基于行人落地碰撞的車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

石亮亮 韓勇 王丙雨 黃紅武 周大永 楊震

摘 ??要：在行人-車輛碰撞事故中，行人頭部損傷不僅源于行人與車輛的一次碰撞，而且還有與地面的二次碰撞.為了綜合分析車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)一、二次碰撞中行人運(yùn)動(dòng)學(xué)及頭部損傷的影響，本文在MADYMO中對(duì)車輛前部結(jié)構(gòu)（擋風(fēng)玻璃角度（WA）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩角度（BA）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩長(zhǎng)度（BL）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩前沿高度（BLEH）和離地間隙（GC））進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，構(gòu)建一系列行人-車輛碰撞多體模型，并采用多元線性回歸方法分析車輛參數(shù)對(duì)行人運(yùn)動(dòng)學(xué)和頭部損傷的影響.結(jié)果表明，一、二次碰撞中，BLEH對(duì)行人頭部HIC值（車）和行人旋轉(zhuǎn)角度的影響均最為顯著（p<0.01），BA對(duì)頭部角加速度（車）的影響較BLEH更為顯著，WA、BL和GC對(duì)行人運(yùn)動(dòng)學(xué)與損傷的影響均較小.較低的BLEH對(duì)一次碰撞中行人頭部的保護(hù)更好，但BLEH過低易導(dǎo)致二次碰撞中行人頭部首先與地面碰撞，這會(huì)增大頭頸部的損傷風(fēng)險(xiǎn).本文定量分析了車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)行人一、二次碰撞的影響，研究結(jié)果可為車輛安全性設(shè)計(jì)提供理論參考.

關(guān)鍵詞：行人安全;車輛前部結(jié)構(gòu);頭部損傷;多元線性回歸分析

中圖分類號(hào)：U461.91 ?????????????????????????????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Analysis of Vehicle Front-end Structure Parameters Based

on Pedestrian Landing Impacts

SHI Liangliang1，HAN Yong2？覮，WANG Bingyu2，HUANG Hongwu1，2，

ZHOU Dayong3，4，YANG Zhen3，4

（1. School of Aerospace Engineering，Xiamen University，Xiamen 361005，China;

2. School of Mechanical and Automotive Engineering，Xiamen University of Technology，Xiamen 361024，China;

3. Key Laboratory of Automobile Safety Technology of Zhejiang Province，Ningbo 315336，China;

4. Geely Automobile Research Institute，Ningbo 315336，China）

Abstract： In the pedestrian-vehicle collision accident， pedestrian may suffer head injury not only from the primary impact with the vehicle but also from the secondary impact with the ground. In order to comprehensively analyze the influence of vehicle front-end structure parameters on pedestrian kinematics and head injury in primary and secondary impacts，in this paper， a series of multi-body models of pedestrian-vehicle collisions were constructed by utilizing the MADYMO code， with adjusting parameters of windshield angle（WA），bonnet angle（BA），bonnet length （BL），bonnet leading edge height（BLEH） and ground clearance（GC）. The influence significance of vehicle parameters on the pedestrian kinematics and injury was analyzed by using multiple linear regression analysis. The results indicate that BLEH is the most significant influence factor on head HIC value（car）（p<0.01） and pedestrian rotation angles in the primary and secondary impact，respectively.The influence of BA on the head angle acceleration （car） is more significant than that of BLEH. WA， BL and GC show a less influence on the kinematics and injuries of pedestrian. The lower BLEH provides better protection of the head in the primary collision， but it can easily lead to the head to collide with the ground firstly in the secondary impact， which increases the risk of head and neck injury. A quantitative analysis of the effect of vehicle front-end structure parameters on the primary and secondary impact was also conducted in the study， and the results can provide some reference for vehicle safety design.

