。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.1.1行人保护的研究意义

1.1.2不同步态下行人下肢损伤的研究意义

1.2国内外对行人下肢安全研究现状

1.3行人碰撞保护安全评价发展现状

1.4研究方法与内容

第2章 研究方法与理论

2.1 总体思路

2.2 人体下肢解剖学结构介绍

2.2.1下肢骨骼

2.2.2下肢肌肉

2.2.3下肢关节

2.3行人下肢损伤生物力学

2.3.1行人下肢损伤类型介绍

2.3.2行人下肢耐受限度和骨折风险

2.4行人下肢损伤准则与定级标准

2.4.1行人下肢损伤的评价方法

2.4.2损伤定级标准

2.5 步态定义

2.5.1 步态的周期性

2.5.1 步态与行人事故的相关性

2.6本章小结

第3章 交通事故中行人行为分析

3.1车辆与行人碰撞事故案例

3.1.1案例样本选用规则

3.1.2案例样本基本信息

3.2视频事故案例样本统计结果

3.2.1一般事故信息

3.2.2车辆碰撞位置

3.2.3行人碰撞位置

3.2.4车辆与行人碰撞瞬间的行人姿态

3.2.5成年人与儿童在碰撞瞬间姿态的区别

3.3 深入的行人事故研究

3.3.1事故基本信息

3.3.2事故重建结果分析

3.4本章小结

第4章 混合行人碰撞模型建模及验证

4.1.1下肢有限元模型

4.1.2混合行人模型

4.2混合行人模型验证

4.2.1整车有限元模型

4.2.2混合行人模型验证

4.3简化车辆与行人碰撞模型的建立及验证

4.4本章小结

第5章 行人步态对下肢损伤的影响研究

5.1 实验设计

5.2行人下肢动力学响应分析

5.2.1行人下肢损伤

5.2.2行人下肢骨折风险

5.2.3行人下肢动力学响应分析结果

5.3行人下肢生物力学分析

5.3.1行人各姿态下应力统计

5.3.2行人下肢生物力学分析结果

5.4本章小结

总结与展望

参考文献

致谢