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好 同学们好

我们现在开始本节的讲座

我们今天就这一个讲座

行人碰撞保护

基本上四个内容

一个是我们总要看到行人碰撞事故

尤其我待会给大家看一个录像

昨天我还看到这个录像

很可怕的事情

行人碰撞

车跟人发生碰撞的时候

他的运动姿态

或者事故特点都是什么

这是我们讲的第一部分内容

包括在碰撞过程中对于人造成的伤害

第二部分就是我们之前讲

冲击生物力学的时候讲过的

就是所谓的损伤机理

就是下肢也好 头部也好

都造成了哪些损伤

这些损伤我用什么能够表征它

那这部分呢

我们不讲那么细

我把我们的研究内容讲

所以谈不上是完整的损伤机理

只是我们的一个小研究

那第三和第四部分呢

是在企业做工程师

做整车的设计最关注的

就是我们设计一款车

如果需要它满足

欧洲的行人碰撞的评价标准

或者是中国的

推荐性法规

政府或者说评价组织

是怎么评价你的

就刚才我给大家演示的试验

你要把它理解好

它的评价方法是什么

它评价方法的演变

那最后一部分呢

就是你要设计你这个车

汽车的保险杠

风挡玻璃 罩盖 等等

那这些结构使得它能够满足

法规里规定的要求能够达到

我的HIC值小于多少

我的膝部的弯曲角小于多少 等等

所以就这四部分内容

我们先看一下行人碰撞事故的特点

那现在呢

我之前说过在中国

在国外也是一样

最近这三 五年越来越多的

容易看到这些事故

大家注意这个还专门用红圈

把这个标出来

这车看样子速度还蛮快

你看撞了两个人 对吧

而且这个人飞起来了

据我的估计

看看这个

因为我们做过很多仿真

还有真实的事故

我觉得这个事故接触速度

怎么也在40公里/小时

甚至更高

否则的话人不会飞到那么高

这还是一个普通的道路

恐怕限速也就是40公里/小时左右

甚至更低一点

没准25公里/小时

所以这里你就看看

这是行人和车碰撞

大概人的接触位置

运动姿态

当然了 不同的人

不同的接触速度

不同的碰撞形式

可能它运动姿态伤害都不一样

这就是给大家看一个

稍微典型一点的事故

大家在网上还能找到更多

那行人和汽车

发生碰撞事故

有很多场景是有可能发生的

在20年前欧洲开始酝酿法规的时候

就想象了很多事情

你比如说在路边上

小孩子在

如果社区的道路上他在那儿玩球

突然跑出来

你比如说一个大的公交车停在这

那有人从车前面过马路

那整个的视野

在另外一个快车道上的小车

他的视野就会被公交车挡住

那会很可能从公交车前面

就突然出来一个人在过马路等等

所以有很多很多可能性会发生

行人和车的碰撞事故

还有包括各种违规 对吧

甭管是汽车违规

还是行人违规

看几个统计数字

这个统计数字不一定是最新的

那我就是随便在欧洲

美国 日本 中国

各自找了几个数字就说明问题

那看欧盟

欧盟的话

我这是一个比较旧的数字

2003年

大概每年4000人

4000个行人死亡

当然欧洲比较大了

他人口密度也比较高

所以4000

以我们中国的观点说不算太高

但是也毕竟是4000人

它大概占全部交通

死亡人数的14%左右

那另外80%几是死在车内的

美国 也是4000多例

美国的人口比欧洲少

所以他这4000多例

他的比例就比较高了

那还有六万多行人受伤

日本比较有意思

日本每年接近2000例行人死亡

但是他总的死亡人数可是比较少的

每年接近两千例

他占到他整个的交通伤亡的1/3

所以你看看日本的

道路交通事故的特点

它是蛮安全的

交通事故什么都蛮安全

总的事故都比较少

但是它的行人的伤亡比较多

这跟他的城市生活有关系

你比如说 我待会儿会说到

他老人比较多

他行人比较多

你在美国的话 行人比较少是吧

中国 不用说了