Key words： pedestrian safety;vehicle front-end structure;head injury;multiple linear regression analysis

一直以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)行人交通安全的研究主要集中在行人與車輛碰撞階段[1-4]，即一次碰撞階段，而對(duì)行人與地面碰撞（二次碰撞）的研究較少.在以往的研究中，研究人員對(duì)車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)與頭部-地面碰撞損傷的關(guān)系有不同的認(rèn)識(shí)，Cavallero等人[5]提出車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)不會(huì)對(duì)行人頭部-地面碰撞造成影響，而Ashton等人[6]認(rèn)為存在相關(guān)性并發(fā)現(xiàn)在車輛速度較低的碰撞中，地面造成的頭部損傷比車輛更加嚴(yán)重.

人-車發(fā)生碰撞后，行人的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)會(huì)受到多種變量的影響，這導(dǎo)致研究行人的落地?fù)p傷機(jī)理比較困難.研究人員通常采用多體或有限元仿真的方法來研究碰撞過程中以及碰撞后行人的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng).比如：文獻(xiàn)[7]通過構(gòu)建車輛-行人碰撞模型，得出SUV碰撞中，地面對(duì)行人頭部造成的損傷更為嚴(yán)重.文獻(xiàn)[8]利用MADYMO仿真軟件構(gòu)建了約1 000例車輛-行人碰撞模型，研究了行人初始姿態(tài)和碰撞位置對(duì)人體的拋射角度、速度以及飛行高度的影響，以及行人下肢和手臂的姿勢(shì)對(duì)行人在空中運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響.文獻(xiàn)[9]采用有限元方法對(duì)行人落地碰撞進(jìn)行重建，研究了地面對(duì)行人頭部和顱腦損傷的影響，發(fā)現(xiàn)即使車輛速度降到25 km/h，當(dāng)行人頭部首先著地時(shí)，也會(huì)對(duì)顱腦造成嚴(yán)重?fù)p害.隨著研究的深入，學(xué)者們開始分析車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)與二次碰撞的關(guān)系.文獻(xiàn)[10]研究了車輛外形與行人落地姿態(tài)和落地速度之間的關(guān)系.文獻(xiàn)[11]通過對(duì)比不同車輛前部結(jié)構(gòu)，得出行人與地面碰撞的角度隨BLEH的增大而減小.

車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)既會(huì)影響一次碰撞又會(huì)影響二次碰撞過程中行人頭部損傷，因此在設(shè)計(jì)汽車前部結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，應(yīng)該綜合考慮其對(duì)兩種碰撞過程中頭部損傷的影響，從而設(shè)計(jì)出人-車友好型汽車，來減少行人頭部損傷.本研究對(duì)車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行定量調(diào)整，綜合分析各參數(shù)變化對(duì)行人一次、二次碰撞響應(yīng)與頭部損傷的影響，利用多元線性回歸方法對(duì)前部結(jié)構(gòu)參數(shù)與行人運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)和損傷值之間的關(guān)系進(jìn)行分析，得到了車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)行人HIC值（車）、頭部角加速度（車）和行人旋轉(zhuǎn)角度的影響顯著性概率p值.分析了車輛前部結(jié)構(gòu)對(duì)行人一次、二次碰撞的影響機(jī)制，找出了綜合影響因子，并對(duì)車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)改進(jìn)提出了意見.

1 ??方 ??法

1.1 ??車輛模型

車輛類型選取帶有典型發(fā)動(dòng)機(jī)罩結(jié)構(gòu)形式的普通家用型轎車.該模型的前部結(jié)構(gòu)尺寸參考有限元模型表面[12]在MADYMO中參數(shù)化地生成，所建模型的前部主要幾何結(jié)構(gòu)為：擋風(fēng)玻璃角度（WA）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩長(zhǎng)度（BL）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩角度（BA）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩前沿高度（BLEH）、離地間隙（GC）（如表1所示）.采用與文獻(xiàn)[13-14]相同的研究方法對(duì)于車輛與行人發(fā)生接觸的部位進(jìn)行剛度特性的設(shè)置，通過頭槌、腿部沖擊器模型分別對(duì)已經(jīng)過驗(yàn)證的有限元車輛[12]的保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩中部和尾部、擋風(fēng)玻璃中部和下緣部位進(jìn)行碰撞仿真（如圖1所示），碰撞速度為40 km/h，將仿真所得的各部位剛度曲線（如圖2所示）賦予到多剛體車輛模型中.

