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实际多行人汽车碰撞事故重构

Rong Guo, C.E.Neal-Sturgess, E.Carter

伯明翰汽车安全中心，伯明翰大学，保险B152TT，英国

摘要：行人事故通常是指一个行人和一辆汽车之间的碰撞，而且这也是现实中最常见的一类行人事故。然而，有时在市中心，我们也可以看到复杂的行人事故，例如卷入多个行人的汽车事故。由于事故数据有限以及这类事故本身的复杂特性，所以有关这方面的研究进行得极少。本文借助一例证据充分的卷入了三个行人（一名女性成年人和两名男性儿童）的真实车祸数据来说明多行人碰撞事故的基本特征，并探究利用多刚体动力学分析软件Madymo重构这类事故的可能性。

关键词：行人事故 Madymo重构

引言

被研究人员用来分析并提高行人安全的方法有很多，基于实际数据的事故重构便是其中一种方式。Adamec和Schonpflug在2003年重构了一场致命的宝马5系与一名普通男性碰撞的行人事故；Coley等人在2004年重构了现实中一场致命的行人事故，他的重构模型包含一辆中级乘用车和一名年老的女性；Guo等人则在2006年利用实际的数据重构了一场大众帕萨特的行人事故。所有的这些研究人员都是采用Madymo作为重构工具。但是，由于事故持续时间相对较长和多个自由度的参与，重构并不总是一个准确的现实事故展现。因此，为了获得一个成功的事故重构，来自事故的所有可用的信息都必须被考虑在内，比如说车辆和道路的轨迹、行人受伤的位置与严重程度。此外，建立多种可能的原始条件模型，然后将这些模型与实际证据进行对比，从而得到一个可信准确的仿真工况，通常来说也是很有必要的。

事故重构

本文所考虑的致命事故涉及到一辆日产Micra和三名行人，它是APROSYS深度数据库中的案例BP022，其中两名行人分别为7岁和10岁的男性儿童，另一名则为一位怀孕7个月的28岁成年女性。事故车辆最初以很高的速度行驶，但在碰撞前的一段时间内被实施了紧急制动。事故之后，警察立即出现在了事故现场，根据其进行的刹车痕迹测量，碰撞时的车速被估计为11m/s。一名小孩受到了中等程度的伤害，另外一名小孩和成年女性则遭到了致命的伤害。然而，因为该名女性也伴随着车辆发生了移动，而且被拖行了大约375m，因而她所受到的致命伤害是来源于最初的碰撞还是随后的从运动便不得而知。因此，Madymo软件被用作一个重构的工具，而本文也会对小孩和成年女性受到伤害的多种可能性进行讨论。

车辆模型

该车是1998年生产的日产Micra1.0，如图1所示。它使用严格的椭球面建模，车辆几何数据则是从现实中一个相似车型的测量中得到的。该模型的质量设置为900kg，这个质量包括了1998年PC-Crash数据库记录的整备质量820kg以及驾驶员和车载燃油的大概质量，车辆的刚度数据来源于欧洲NCAP测试（欧洲NCAP2004）。在这些测试当中，拥有具体质量和尺寸的标准撞击器以确定的速度在确定的位置与车辆的挡风玻璃、引擎盖以及保险杠发生撞击。正如图1所示一样，车辆的前部几何轮廓是由不同的椭圆体组成的，对每一个椭圆体来说，欧洲NCAP所给定的刚度都代表着实际车辆的刚度。车辆的几何形状和刚度曲线如图1所示，旁栏中的编码代表着使用不同的撞击器进行测试。

图1.车辆模型与刚度曲线

行人模型

因为创建一个特定的模型来匹配受害者的人体测量数据是一个关键但耗时的过程，而TNO行人模型（TNO2004）被认为是令人满意的且行业认可的模型，所以本次建模采用基于现有TNO模型的成比例模型，小孩的模型也是将TNO的小孩模型进行等比例缩放而成。在这次重构过程中，两个小孩模型的身高和体重分别被设定为139cm、37kg，成年女性模型则设定成165cm高、70kg重，而腹中的小孩不进行模型建立。

初始条件--车辆

车辆的初速度为11m/s，它是根据警察对刹车痕迹的测量估计得到的，这也表明了碰撞时的速度在23-27mph之间。由于车辆在接近碰撞时，前轮已经被抱死，所以它的加速度定为7m/s^2，正如警察报告中的描述一样，这次的刹车力度很大。然而，留在行车道上的轮胎拖痕表明在碰撞的那一瞬间并没有任何转向的动作以避免这次事故，而且目击证人的陈述当中也表明肇事车辆在发生碰撞之后没有停下来，因此车辆的避撞措施和制动作用没有被考虑在内。

