史秋辰 王玉良

摘 要：通過交通事故再現(xiàn)分析軟件PC-Crash進行汽車-電動自行車事故仿真模擬，分別計算出佩戴頭盔和不佩戴頭盔下的電動自行車駕駛?cè)祟^部損傷程度，分析數(shù)據(jù)，用科學建模的方式驗證出頭盔對電動自行車駕駛?cè)司哂幸欢ǖ谋Ｗo效果。

關(guān)鍵詞：PC-Crash仿真模擬;電動自行車;頭盔;交通事故

1 研究現(xiàn)狀和目的

在中國經(jīng)濟新常態(tài)下，人民整體生活水平不斷改善，生活質(zhì)量有了大幅提高。隨著居民可支配收入的不斷上漲，人們更加追求生活的舒適性、便捷性和安全感，對于消費品價格的承受能力也不斷加強。電動自行車作為一種短途代步工具，因其操作簡易、方便快捷、省時省力、性價比高等特點，成為人們改善出行條件的重要選擇。隨著國家的“新國標”、以及地方政府的管理政策不斷出臺，長期以來被認為是“野蠻生長”的電動自行車行業(yè)，有望得到進一步規(guī)范。

據(jù)江蘇交警近期發(fā)布，涉及電動車的交通事故起數(shù)在全省交通事故總數(shù)中占比超過一半，為51.9%。涉及電動車交通事故死亡人員的致死原因中占比最高的是顱腦損傷，占比高達69%。而戴頭盔，是最簡單而又最有效的保命措施。

本篇文章通過使用PC-Crash軟件，通過重建交通事故現(xiàn)場模型，分析不同碰撞類型、碰撞角度和碰撞速度對電動自行車騎車人頭部的動力學響應(yīng)及損傷，來驗證頭盔對電動自行車騎車人頭部的保護作用。

2 PC-Crash軟件汽車-電動自行車碰撞仿真模型

2.1 汽車-電動自行車碰撞方式

汽車與電動自行車碰撞可以概括為四種碰撞方式，第一種是汽車車頭正面碰撞電動自行車側(cè)面，這種碰撞事故最多，常見于電動自行車突然沖出橫穿馬路，導致汽車躲避不及;第二種是汽車車頭右（左）前角碰撞電動自行車中部碰撞;第三種是汽車側(cè)面刮蹭電動自行車;第四種是汽車追尾電動自行車。

2.2 事故模型建立

在第一種汽車正面碰撞電動自行車側(cè)面的過程中，汽車在城市道路最高時速為70 km/h，電動自行車新國標最大車速為25 km/h，汽車以10 km/h為間隔進行模擬碰撞測試，一共有7種情形，電動自行車以5 km/h為間隔進行模擬碰撞測試，一共有6種情形，并且制作相同條件下電動自行車駕駛?cè)伺宕黝^盔的模擬碰撞，整個實驗仿真過程有84種情況，輸出84個模擬文件和7個圖表。

在第二種汽車車頭右（左）前角碰撞電動自行車中部的過程中，汽車車速選擇城市道路車輛平均車速40 km/h，汽車與電動自行車夾角范圍為0°～90°，間隔10°作為仿真步長進行模擬碰撞測試。當汽車與電動自行車夾角為0°時，和第一種汽車正面碰撞電動自行車側(cè)面相同省略，一共有9種情形，當汽車與電動自行車夾角為90°時，即為汽車追尾電動自行車，電動自行車以5 km/h為間隔進行模擬碰撞測試，并且制作相同條件下電動自行車駕駛?cè)伺宕黝^盔的模擬碰撞，一共有6種情形，整個實驗仿真過程有108種情況，輸出108個模擬文件和6個圖表。