1.2 ??仿真設(shè)置

本文所用行人模型為50 th男性假人，該模型由Yang等人開發(fā)和驗(yàn)證[15-16]，模型身高1.75 m，體重78 kg.車輛-行人碰撞時(shí)行人為步行姿態(tài)的情況較普遍，本文選取行人右腿在前左腿在后的步態(tài)，步行速度為5 km/h[17].由于道路事故中，行人側(cè)面受到撞擊的情況更普遍[18]，因此本研究設(shè)定行人與車輛的接觸部位為行人身體右側(cè)面與車頭中間部位（見圖3），車輛速度為40 km/h.人車之間的接觸摩擦系數(shù)設(shè)為0.2，人與地面間的摩擦系數(shù)為0.58，地面定義為剛體，所有車輛接觸部位的遲滯斜率設(shè)置為108[10].

1.3 ??分析矩陣

為分析車輛前部各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)行人運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及損傷的影響，分別對(duì)擋風(fēng)玻璃角度（WA）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩角度（BA）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩長(zhǎng)度（BL）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩前沿高度（BLEH）、離地間隙（GC）進(jìn)行單因素定量調(diào)整分析，以原始車輛結(jié)構(gòu)尺寸為基準(zhǔn)值，各尺寸參數(shù)調(diào)整的取值范圍參照文獻(xiàn)[10，19]，調(diào)整情況見表2.

1.4 ??數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本文主要研究行人與車輛碰撞階段和行人與地面碰撞階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)與損傷情況.大量研究表明[20-22]頭部在碰撞過程中承受線性和旋轉(zhuǎn)載荷的復(fù)雜影響.本文選取最常用的線性損傷準(zhǔn)則HIC和旋轉(zhuǎn)損傷參數(shù)頭部旋轉(zhuǎn)角加速度作為頭部損傷風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo).此外，行人頭部與車輛相對(duì)碰撞速度也是一次碰撞中重要的研究參數(shù)[12，23].二次碰撞的研究表明行人與車輛接觸至行人與地面接觸的時(shí)間段內(nèi)身體繞y軸旋轉(zhuǎn)過的角度（行人旋轉(zhuǎn)角度）對(duì)行人二次碰撞損傷有顯著影響[14，24]，因此，本文選取行人旋轉(zhuǎn)角度、頭部HIC（地）、頭部角加速度（地）作為地面碰撞階段的研究參數(shù).另外，采用多元線性回歸分析方法，分別構(gòu)建以車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，頭部損傷相關(guān)參數(shù)為因變量的回歸模型，分析行人一次碰撞與二次碰撞中的影響因子，認(rèn)為p < 0.01為統(tǒng)計(jì)上顯著[25].

2 ??結(jié) ??果

2.1 ??行人運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)

表3分別展示了車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)一次碰撞與二次碰撞中行人運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響，其中，表3 （a） 為一次碰撞中行人頭部與車輛碰撞時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)學(xué)姿態(tài)，可以看出，車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)WA、BA、BL和GC的變化對(duì)行人頭部與車輛碰撞姿態(tài)的影響較小，即無明顯差異，而BLEH的改變對(duì)行人姿態(tài)的影響較大，主要表現(xiàn)在行人下肢的旋轉(zhuǎn)高度存在明顯差異：隨著BLEH的升高行人下肢旋轉(zhuǎn)高度逐漸減小，如BLEH+10 cm、+15 cm、+20 cm的碰撞中，頭部與車輛碰撞時(shí)刻行人下肢旋轉(zhuǎn)高度均未超過發(fā)動(dòng)機(jī)罩前沿.另外，車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)行人頭部與車輛的碰撞部位存在影響，在BL和BLEH的調(diào)整中，隨著參數(shù)尺寸的增加，行人頭部與車輛的碰撞部位由擋風(fēng)玻璃逐漸向發(fā)動(dòng)機(jī)罩移動(dòng).對(duì)WA、BA和GC調(diào)整時(shí)，行人頭部與擋風(fēng)玻璃的接觸部位均無明顯改變.