每年大概有两万人是行人死亡

占到整个的死亡人数的1/4左右

所以我们的整个交通死亡人数

我不说受伤

受伤可能几十万

从大概十年前十万

降九万 八万 六万

现在这么降下来

大概行人一直占总数字的1/4左右

具体我们整个十万降到六万

这个进程

咱们交通部

公安部统计的数字有多准确

有很多专家 医生会有不同的说法

但是大概给大家一个概念

1/4左右是行人

这1/4里边含有一部分是儿童

具体比例大家可以去查

那在中国主要的一个原因是

我们存在大量的人车混行的

交通环境

这件事情我们去看看

说是不是因为我们行人多

我们人 城市人口密度大

就是借口

其实不然

我们去考察香港

香港的人口密度非常大

道路也没有北京的宽

但是香港这方面做的非常好

他的交通事故率首先就比较低

行人的伤亡

具体数字我没有

但是非常非常低

他怎么做到的

这是一个很好的范例

香港我去过次数不多

基本上他就是

几乎能做到100%人车分流

就是说人和车绝对不在一个道上走

该行人过马路 天桥

所以你在想

因为他道路也比较窄

人也比较方便过马路

这是交通事故

另外一点

我是从WHO

World Health Organization

它每五年发布一个

全球的交通事故报告

这个地方我想让大家记住的

就是我们这个标题

就是大部分交通事故伤害

不光是行人了

属于所谓的弱势道路群体

道路使用者

英文它直接就用了

Vulnerble Road Users

这不光是行人

但我们看看跟行人有关系

这是一个旧的统计

2004年的

那当然上面代表的国家数不是很全了

左边是国家数

我们看几个

先看亚洲国家

看印度

红的这加起来是100%

红的是行人伤亡

所以你看印度

行人伤亡大概占到40%几

黑色的是两轮车

绿色的 是在四轮车里

死在车里的人

所以你看这是印度情况

然后你看东南亚国家

马来西亚 泰国

这个黑色的很大

就是东南亚国家

是摩托车的大国

所以大量的人都是因为是摩托车

70% 80% 60%这样来

真正绿色的

你看死在车内的人不是很多

但是它行人比例也比较小了

因为他骑车的人多事故更多

你去看美国

这个绿色最长的是美国

所以美国你就看

绝大部分交通伤亡

死的人都是在车里死的

行人只占百分之十几

所以你看这个代表了

他一个国家的道路交通的特点

交通工具使用特点

出行的特点

所以记住一个点

很多交通伤亡

是所谓的弱势道路使用者

就是骑车人 老者 然后行人

我们管它叫弱势道路使用者

WHO的统计

每年大约有120万人

或者更多是整个的全球的交通死亡

这里边大概有接近一半

46%是弱势的道路交通

道路使用者

在有一些不发达国家比例要更高

就不是46%了

可能要到百分之七八十

我们今天没有时间讨论

我在大一的研讨课上

我自己也在问我自己的问题

为什么那个不发达国家

汽车保有量很低

反而交通伤亡很多

这是WHO 报告里边

我学到的一个观点

大家想一想

再看这个

就是不同年龄组

不同年龄组

基本上分了四组 儿童

大概是学龄儿童和小的

然后青年人到24岁

这边是中年人

就是咱们上班族

这边是老年这一组

然后不同的国家

绿色的是美国

蓝色的是日本

红色的是澳大利亚

黄色的是欧盟国家

这里边我们看肯定

行人的伤亡绝大部分很不幸

是上班族

因为它出行多 对吧

然后儿童或者青年人少一点

一个要提醒注意的是日本

你看看老人

这么高的比例

所以这就说明

日本已经是一个相当充分

老龄化的社会了

这个我们要引起注意

中国正在快速朝这个方向发展

所以我们无论是设计产品

汽车产品

各种各样的安全保护技术

要想着这一点

我记得我之前讲

冲击生物力学的时候

讲过我自己20多年的一个工作

就是老年人的胸部损伤

肯定要包括别的损伤了

