基于事故再現(xiàn)的騎車人與行人各部位損傷的對(duì)比研究?

鄒鐵方，易 亮，肖 璟，胡 林

前言

雖然我國(guó)道路交通事故各項(xiàng)數(shù)據(jù)均逐年下降，但弱勢(shì)道路使用者的死亡人數(shù)占比卻始終維持在60%左右，且呈現(xiàn)出微弱上升趨勢(shì)。其中，騎電動(dòng)自行車者在交通事故中的死亡人數(shù)占比顯著上升，從2000年的0上升到了2014年的11%。這表明我國(guó)很有必要就電動(dòng)自行車事故開展深入研究，以從中吸取教訓(xùn)，獲得經(jīng)驗(yàn)，改善交通安全[1-2]。因此兩輪車事故成為研究的熱點(diǎn)，人們利用各種技術(shù)手段與數(shù)據(jù)研究該類事故中人體損傷的影響因素和拋距等特性[3-4]，為更好地保護(hù)騎車人提供技術(shù)支持。注意到行人事故作為弱勢(shì)道路使用者事故中死亡人數(shù)占比最高的事故，相關(guān)研究已經(jīng)非常深入，通過深度事故調(diào)查、仿真和實(shí)驗(yàn)等手段，對(duì)事故中人體損傷的影響因素、來(lái)源和機(jī)理等開展了廣泛而深入的研究，取得了大量的研究成果[5-8]，將這些成果引入電動(dòng)自行車事故研究中，可用較低的代價(jià)獲得保護(hù)騎車人的實(shí)用成果。為此，相關(guān)學(xué)者對(duì)電動(dòng)自行車和行人事故中人體損傷的差異進(jìn)行了探討。

文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[10]中通過分析指出，在相同碰撞車速下騎車人因頭部損傷而死亡的風(fēng)險(xiǎn)略低于行人，并探索了城市道路限速值的設(shè)置問題；文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[12]中利用深度事故調(diào)查數(shù)據(jù)得出騎車人頭部損傷風(fēng)險(xiǎn)比行人低的結(jié)論；文獻(xiàn)[13]中的仿真結(jié)果表明，碰撞時(shí)刻騎車人頭部速度低于行人，同樣意味著同等條件下騎車人損傷風(fēng)險(xiǎn)低于行人；文獻(xiàn)[14]中則運(yùn)用CIDAS數(shù)據(jù)從標(biāo)準(zhǔn)制定角度指出，行人頭部與轎車、騎車人頭部與轎車兩種碰撞工況類似，只須適當(dāng)擴(kuò)充行人保護(hù)現(xiàn)行法規(guī)中對(duì)沖擊的速度與角度和撞擊點(diǎn)位置的規(guī)定，則可涵蓋對(duì)兩輪車乘員保護(hù)的范疇；文獻(xiàn)[15]中根據(jù)真實(shí)案例發(fā)現(xiàn)，騎車人頭部碰撞位置比行人更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)罩后端。這些研究為更好地了解騎車人與行人在事故中損傷的差異提供了大量信息，但研究主要針對(duì)頭部損傷且沒有分析損傷來(lái)源。人體損傷主要來(lái)源于地還是來(lái)源于車也是事故分析中的重要問題，只有弄清楚該問題才能更好地了解人體在事故中的損傷特性，從而為更好地保護(hù)提供支持。

文獻(xiàn)[16]中基于真實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)有一部分弱勢(shì)交通使用者頭部損傷由地所致；文獻(xiàn)[17]中借助深度事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，汽車碰撞是造成行人損傷特別是重傷的主要原因，但人體被拋出后與地面的撞擊也不可忽略，在某些情況下同樣可以導(dǎo)致致命傷；文獻(xiàn)[18]中的仿真結(jié)果表明，行人頭部損傷來(lái)源取決于車速，車速低于30km/h時(shí)主要來(lái)源于地，而車速高于40km/h時(shí)則主要來(lái)源于車輛；文獻(xiàn)[19]中利用仿真技術(shù)研究了不同車型碰撞事故中行人頭部損傷來(lái)源，發(fā)現(xiàn)車型對(duì)人體損傷來(lái)源也有影響。同樣，這些研究中幾乎均只涉及行人頭部損傷，其他部位的損傷則較少涉及。雖然頭部損傷是交通事故中致死的主要原因，但并不意味著其他部位不重要，它們的損傷同樣需要研究。而在損傷的研究過程中，基于真實(shí)事故再現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)人體(特別是電動(dòng)自行車騎車人)各部位的損傷及其來(lái)源的比較研究則是空白。