表3 （b）為二次碰撞中行人與地面碰撞時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)學(xué)姿態(tài)，可以看出WA、BA、BL和GC的變化對(duì)行人落地姿態(tài)的影響均較小，行人下肢首先著地，行人旋轉(zhuǎn)角度差別不大，而BLEH的改變對(duì)行人落地姿態(tài)的影響顯著.隨著BLEH的降低，行人旋轉(zhuǎn)角度逐漸減小，行人身體與地面的碰撞部位發(fā)生明顯改變.當(dāng)BLEH+0 cm、+5 cm、+10 cm、+15 cm時(shí)，行人下肢首先與地面碰撞;當(dāng)BLEH-10 cm，-15 cm時(shí)，行人頭部首先與地面碰撞.

2.2 ??車輛前部結(jié)構(gòu)對(duì)行人-車輛碰撞階段的影響

圖4為車輛前部結(jié)構(gòu)對(duì)一次碰撞中行人運(yùn)動(dòng)響應(yīng)與損傷的影響情況.其中，圖4（a）為車輛前部結(jié)構(gòu)對(duì)行人頭部-車輛相對(duì)碰撞速度的影響，可見各參數(shù)的變化對(duì)頭部-車輛相對(duì)碰撞速度的影響較小，頭部-車輛的相對(duì)碰撞速度主要集中在6～7 km/h的范圍內(nèi).其中BLEH和BA對(duì)頭部碰撞速度的影響相對(duì)較大，BL、WA和GC的影響均較小.

影響最大，其次，BA與BL對(duì)HIC值（車）的影響也較明顯.以原車型尺寸為基準(zhǔn)，當(dāng)各參數(shù)減小時(shí)，頭部HIC值（車）均無明顯變化，而在車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)增加時(shí)，頭部HIC值（車）有增大的趨勢(shì).對(duì)于參數(shù)WA和GC，無論其增大或減小，行人頭部HIC值（車）始終無明顯變化.

圖4（c）為車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)行人頭部角加速度（車）的影響.整體可見行人頭部角加速度變化范圍較大.BA、BLEH和BL與行人頭部角加速度呈一定的正線性關(guān)系，相關(guān)性分別為R2=0.95、0.81和0.86.WA與頭部角加速度呈線性負(fù)相關(guān)（R2=0.99）.

2.3 ??車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)行人-地面碰撞階段的

影響

圖5為車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)行人旋轉(zhuǎn)角度、頭部HIC值（地）和頭部角加速度（地）的影響.由圖5 （a）可見，BLEH對(duì)行人旋轉(zhuǎn)角度的影響最大，當(dāng)BLEH-10 cm和-15 cm時(shí)，行人旋轉(zhuǎn)角度約為180°;BA、WA、BL和GC對(duì)行人旋轉(zhuǎn)角度的影響均較小，行人旋轉(zhuǎn)角度在315°左右.

由圖5（b）與圖5（c）可見，行人頭部HIC （地） 和頭部角加速度（地）的變化較為復(fù)雜，缺少特征性，主要原因?yàn)樾腥寺涞負(fù)p傷除了受到行人旋轉(zhuǎn)角度的影響外，還與落地速度、人體的朝向、身體各部位著地順序等有關(guān).如BA+5 cm、+10 cm、+15 cm和GC-10 cm、+5 cm、+10 cm時(shí)，行人落地時(shí)面朝y軸負(fù)方向（垂直屏幕向內(nèi)）（見表3（b）），該落地工況導(dǎo)致行人頭部HIC值（地）較大.影響因素的多樣導(dǎo)致行人頭部-地面碰撞損傷差異較大.