跟年轻人比

大概他的损伤容限

只有20%左右

也就是说同样

你用加速度也好

用压缩量也好 来表征

那同样的损伤情况下

都断了两根肋骨

都是腿骨折了

那老年人能够承受的加速度值

或者弯曲角度

或者是胸部压缩量

大概也就是年轻人的

20% 30%这样的一个

那你怎么来设计防护系统

所以这是一个不同年龄组

那好消息是什么呢

整个汽车还是越来越安全了

那给大家看两组数据

这个是发达国家的行人碰撞

我们如果看

从1980年到2000年

这20年的一个趋势

我这边包括德国 英国 欧盟

美国 日本

大的趋势都是在往下走的

具体数字我们不去看

只需要大家记住一点

大的趋势在发达国家

我们看从1980年

1980年他们已经是很汽车社会了

已经是成熟的汽车社会了

然后到2000年

这20年的历程里

行人的伤亡是在往下走的

那我们再看看最近十年的

那数字是2000年以来全球的

因为我这引用的数字是全球的

当然他所谓全球统计

不一定是完整的

以2000年的为基准100

那整个的行人的

在事故中的死亡比例

在过去十年也是在不断下降的

所以这张片子

给大家看的是好消息

只要去不断的改进

我们的汽车的技术

最主要的是

增加我们道路使用者的安全意识

中国也可能是往这两张图里

贡献了负面的东西

但是中国因为是

我说过 后发国家

再过20年可能会

就不会有倒车一下撵死了三个人

这种事故就会越来越少了

看看行人和汽车碰撞的时候

人体的伤害特点

我引用一些比较老的研究

因为大概20多年前

欧洲开始酝酿

行动碰撞的法规

这样就引发了很多研究

政府自助的研究

大学的研究 企业的研究

那我给大家看几个

这是1979年

这都是大概欧洲的研究

这位学者呢

他统计了3千例真实的人车事故

就真实的交通事故

那两个主要的结论

一个是年长者

年长者的行人碰撞

行人跟车碰撞

主要的碰撞损伤形式是骨折

很好理解

因为老人他骨密度低

骨头更脆

所以稍微撞他一下

可能速度不是很高

他就可能发生骨折

那儿童呢

因为有很多儿童损伤

去社区里边玩球

他跑出来

那因为儿童身材比较矮小

所以很多儿童的行人碰撞

他损伤是头部和胸部

成年人很多是腿部

儿童很多胸部

因为车高所以这也很好理解

这是比较旧的一个研究

看1994年

这是德国的

Medical University of Hannover

这个大学做交通伤害研究很有名

他的医学

他的一个结果说

我说的通俗一点

就是你如果身材比较高大

跟一个比较小的

比较短小的汽车碰撞

这是最危险的工况

那如果你是一个比较矮小的人

跟比较大的车撞

相对来讲没有那么危险

但这里边我必须得澄清一点

就是SUV的事情

SUV个比较大

你如果矮小的话

你跟SUV撞

你肯定很吃亏

我想我们说的是一般的轿车

欧洲有很多那种小点的轿车

和大一点的轿车

有高一点的人和矮一点的人

给定这么一个场景

高大的人去撞小的车

它这是个统计

相对危险一点

实际上是什么原因呢

是我们后来做了一些研究

大概是这样的

一个是你这个车小的话

它的防护能力相对弱一点

再一个你车小的话

人又比较高大

它撞到地上的可能性就大

如果你车大 人小

它风挡和发动机罩盖就把你接住了

所以我在讨论行人碰撞的时候

我经常会有问一个问题

我们这个场景

我们就不问了

我自问

如果你不幸跟汽车发生碰撞

你假如有个选项

你是倒在车上呢

还是倒在地上

当然一般我们没有这个选项

实际上答案是很清楚的

倒在车上总比倒在地上要安全

因为地上从概率的角度 不可控

你知道你撞到地上什么 对吧

你正好撞到草坪上 没有问题

车上呢

我们过去这20年的车的设计

很多都满足了行人碰撞

它总是有设计的

而且像风挡的中间是蛮软的

发动机罩盖的中间也是蛮软的