為此，本文中利用PC-Crash分別再現(xiàn)57例電動(dòng)自行車事故和64例行人事故，并采集數(shù)據(jù)，在利用已有成果對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和篩選后，研究人體各部位損傷差異和騎車人、行人損傷來(lái)源與差異。

1　數(shù)據(jù)來(lái)源及驗(yàn)證

1.1　數(shù)據(jù)來(lái)源

首先從湖南大學(xué)交通事故調(diào)查、奧地利格拉茨科技大學(xué)事故深度調(diào)查等項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)近5年的137例電動(dòng)自行車事故和164例行人事故案例選出與汽車前碰撞這一類事故分別為57例和64例；然后利用PC-Crash再現(xiàn)每例事故，再現(xiàn)的詳細(xì)步驟可參閱文獻(xiàn)[20]和文獻(xiàn)[21]。為保證再現(xiàn)結(jié)果的可靠性，要求事故中所有可測(cè)痕跡均能在事故再現(xiàn)仿真中得到合理解釋；最后采集騎車人和行人各部位損傷及拋距等信息。

1.2　數(shù)據(jù)驗(yàn)證

選用張亮模型[22]即式(1)、聶進(jìn)模型[9]即式(2)、Burg模型[23]即式(3)和林慶峰模型[24]即式(4)，驗(yàn)證所采集的騎車人拋距數(shù)據(jù)。圖1為騎車人拋距-車速關(guān)系曲線。由圖可知，采集所得數(shù)據(jù)均勻分布于4位學(xué)者所提出模型的曲線周圍，說明數(shù)據(jù)可靠，可做進(jìn)一步分析。

式中:S為騎車人拋距；v為汽車車速。

圖1　騎車人拋距-車速關(guān)系曲線

選用文獻(xiàn)[25]中的模型即式(5)和式(6)及Fugger模型[26]即式(7)和 Toor模型[26]即式(8)，來(lái)驗(yàn)證行人事故中的再現(xiàn)數(shù)據(jù)，式中Sp表示騎車人拋距。

圖2給出車速行人拋距圖，圖中vc為采集到的車速。由圖2可知，所采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)幾乎均落在已有模型曲線的范圍內(nèi)，說明數(shù)據(jù)可靠，可做進(jìn)一步分析。

圖2　車速-行人拋距圖

1.3　離群值的處理

為減小異常數(shù)據(jù)對(duì)分析結(jié)果的影響，在分析數(shù)據(jù)前對(duì)數(shù)據(jù)離群值進(jìn)行處理。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中拉依達(dá)原理:如果殘差(觀測(cè)值X與期望值E(X)之差)的絕對(duì)值大于3倍標(biāo)準(zhǔn)差S，則可認(rèn)為該離群值為異常值，應(yīng)予以剔除。據(jù)此分別判別各部位損傷數(shù)據(jù)，最終電動(dòng)自行車事故需剔除4例，剩余53例；行人事故剔除5例，剩余59例。

2　數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

2.1　人體各部位損傷對(duì)比分析

以車速為橫坐標(biāo)，騎車人和行人各部位損傷值為縱坐標(biāo)，分別繪出數(shù)據(jù)散點(diǎn)和擬合得到的趨勢(shì)曲線。

2.1.1頭部

圖3為行人和騎車人頭部HIC15損傷對(duì)比圖。由圖可知，當(dāng)車速低于25km/h時(shí)，行人與騎車人頭部HIC15值相差不大；當(dāng)車速高于25km/h時(shí)，行人頭部比騎車人頭部所受傷害更大。這與已有研究結(jié)論相符，即相同車速下，行人頭部損傷風(fēng)險(xiǎn)大于騎車人頭部損傷風(fēng)險(xiǎn)。

圖3　頭部HIC15對(duì)比

2.1.2胸部

行人和騎車人胸部3ms加速度值對(duì)比見圖4。由圖可知，當(dāng)車速低于47km/h時(shí)，騎車人胸部加速度值大于行人；當(dāng)車速高于47km/h時(shí)，行人胸部加速度值大于騎車人。

圖4　胸部3ms加速度對(duì)比

2.1.3大腿

大腿最大受力對(duì)比分別見圖5和圖6。由圖5可知，騎車人左大腿損傷均大于行人左大腿損傷；由圖6可知，當(dāng)車速低于20km/h時(shí)，行人右大腿損傷大于騎車人右大腿損傷；當(dāng)車速高于20km/h時(shí)，騎車人右大腿損傷大于行人右大腿損傷。