2.4 ??車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)行人一次碰撞與二次碰撞

的影響顯著性

采用多元線性回歸方法構(gòu)建以車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，頭部HIC值（車）、頭部角加速度（車）和行人旋轉(zhuǎn)角度為因變量的回歸模型.假設(shè)行人頭部HIC 值（車）、頭部角加速度（車）和行人旋轉(zhuǎn)角度分別受到WA、BA、BL、BLEH和GC五個(gè)因素的影響，且分別與五個(gè)影響因素構(gòu)成多元線性回歸關(guān)系，可得出回歸模型：

y = β0 + βWA × WA + βBA × BA + βBL × BL +

βBLEH × BLEH + βGC × GC

其中，y分別代表行人頭部HIC值 （車）、頭部角加速度（車）和行人旋轉(zhuǎn)角度的因變量，βWA，βBA，βBL，βBLEH，βGC分別為自變量WA，BA，BL，BLEH，GC的系數(shù).將各變量數(shù)據(jù)代入回歸模型得出WA、BA、BL、BLEH、GC對(duì)頭部HIC值（車）的影響顯著性概率p值依次為0.655、0.040、0.037、<0.01、0.974，說明這五個(gè)影響因素中，BLEH對(duì)行人頭部HIC值（車）的影響最為顯著，各因素的影響性從大到小依次為BLEH>BL>BA>WA>GC.同理，WA、BA、BL、BLEH、GC對(duì)頭部角加速度（車）影響顯著性概率p值依次為0.077、<0.01、0.003、<0.01、0.895，BLEH和BA的顯著性概率p值均小于0.01，說明這兩個(gè)因素對(duì)頭部角加速度（車）影響最為明顯，再對(duì)各影響因素的系數(shù)做歸一化處理得出BA對(duì)頭部角加速度（車）的影響大于BLEH，五個(gè)因素的影響性為BA> BLEH > BL > WA > GC.WA、BA、BL、BLEH、GC對(duì)行人旋轉(zhuǎn)角度的影響顯著性概率p值分別為0.21、0.91、0.341、<0.01、0.91，說明BLEH對(duì)行人旋轉(zhuǎn)角度的影響最為顯著，而其他影響因素統(tǒng)計(jì)特征不顯著，即對(duì)行人旋轉(zhuǎn)角度的影響程度較小，分析結(jié)果如表4所示.

3 ??討 ??論

由回歸分析結(jié)果可以看出在所選車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)中，BLEH對(duì)行人一次碰撞與二次碰撞的影響顯著性最大，因此在汽車前部結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注BLEH對(duì)一、二次碰撞中行人運(yùn)動(dòng)學(xué)與損傷的影響，其對(duì)一、二次碰撞中行人運(yùn)動(dòng)響應(yīng)與損傷的影響機(jī)制討論如下.

3.1 ??BLEH對(duì)一次碰撞中行人運(yùn)動(dòng)學(xué)的影響

由圖4可見車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變對(duì)行人一次碰撞中頭部-車輛相對(duì)碰撞速度的影響較小，而對(duì)頭部HIC值與角加速度的影響較大，主要原因在于車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變直接導(dǎo)致頭部與車輛的碰撞部位的變化.當(dāng)BLEH增大時(shí)，行人頭部與車輛的碰撞部位由擋風(fēng)玻璃中部逐漸向擋風(fēng)玻璃下緣或發(fā)動(dòng)機(jī)罩移動(dòng)，由于各部位剛度的不同，從而導(dǎo)致行人頭部損傷的差異.