当然你不幸撞到A柱上

那就很不幸了

我在北京看到一个真实的

不是现场看到事后看到

一个真实的交通事故

大概就是一个普通的轿车

跟一个行人或者汽车发生碰撞

最后这人死掉了

那我看了看这辆车和这个场景

基本上大概这个速度

可能是在4、50公里/小时

这个范围上 本来在速度上

是死亡的风险比较高

但是也有很大的几率

是不死亡的

因为我们的欧洲的法规

就是40公里/小时嘛

但是他头部基本上撞到了A柱边上

就是它主要的那个着力

玻璃的损坏点就在紧贴着A柱

这是A柱 这是头

所以A柱旁边的那个玻璃

还有A柱的框是相当的硬的

因为我们的A柱

要满足滚翻的要求 对吧

所以A柱很硬

但是你想这么大块风挡玻璃

咱们从概率的角度

你撞到A柱

和A柱边上的概率没有那么大

这是跟撞在中间比是没有那么大

所以这是矮小的人跟大的车撞

这是为什么原因

那头部伤害呢

实际上研究在行人这里边

研究的不是很多

我说的是伤害机理

原因是什么呢

因为乘员的保护

已经研究了很多头部伤害了

所以你作为开车的司机

坐在车内的乘员

如果车发生了事故

你的头有可能撞到风挡上

可能撞到A柱上

可能撞到仪表板上

那这一部分研究基本上也是

头撞到一个目标物上

你需要把仪表板或者是A柱

给它设计能够保护

也就是说这一部分

当行人头部碰撞保护

开始说这件事的时候

乘员的那一部分已经有了

所以他从损伤机理基本是一样

都是你这头一个速度撞到目标物上

所以损伤机理也比较清楚

保护的手段也

至少从力学上比较清楚

所以这部分研究

就都是直接碰撞

而下肢就非常

英文叫Unique

因为你乘员的话

下肢是你坐在那儿

等着发动机挤进来 对吧

那是一种伤害

但是行人的下肢伤害

跟乘员就很不一样了

它这个机理 运动形式很不一样

我们今天花点时间去讲

这个叫Kajzer这个学者

我们很多法规都在引用

他的研究数据

特别是欧洲的法规

他（20世纪）90年代末期的

两篇著名的论文

它是基于尸体试验

研究下肢的伤害

那基本上两个速度范围

一个是偏低速

20公里/小时左右

一个是偏高一点的速度

40公里/小时左右

40公里/小时

并不是说车开这么慢了

是指的是我们在城市道路情况下

发生行人碰撞的时候

都会要制动

所以很多接触的速度

都是在40公里/小时以下

你如果定法规定了说

我得在70公里/小时碰撞

要保护行人

那这个法规就会使成本很高的

所以这是为什么

他研究了20公里和40公里

这是也比较典型

也是我们法规需要关注的

那就发现了

这也是一个统计了

尸体试验的统计

在速度比较高的时候呢

主要是骨折

主要的伤害形式是骨折

在速度比较低的时候呢

主要的伤害形式呢

是膝关节的韧带损伤

事情实际上就是比较麻烦的事情

因为按照现在人体的解剖

组织的这种机理和医学技术

尤其腿部长骨比较多

大骨头比较多

大骨头的骨折

相对来讲是轻伤

它治疗都比较简单

也基本上不会落下什么终身残疾

而膝关节的韧带损伤呢

什么膝关节

有四根主要的韧带

名字不去说它了

这个韧带组织

它自我修复能力比较差

它没有

我估计是没有什么营养

这是它的组织特性了

那一旦它损伤拉断了

或者什么呢

它就很难自己长成

那四根韧带

如果断了三根或者什么

你就很可能终身残疾了

但现在医学技术

也有把它缝上等等

这些技术

所以这就是比较麻烦的一点

你高速碰撞 是轻伤

低速碰撞是重伤

我们先把这个问题扔在这儿

美国弗吉尼亚大学的研究

大概是在2003年到2004年的研究

它也是做尸体试验

它尸体试验做下肢

这是我们下肢

中间是膝关节

做一个 两边支撑起来

做一个三点弯曲试验

或者四点弯曲试验

这材料力学里都学过

它试图来看

在不同的外载荷形式下

我对膝关节骨折的

它的损伤形式