圖5　左大腿最大受力對(duì)比

圖6　右大腿最大受力對(duì)比

2.1.4小腿

圖7和圖8給出小腿最大受力對(duì)比圖。由圖可知，騎車人小腿損傷均大于行人小腿損傷。

圖7　左小腿最大受力對(duì)比

圖8　右小腿最大受力對(duì)比

2.2　人體各部位損傷來(lái)源對(duì)比分析

以人在事故再現(xiàn)過程中完全騰空的時(shí)刻為分界點(diǎn)，該時(shí)刻前的數(shù)據(jù)視為主要來(lái)源于車輛撞擊所致，該時(shí)刻后的數(shù)據(jù)視為主要來(lái)源于地面撞擊所致，相應(yīng)的數(shù)據(jù)稱之為損傷來(lái)源數(shù)據(jù)。以車速為橫坐標(biāo)，各部位損傷來(lái)源值為縱坐標(biāo)，分別繪出數(shù)據(jù)散點(diǎn)和擬合得到的趨勢(shì)曲線。

2.2.1頭部

圖9為頭部HIC15損傷來(lái)源對(duì)比圖。由圖可知，當(dāng)車速低于30km/h時(shí)，HIC15值都很接近，不易判斷；車速高于30km/h后，總體上騎車人和行人頭部損傷主要都來(lái)源于車輛撞擊。

圖9　HIC15損傷來(lái)源對(duì)比

2.2.2胸部

騎車人與行人胸部3ms加速度損傷來(lái)源對(duì)比見圖10。由圖可知:在整個(gè)車速范圍，騎車人胸部3ms加速度值差別不大，難以判斷；而行人胸部損傷，當(dāng)車速低于42km/h時(shí)，來(lái)源于地面撞擊，當(dāng)車速高于42km/h時(shí)，來(lái)源于車輛撞擊。

2.2.3大腿

圖10　胸部損傷來(lái)源對(duì)比

騎車人與行人大腿所受最大碰撞力的損傷來(lái)源對(duì)比見圖11和圖12。由圖可知，騎車人和行人大腿損傷來(lái)源均因車輛撞擊所致，而由車輛造成的騎車人大腿損傷均大于由車輛造成的行人大腿損傷。

圖11　左大腿損傷來(lái)源對(duì)比

圖12　右大腿損傷來(lái)源對(duì)比

2.2.4小腿

騎車人與行人小腿所受最大碰撞力損傷來(lái)源對(duì)比見圖13和圖14。從圖13可知:騎車人左小腿損傷主要來(lái)源于車輛撞擊；行人左小腿損傷大致是當(dāng)車速低于42km/h時(shí)，主要來(lái)源于車輛撞擊，當(dāng)車速高于42km/h主要來(lái)源于地面撞擊。從圖14可知:騎車人右小腿損傷當(dāng)車速低于15km/h時(shí)，主要來(lái)源于地面撞擊，當(dāng)車速高于15km/h時(shí)，主要來(lái)源于車輛撞擊；而行人右小腿損傷，當(dāng)車速低于45km/h時(shí)主要來(lái)源于地面撞擊，當(dāng)車速高于45km/h時(shí)，主要來(lái)源于車輛撞擊。

圖13　左小腿損傷來(lái)源對(duì)比

圖14　右小腿損傷來(lái)源對(duì)比

3　結(jié)論

通過從53例電動(dòng)自行車-汽車碰撞、59例行人-汽車碰撞事故中獲得的數(shù)據(jù)，對(duì)比研究了交通事故中電動(dòng)自行車騎車人和行人的損傷與損傷來(lái)源差異，通過對(duì)比電動(dòng)自行車騎車人和行人頭部、胸部、大腿和小腿等部位損傷與損傷來(lái)源，發(fā)現(xiàn)行人頭部損傷風(fēng)險(xiǎn)大體上高于騎車人頭部損傷風(fēng)險(xiǎn)，但騎車人和行人頭部損傷大體上均來(lái)源于車輛撞擊。當(dāng)車速低于47km/h時(shí)，騎車人胸部損傷風(fēng)險(xiǎn)大于行人，而當(dāng)車速高于47km/h時(shí)，行人胸部損傷風(fēng)險(xiǎn)則高于騎車人。損傷來(lái)源方面，騎車人胸部3ms加速度值在整個(gè)車速范圍差別不大，損傷來(lái)源沒有明顯傾向性；而行人胸部損傷在車速低于42km/h時(shí)主要來(lái)源于地面撞擊，在車速高于42km/h時(shí)主要來(lái)源于車輛撞擊。大體上騎車人大腿損傷風(fēng)險(xiǎn)高于行人大腿損傷風(fēng)險(xiǎn)，兩者損傷主要均為車輛撞擊所致。騎車人小腿的損傷風(fēng)險(xiǎn)高于行人小腿的損傷風(fēng)險(xiǎn)。騎車人小腿損傷主要來(lái)源于車輛撞擊，而行人小腿損傷來(lái)源則隨速度高低而異。

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