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自行车和电动两轮车的碰撞安全，你了解多少？
2019-11-18 11:53:51· 来源：汽车安全与轻量化 作者：胡屹明
导读：电动两轮车和自行车骑车人都属于弱势道路使用者，在与汽车的碰撞事故中存在高受伤风险。本文着眼于分析电动两轮车、自行车与车辆碰撞事故中，骑车人的人体
导读：
电动两轮车和自行车骑车人都属于弱势道路使用者，在与汽车的碰撞事故中存在高受伤风险。本文着眼于分析电动两轮车、自行车与车辆碰撞事故中，骑车人的人体运动学和损伤机理，评估不同碰撞场景下的头部损伤程度。
中国是电动两轮车使用率最高的国家，根据国家统计局2017年发布的数据，截止到2016年，在册登记的电动两轮车达2.5亿辆，占全球总市场的90%。中国也因此成为世界上电动两轮车伤亡人数最多的国家。2013年大约有2.04万电动两轮车骑车人死于交通事故。对于这一特殊国情，降低电动两轮车事故死亡率，成为中国道路交通安全中的一个重要课题。同样作为非机动车，自行车和电动两轮车通常共享非机动车道，行驶速度均低于机动车，“肉包铁”的骑车人都属弱势道路使用者。但是两者之间又存在显著差异，例如质量的分布、骑车人的姿态。那么电动两轮车或自行车在与车辆发生碰撞事故时，骑车人的运动和损伤机理有何不同呢？我们利用MADYMO仿真平台，通过建模仿真的方法，对这一问题展开了研究。
首先，对于碰撞事故中的机动车类型，我们主要考察两种在道路上较为普遍的车型，即一般的轿车(sedan)和运动型多用途汽车（SUV）。这两种车型的前端结构具有比较明显的差异：SUV的发动机罩盖位置更高，同时刚度更大。发动机罩盖高度会影响头部的撞击位置：对于矮一些的轿车，发生碰撞后头部最先有可能撞击的位置是挡风玻璃的中部，而对于较高一些的SUV，头部则可能直接与引擎盖相撞。前舱罩盖的造型及结构设计对头部伤害有关键性的影响。就一般碰撞而言，撞击位置的刚度越大，造成的损伤就越大——好比拳头用力打在棉花上软软的不疼，可打在石板上就会骨折一样。因此我们分别基于轿车和SUV的实车建立了相应的多刚体模型（图1）。
图1 轿车和SUV的实车与多刚体模型
电动两轮车和自行车的主要区别在于几何、质量的分布和骑车人的坐姿。由于自行车的质量较轻，同时骑车人的跨骑姿势使其与自行车相互作用更显著，碰撞中会出现骑车人跨骑着自行车一道飞起来的现象。而对于较重的电动两轮车来说，碰撞后则会与骑车人脱离。骑车人与两轮车之间的相互作用也会影响到此后人体的运动轨迹和头部撞击位置。而两轮车与汽车之间的相对几何的差异，即电动两轮车驾驶者一般坐高比自行车矮，也会导致受撞击的初始位置发生改变。基于常见的踏板电动车和自行车，我们建立了对应的多刚体模型（图2）。
图2 电动两轮车和自行车的实车与多刚体模型
针对骑车人的体型这一影响因素，我们选择了5，50和95百分位的多刚体假人模型来代表小、中、大三类体型（图3）。
图3 5,50,95百分位假人模型
基于以上建立的2个汽车模型、2个两轮车模型、3个体型的骑车人模型，我们可以得到12个碰撞工况类型。而关于碰撞工况中的参数化变量，我们选择了四个参数：碰撞发生时车辆的速度，电动两轮车或自行车的速度，电动两轮车或自行车驾驶者头部到车辆正视中心线的水平距离d, 以及碰撞时两车前进方向的夹角（图4）。针对每一个工况类型，通过控制变量法，每次改变四个参数化变量中的一个，构建每个工况下的仿真矩阵（每个工况的仿真矩阵包括18个算例）。
图4 不同碰撞场景下的参数化因素分析
针对所有工况的仿真矩阵，我们输出了骑车人的运动轨迹、头部撞击位置、撞击速度和头部损伤指标HIC15（head injury criterion)。不同碰撞工况类型和工况参数下，骑车人的头部损伤风险（HIC15）由碰撞位置和碰撞速度直接决定（图5-7：蓝色虚线表示自行车-轿车碰撞工况，绿色虚线表示自行车-SUV碰撞工况，红色实线表示电动两轮车-轿车碰撞工况，橙色虚线表示电动两轮车-SUV碰撞工况；头部碰撞位置在图中用几何图形表示：△表示挡风玻璃中心，▽表示挡风玻璃边缘，□表示引擎盖，○表示车顶，※表示头部未与汽车发生碰撞）。
图5 小体型骑车人的头部损伤风险
图6 中等体型骑车人的头部损伤风险
图7 大体型骑车人的头部损伤风险
基于所有工况的参数仿真矩阵的结果，我们可以得出以下结论：
1.与汽车发生碰撞事故时，由于初始坐姿姿态、人与车相对几何关系存在差异，两类骑车人的运动学特征和头部受伤风险也存在差异。
2.总体来看，电动两轮车骑车人在轿车碰撞事故中头部受伤的风险比自行车骑车人低。但与SUV碰撞时，这一区别在数据上却没有显著体现，这源于轿车和SUV两类车型的外形差别。
3.碰撞事故发生时汽车的行驶速度越大，骑车人头部受伤的风险就越高，这一点启示我们在事故高发区段一定要减速慢行。
4.体型较大的骑车人在电动两轮车-汽车碰撞事故中有更大的可能头部没有和车辆发生直接撞击，不过，之后仍有头部撞击地面的严重受伤风险。
本文来源于一篇已发表论文：
Huang, Y., Zhou, Q., Koelper, C., Li, Q., Nie, B. (*) (2019) Are Riders of Electric Two-wheelers Safer than Bicyclists in Collisions with Motor Vehicles? Accident Analysis & Prevention. https://doi.org/10.1016/j.aap.2019.105336
其他参考文献：
1.Huang, Y., Zhou, Q., Tang, J., Nie, B. (*) (2018) A Preliminary Comparative Study on Rider Kinematics and Injury Mechanism in Car-two-wheelers Collisions. IRCOBI Proceedings.
2.周青. 行人碰撞保护.《汽车碰撞安全基础》学堂在线公开课程，第11讲，2019.
http://www.xuetangx.com/courses/course-v1:TsinghuaX+80150193X+sp/about
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