圖6將行人頭部與車輛碰撞部位分為四個(gè)區(qū)域： A為擋風(fēng)玻璃中部，B為擋風(fēng)玻璃下沿，C為發(fā)動(dòng)機(jī)罩尾部，D為發(fā)動(dòng)機(jī)罩中部.行人與原始車型碰撞中，頭部與車輛的碰撞點(diǎn)位于A區(qū)域內(nèi)（見表3（a）），BLEH+5 cm時(shí)，頭部與擋風(fēng)玻璃的碰撞點(diǎn)移至B區(qū)域，B區(qū)域的剛度較A區(qū)域大，因此造成行人頭部HIC值（車）升高，隨著BLEH的繼續(xù)增大，頭部將與發(fā)動(dòng)機(jī)罩發(fā)生碰撞，當(dāng)BLEH+10 cm和BLEH+15 cm時(shí)，頭部與發(fā)動(dòng)機(jī)罩的碰撞點(diǎn)進(jìn)入C區(qū)域，由于C區(qū)域剛度較B區(qū)域高，從而導(dǎo)致頭部HIC值（車）繼續(xù)增大.同樣，對(duì)于參數(shù)BL，當(dāng)BL+5 cm和BL+10 cm時(shí)，行人頭部碰撞位置在區(qū)域B內(nèi)，BL+15 cm時(shí)，頭部碰撞位置在區(qū)域C內(nèi)，因此，頭部HIC值（車）有逐漸增大的趨勢(shì).當(dāng)車輛前部結(jié)構(gòu)參數(shù)比原始尺寸減小時(shí)，行人頭部與車輛的碰撞部位始終位于擋風(fēng)玻璃中部，因此頭部損傷無顯著變化.

3.2 ??BLEH對(duì)行人落地響應(yīng)的影響

表5為BLEH分別為+15 cm、0、-15 cm后的行人運(yùn)動(dòng)響應(yīng)對(duì)比情況.可見行人運(yùn)動(dòng)響應(yīng)共分為一次碰撞、飛行和二次碰撞三個(gè)階段，其中一次碰撞階段又細(xì)分為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三個(gè)階段，Ⅰ為車輛撞擊行人下肢階段，Ⅱ?yàn)樾腥松习肷砼c車輛碰撞階段，Ⅲ為行人反彈階段.

階段Ⅰ中，車輛前端（主要為保險(xiǎn)杠）與行人下肢發(fā)生碰撞，行人以BLEH上邊緣為支點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)中心以下部位由于受到車輛沖擊，開始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)中心以上肢體由于慣性開始逆時(shí)針向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，行人整體呈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).階段Ⅱ中，行人上半身與發(fā)動(dòng)機(jī)罩或擋風(fēng)玻璃碰撞，由于BLEH高度的不同，行人頭部與車輛的碰撞部位存在差異.發(fā)動(dòng)機(jī)罩和擋風(fēng)玻璃的阻擋與沖擊使得行人上半身停止旋轉(zhuǎn)，而行人下半身由于不受阻礙，繼續(xù)保持逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì).階段Ⅲ中，車輛繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，行人上半身由于受到擋風(fēng)玻璃或發(fā)動(dòng)機(jī)罩部位的沖擊開始反彈并與車輛分離，此時(shí)行人上半身具有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的勢(shì)能，而行人下半身由于無碰撞阻礙，仍保持逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，最終，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的上半身與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的下半身相互作用并形成行人在飛行階段的旋轉(zhuǎn)方向.

如表5所示，BLEH-15 cm時(shí)，車輛直接撞擊行人下肢的范圍最小，因此旋轉(zhuǎn)中心以下肢體的轉(zhuǎn)動(dòng)能量最小，這導(dǎo)致行人在階段Ⅱ和Ⅲ中下肢逆時(shí)針向上的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能不足以讓行人上半身與車輛徹底分離，從而在飛行階段，行人頭部與車輛擋風(fēng)玻璃和發(fā)動(dòng)機(jī)罩易發(fā)生接觸，這將對(duì)行人頭部產(chǎn)生摩擦阻力，進(jìn)一步減小行人逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，最終導(dǎo)致行人在二次碰撞階段中頭部首先著地的幾率增大，行人頭頸部將出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷.當(dāng)BLEH+0和+15 cm時(shí)，行人在飛行階段中身體始終未與車輛發(fā)生接觸，因此行人落地角度不受影響.綜合考慮BLEH對(duì)一、二次碰撞的影響，雖然BLEH的降低對(duì)行人HIC值（車）和頭部角加速度（車）均有降低的趨勢(shì)，但BLEH過低時(shí)將導(dǎo)致行人出現(xiàn)較危險(xiǎn)的落地角度，行人身體各部位與地面的碰撞順序?qū)l(fā)生變化，從而產(chǎn)生不同的地面碰撞損傷風(fēng)險(xiǎn).