2.3 模型選取

PC-Crash軟件是一款道路交通事故再現(xiàn)分析軟件，利用其內(nèi)含的多剛體模型，可以使一些復(fù)雜的事故形態(tài)。

在道路交通事故模型建立過程中，在PC-Crash軟件車型數(shù)據(jù)庫中調(diào)取事故車輛和電動自行車的多剛體模型，車輛在這里選擇Passat 2.0 TSI，在車輛模型上套dxf文件，讓實驗結(jié)果更加準確，多剛體模型選擇電動自行車和駕駛?cè)四Ｐ?，對上述碰撞過程進行仿真求解。車輛定義為單剛體模型，在多剛體接觸力、空氣阻力、重力、地面摩擦力等外力作用下運動，騎車人模型由20個代表身體各個部位的剛體組成一個多體系統(tǒng)，每個剛體都可以對其幾何尺寸、質(zhì)量、接觸剛度及摩擦系數(shù)進行定義，騎車人姿態(tài)、身高和體重均采用預(yù)設(shè)默認值。模擬仿真完成后，可以調(diào)取身體各個部位的速度、拋距、加速度、接觸力等各種運動學和動力學響應(yīng)曲線。

2.4 數(shù)據(jù)分析

為了檢驗頭盔對電動自行車駕駛?cè)说谋Ｗo效果，模擬仿真中影響頭部損傷程度的因素為載荷大小以及加速度的持續(xù)時間，所以頭部損傷采用頭部損傷標準（Head Injury Criterion）進行評估，公式為：

公式中：t1，t2為使HIC達到最大值的時間段的起始和結(jié)束時間;T0，TE為碰撞起始時刻和碰撞結(jié)束時刻;a為頭部合成加速度。

在PC-Crash軟件中模擬完成后，導出騎車人頭部加速度，計算出對應(yīng)的HIC值。

2.5 仿真模擬結(jié)果分析

（1）汽車車速超過50 km/h時，碰撞會對騎車人的頭部造成嚴重損傷（人體頭部耐受極限HIC值為1 000，超過人體頭部的耐受極限，會對人體頭部造成嚴重損傷），汽車車速為50 km/h時，頭盔防護作用可以使頭部損傷下降到耐受極限以下，體現(xiàn)出頭盔對電動自行車駕駛?cè)说谋Ｗo效果顯著。

（2）汽車正面碰撞電動自行車側(cè)面情況下，碰撞車速是影響騎車人頭部損傷的主要因素，無論是汽車車速還是電動自行車車速，車速越快，HIC值越大損傷越嚴重，不戴頭盔和戴頭盔的HIC差值越大，顯示出的頭盔保護效果越好。

（3）汽車車頭右（左）前角碰撞電動自行車中部情況下，碰撞角度對騎車人頭部損傷的影響不大，汽車與電動自行車夾角為30°時，對頭部損傷最大。

（4）不論汽車和電動自行車是哪一種碰撞方式，佩戴頭盔的情況下，都能減小電動自行車駕駛?cè)祟^部損傷HIC值，顯示出頭盔對電動自行車駕駛?cè)擞幸欢ǖ谋Ｗo效果。

3 結(jié)論

（1）利用PC-Crash軟件可以將汽車與電動自行車碰撞的事故完整準確的模擬出來，導出運動軌跡的二維圖片和三維視頻，導出騎車人頭部加速度得出HIC值，判斷頭部損傷程度。

（2）通過科學模擬的方法，證明了頭盔對電動自行車駕駛?cè)说念^部有一定的保護效果，使得頭盔對電動自行車駕駛?cè)说谋Ｗo效果數(shù)值化、具像化，使得騎行電動自行車佩戴頭盔有一定的科學依據(jù)，加強了宣傳說服力。

（3）由于為了簡化模型和PC-Crash軟件的工程量，文章沒有考慮電動自行車和汽車側(cè)面碰撞的情況，對汽車和電動自行車碰撞事故其它因素的影響也沒有考慮周全，在汽車和電動自行車碰撞事故中騎車人動力學響應(yīng)和損傷還有待進一步研究。

參考文獻：

[1]王鑫.電動自行車騎車人與汽車碰撞的動力學響應(yīng)研究[J].中國安全科學學報，2016（6）：152-156.

[2]朱路生.基于PC-Crash車人碰撞事故再現(xiàn)研究[J].重慶交通大學學報，2014（2）：113-117.