初始条件--行人

根据多位目击证人的陈述，受害人当时正在人行横道上过马路，从俯视方向

图2.可能的行人初始条件

进行描述如图2所示。成年女性处于中间位置，小孩A在她的右边（靠近车辆），小孩B则在她的左边（在图2显示为远离车辆）。但是，仅仅依从证据，行人们

之间的相对位置关系是不确定的，因此，各种初始位置关系都是有可能的，所有进行试验的一些可能行人初始条件则如图2所示。

与真实事故相对应的Madymo仿真

仿真是按照图3所示的9种不同的行人初始条件来进行的。通过对比行人相对车辆接触点的运动，我们认为小孩更有可能处在一个稍微靠前一点的位置，同时造成了挡风玻璃底角稍上部位的损毁。所以，仿真工况D、E以及I比其他可能条件更能代表真实情况。而在这些可能性当中，从仿真工况I中得出的行人运动最能与车辆接触点的轨迹保持一致。

图3.所有可能初始条件的仿真

又从目击者的陈述和司机的证词当中可以知道，小孩A当时正在奔跑或者快步行走，所以小孩A的模型依此调整成图4所示。

图4.最终仿真的事故初始条件

对行人模型小孩A来说，从仿真中得到的接触点与肇事车辆的损毁部位相匹配。如图5所示，在碰撞的第一阶段，他的右腿首先与车牌发生接触，然后撞击了发动机盖前沿，紧接着他的左腿与保险杠的上边角处相互接触，而且他的骨盆也接触到了前大灯的上部。在与车辆前部发生碰撞之后，他的身体翻转了一下，然后他的头撞到了挡风玻璃底角的稍上部位，如图6所示。小孩躯体与车辆的接触部位以及相关的伤害情况可以在表1中找到。

同样是小孩A，由于他的身高和所处位置，他的躯体被车辆前部相对较硬的区域撞击，而且其头部撞击位置也是挡风玻璃上最硬的区域之一，所以正如表2所示，他的HIC值和TTI值在碰撞记录中最高。图10中的广义普拉萨德/默茨曲线(NHTSA 1995)指出了这些数值所表示的头部伤害致命程度（gt;99%），但是没有表明胸腔伤害致命程度。

图5.小孩A与车辆的碰撞

图6.小孩A的头部撞击点

女性行人很有可能最先也是以步行的速度与车辆发生碰撞，因为她怀孕了而没有奔跑。如图7所示，在先期的碰撞之后，她的右腿可能被小孩A的脚或者其他的身体部位撞到，她的左小腿则与车辆的保险杠产生了接触，因而可能造成了车牌的损坏。与保险杠发生碰撞后，她的骨盆和脊椎全部砸到了发动机盖上，进而在撞击挡风玻璃之前给发动机盖造成了大的凹痕，如图8、9所示。她的身体与车辆的接触部位以及相关的伤害可在表1中找到。根据表2所示的仿真结果，并对比图10、11的广义普拉萨德/默茨曲线(NHTSA 1995) 和TTI 伤害曲线(Morgan et al 1986)可知，该名女性绝大程度上并没有受到致命的头部伤害（大约10%可能性的中等头部伤害）和胸腔伤害。

对于小孩B，我们很难将任何一种碰撞迹象归咎于肇事车辆。仿真结果表明，他绝大可能是被另两位行人撞击，而不是与车辆发生直接接触。因此，正如他的伤害来自身体相互作用一样，这些伤害是中等程度的，包括右大腿、右肩膀的擦伤以及左右膝盖和手的青肿。

图7.女性行人与保险杠的碰撞

图8.女性行人与发动机盖的碰撞

图9.女性行人与车的接触部位

表1与尸检伤害相对应的仿真接触部位

表2伤害参数

图10.与给定HIC值相对应的具体头部伤害水平概率

广义普拉萨德/默茨曲线 (NHTSA 1995)

图11.与给定TTI值相对应的严重胸腔伤害水平概率（来源：Morgan 1986）

讨论

延时仿真

一个持续1.5s的延时仿真被执行以便探索直接的定点碰撞情节。如图12所示，它表明了那两个小孩可能被抛向了空中，这与目击者的陈述是相符的。而女性行人可能没有被抛向空中，这也许是因为她的体重以及其与小孩的相互接触作用，但是很明显她滑过了发动机盖，由此可能造成了发动机盖的额外变形。

图12.延时仿真

图13显示了三位行人最终静止的投影位置。它表明小孩B和女性行人躺在车辆的正前方。又从轮胎拖痕可知，肇事车辆在撞击了行人之后没有完全停住。相比仿真中所用的恒定减速度，车辆减速度的变化可以导致稍有不同的行人运动。因此，图13中的最终静止位置仅能认为是大致的位置，因为最初的行人位置乃至手臂的一个轻微移动也会引起最终静止位置的截然不同。但是，从仿真结果中可以知道，成年女性行人在车辆的正前方停止了移动，这与目击者的陈述保持了一致，也即成年女性行人被车辆撞飞了，且在车辆停止前被拖行了375m。

图13.行人最终静止位置

身体相互作用

在这起多行人车祸当中，行人群组的身体相互作用是影响行人运动与轨迹的一个决定性

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