目前MADYMO假人模型尚無落地?fù)p傷的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，本研究只關(guān)注HIC值的分布趨勢(shì)而非絕對(duì)值.另外，本研究中行人僅位于車輛前端中間位置，后續(xù)研究需對(duì)不同碰撞位置的行人運(yùn)動(dòng)及損傷響應(yīng)進(jìn)行分析.

4 ??結(jié) ??論

本文通過對(duì)車輛前部各結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行定量調(diào)整，對(duì)行人一次碰撞與二次碰撞中各參數(shù)進(jìn)行了研究，可以得出以下結(jié)論：

1）行人-車輛碰撞中，BLEH對(duì)行人頭部HIC值（車）的影響顯著性最大（p < 0.01）;BA對(duì)頭部角加速度（車）的影響較BLEH更為顯著.行人-地面碰撞中，BLEH對(duì)行人旋轉(zhuǎn)角度的影響顯著性最大（p<0.01）.WA、BL和GC對(duì)一、二次碰撞中的行人運(yùn)動(dòng)學(xué)及損傷的影響均較小.

2）車輛BLEH較高將導(dǎo)致一次碰撞中行人頭部與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)罩碰撞，易產(chǎn)生較嚴(yán)重的頭部損傷，相反，較低的BLEH對(duì)一次碰撞中行人頭部的保護(hù)效果更好.

3）BLEH對(duì)二次碰撞中行人運(yùn)動(dòng)學(xué)的影響主要是改變行人的旋轉(zhuǎn)角度.雖然較低的BLEH在一次碰撞中造成的行人頭部損傷較輕，但BLEH的降低會(huì)導(dǎo)致二次碰撞中行人旋轉(zhuǎn)角度的較大變化，這將增加行人頭頸部的損傷風(fēng)險(xiǎn).

參考文獻(xiàn)

[1] ??YANG J. Mathematical simulation of knee responses associated with leg fracture in car-pedestrian accidents[J]. International Journal of Crashworthiness，1997，2（3）：259—272.

[2] ??HAN Y，YANG J，MIZUNO K，et al. A study on chest injury mechanism and the effectiveness of a headform impact test for pedestrian chest protection from vehicle collisions[J]. Safety Science，2012， 50（5）：1304—1312.

[3] ???HAN Y，YANG J，NISHIMOTO K，et al. Finite element analysis of kinematic behavior and injuries to pedestrians in vehicle collisions[J]. International Journal of Crashworthiness，2012，17（2）：141—152.

[4] ???蘭鳳崇， 黃偉， 陳吉清，等. 行人下肢高精度數(shù)值模型與損傷參數(shù)研究[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，43（10）：42—51.

LAN F C，HUANG W，CHEN J Q，et al. Development and injury parameters research of a FE model of lower limb with high precision for adult pedestrians[J]. Journal of Hunan University （Natural Sciences），2016，43（10）：42—51.（In Chinese）

[5] ???CAVALLERO C，CESARI D，RAMET M，et al. Improvement of pedestrian safety：influence of shape of passenger car-front structures upon pedestrian kinematics and injuries：evaluation based on 50 cadaver tests[R].SAE Technical Paper，1983.

[6] ???ASHTON S J，MACKAY G M. Benefits from changes in vehicle exterior design-field accident and experimental work in Europe[R]. SAE Technical Paper， 1983.

[7] ???KENDALL R，MEISSNER M，CRANDALL J. The causes of head injury in vehicle-pedestrian impacts： comparing the relative danger of vehicle and road surface[C]// SAE 2006 World Congress & Exhibition.2006.