那它发现说

如果我膝关节

做纯剪的这种试验

这在力学试验上

是很容易实现的

然后看看膝关节的损伤

它事后之后去解剖一看

是这种损伤

然后他去跟真实的事故比

因为真实的事故

万一事故比较严重

或者受伤了 死亡了

它有很多统计

看看真实事故

就发现他们在试验室里边

做的这种纯剪状况下的

膝关节的损伤

在真实事故里很难出现

换句话说

大家回忆我讲过的

冲击生物力学的研究

它是一种先猜测 先假设 猜测

然后试图复现跟实际事故比

如果比不上

说明你猜的是错的 对吧

这是一个研究方法

那就说明什么呢

就是说在实际的人车碰撞事故里

对膝部的加载

很少有是纯剪状态的

这想想也对 对吧

你腿部跟保险杠发生碰撞了

纯剪就是这样来走

他做试验

或者做研究的目的是什么呢

实际上在2003年之前

欧洲的法规已经

欧洲的法规是2005年

正式实施的

之前十年都开始酝酿

都开始讨论了

它其中有一个

我刚才说的

膝关节的剪切位移

要小于多少毫米

膝关节的剪切位移

小于多少毫米

这就是针对韧带损伤的

所以您看我做纯剪

它就没有

当然这只是一部分研究了

并不是说法规就不正确

那它好 我就来看

那我在试验室里

换一个时间来做

我不做纯剪

我做剪切和弯曲的联合作用

就是又有弯矩作用

又有剪力作用

就是个三点弯了

然后再去看膝关节的损伤

发现损伤形式跟真实的事故

也能找到对应关系了

那这就说明呢

在真实的事故里

我们对膝关节的加载

肯定是弯曲和剪切同时加上去的

这也对嘛

任何一个三点弯曲

在某一个局部

都是既有剪力又有弯矩

所以这个研究

实际上主要针对

你法规怎么评判的问题

我们看看行人碰撞的

在人车碰撞的时候

身体的运动的轨迹

或者运动的形态

那是我亲自参加的试验

2009年8月23号

在我们天津中心

做的一个立姿的行人假人

跟一个轿车发生碰撞

当时参照的是欧洲的标准

40公里/小时

从左到右是

从开始保险杠接触到下肢

然后你一幅一幅图片看过去

然后髋部接触到发动机罩盖前沿

然后胸部 肘部

接触到发动机罩盖

最后头部接触到发动机罩盖

是这么一个时间顺序

最后因为是40公里/小时碰撞

这是一个标准的70多公斤的假人

这是最后的姿态

所以40公里/小时

是能够把一个75公斤的人

整个倒立起来的

很大的能量 对吧

这就是我们刚才看的那个

实际事故录像

我估计也差不多也是40公里/小时

所以我们注意

这个接触的时间等等这些要求

再把这个复述一下

我们看看运动学的响应

画了一个卡通片

就是这个顺序

首先下肢跟保险杠发生接触

那我们可以在保险杠附近

加一些支撑结构

怎么能够保护下肢

然后髋部

跟汽车前缘发生接触

然后头部跟发动机罩盖

或者风挡发生接触

罩盖还是风挡

要看车的大小

看人的大小 对吧

很高的人

可能就撞到风挡上了

比较矮的人

撞到罩盖上了

很大的车 很小的车

所以这是一个运动学的响应

那两个主要的伤害

一个是头部损伤

一个是下肢损伤

头部损伤呢

我们知道是比较致命的

你撞到A柱附近了

撞到什么

比如说雨刷的小电机上

这都是硬点

撞到发动机罩盖的铰链上

这都是硬点

当然你撞到那些硬点的概率

也小一点了

但是这都是硬点

所以我们在设计的时候

要把这些硬点

都要把它保护起来

或者藏起来

头部是致命的

下肢呢

显然发生的比例比较高

因为很多碰撞

有可能慢速碰撞

或者 也不一定头部

就有很大的损伤

或者头部最后就撞上了

人都有一个本能去保护头部

但是你的下肢 膝关节

是一定会被撞上的

否则就不叫事故了 对吧

所以下肢伤害的比例比较大

下肢呢

伤害显然不致命

但是我刚才讲了

它有可能造成终身的残疾

这是我们在人车碰撞的时候

人的运动学的响应

和伤害的特点