[8] ???TAMURA A，DUMA S. A study on the potential risk of traumatic brain injury due to ground impact in a vehicle-pedestrian collision using full-scale finite element models[J]. International Journal of Vehicle Safety， 2011， 5（2）： 117—136.

[9] ???TAMURA A，KOIDE T，YANG K H. Effects of ground impact on traumatic brain injury in a fender vault pedestrian crash[J]. International Journal of Vehicle Safety， 2014， 8（1）： 85—100.

[10] ?CROCETTA G，PIANTINI S，PIERINI M，et al. The influence of vehicle front-end design on pedestrian ground impact[J]. Accident Analysis & Prevention，2015，79： 56—69.

[11] ?SIMMS C K，ORMOND T，WOOD D P. The influence of vehicle shape on pedestrian ground contact mechanisms [C]//Proceedings of IRCOBI Conference.Poland，2011.

[12] ?ITO D，YAMADA H，OIDA K，et al. Finite element analysis of kinematic behavior of cyclist and performance of cyclist helmet for human head injury in vehicle-to-cyclist collision[C]// IRCOBI Conference. 2014： 14—21.

[13] ?MIZUNO K，KAJZER J. Head injuries in vehicle-pedestrian impact[R]. SAE Technical Paper，No.2000-01-0157.

[14] ?SHI L L，HAN Y，HUANG H W，et al. Analysis of pedestrian-to-ground impact injury risk in vehicle-to-pedestrian collisions based on rotation angles[J]. Journal of Safety Research， 2018，64：37.

[15] ?YANG J K， LVSUND P. Development and validation of a human-body mathematical model for simulation of car-pedestrian collisions[C]//Proceedings of the International IRCOBI Conference on the Biomechanics of Impacts. 1997： 133—149.

[16] ?YANG J K，LVSUND P，CAVALLERO C，et al. A human-body 3D mathematical model for simulation of car-pedestrian impacts[J]. Traffic Injury Prevention，2000，2（2）：131—149.

[17] ?SIMMS C K，WOOD D P. Effects of pre-impact pedestrian position and motion on kinematics and injuries from vehicle and ground contact[J]. International Journal of Crashworthiness，2006，11（4）： 345—355.

[18] ?YAN X，MA M，HUANG H，et al. Motor vehicle-bicycle crashes in Beijing： Irregular maneuvers， crash patterns， and injury severity[J]. Accident Analysis & Prevention， 2011， 43（5）： 1751—1758.

[19] ?LYONS M，SIMMS C K. Predicting the influence of windscreen design on pedestrian head injuries[C]//Proceedings of the IRCOBI Conference.2012.

[20] ?LI F，LI H，XIAO Z，et al. A Review on injury mechanism of intracerebral hemorrhage in vehicle accidents[J]. Curr Pharm Des， 2017，23（15）：2177.

[21] ?KING A I，YANG K H，ZHANG L，et al. Is head injury caused by linear or angular acceleration？[C]// Proceedings of the IRCOBI International Research Council on the Biomechanics of Impact Conference. Lisbon，Portugal，2003.

[22] ?JIN N，F(xiàn)AN L，YANG J. Evaluation of pedestrian kinematics and head-injuries by reconstruction of accidents with one-box vehicles and passenger cars[C]// INFATS-the 7th International Forum of Automotive Traffic Safety.Changsha，China，2009.

[23] ?HAN Y，YANG J，MIZUNO K，et al. Effects of vehicle impact velocity， vehicle front-end shapes on pedestrian injury risk[J]. Journal of Crash Prevention & Injury Control，2012，13（5）：507—518.

[24] ?YIN S，LI J，XU J. Exploring the mechanisms of vehicle front-end shape on pedestrian head injuries caused by ground impact[J]. Accid Anal Prev，2017，106：285—296.

[25] ?ZHANG G，CAO L，HU J，et al. A field data analysis of risk factors affecting the injury risks in vehicle-to-pedestrian crashes[C]// Ann Adv Automot Med.2008：199.