汽車(chē)追尾碰撞事故再現(xiàn)模型與方法研究

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1、汽車(chē)追尾碰撞事故再現(xiàn)模型與方法研究第1章緒論1.1研究背景和意義隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)不斷發(fā)展壯大，汽車(chē)己經(jīng)成為人們重要的代步工具，全球保有量迅速增長(zhǎng)的同時(shí)，道路交通事故也成為了當(dāng)今全球公害之一⑴。自1769年法國(guó)工程師古諾駕駛自己制造的蒸汽機(jī)汽車(chē)撞上墻壁死亡以來(lái)，全球累計(jì)已有3200多萬(wàn)人死于交通事故，如今全球每年死于交通事故的人數(shù)多達(dá)150萬(wàn)人[2]。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家死于交通事故的人數(shù)一直呈下降趨勢(shì)，主要是源于駕駛員及交通參與行為的改善、道路條件的提升，對(duì)車(chē)輛本身的性能

2、和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以及相關(guān)道路安全法規(guī)的完善，交通事故造成的死亡人數(shù)可能繼續(xù)保持下去[3]。具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表1.1所示。汽車(chē)已成為現(xiàn)代生活中最常用的一種交通工具，全國(guó)的汽車(chē)保有量程不斷增加，這種趨勢(shì)將伴隨著新農(nóng)村的建設(shè)及更多知名國(guó)際汽車(chē)品牌的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)一步加大[6]。國(guó)家公安部交通管理局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截止2013年底全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量已突破2.5億輛，其中，汽車(chē)數(shù)量達(dá)1.37億輛，是2003年汽車(chē)數(shù)量的5.7倍，占機(jī)動(dòng)車(chē)總數(shù)的54.8%,機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)藛T近2.8億，而汽車(chē)駕駛?cè)藛T達(dá)2.19億人[7]。汽車(chē)數(shù)量和

3、駕駛?cè)藛T的大量增加，同時(shí)超速行駛、違章超車(chē)、疲勞駕駛、酒后和無(wú)證駕車(chē)等交通違規(guī)現(xiàn)象的大量出現(xiàn)，致使道路交通事故頻發(fā)，事故總量和所造成的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失依然巨大[8]。表1.3統(tǒng)計(jì)了2001?2011年間全國(guó)的道路交通事故相關(guān)數(shù)據(jù)。..1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀歐美發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)工業(yè)技術(shù)水平在全球處于領(lǐng)先水平，較早的開(kāi)始了汽車(chē)碰撞研究。20世紀(jì)40年代初，歐洲眾多汽車(chē)廠商就開(kāi)展了汽車(chē)實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)。1936年奧迪的前身之一小奇跡公司所代表的汽車(chē)聯(lián)盟在德國(guó)率先系統(tǒng)的進(jìn)行了車(chē)輛安全碰撞試驗(yàn)。1950年末，德國(guó)的梅塞德

4、斯-奔馳及大眾汽車(chē)公司在實(shí)車(chē)碰撞研究中也開(kāi)始對(duì)汽車(chē)追尾碰撞的研究。20世紀(jì)60年代中期，汽車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)在美國(guó)誕生創(chuàng)建于1997年的歐洲新車(chē)安全測(cè)試機(jī)構(gòu)Euro-NCAP,陸續(xù)已測(cè)試過(guò)了超過(guò)165款歐洲暢銷(xiāo)車(chē)款。此機(jī)構(gòu)定期發(fā)布市場(chǎng)上銷(xiāo)售的車(chē)型碰撞結(jié)果，并作出交通事故和傷亡數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，以此向汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)提供指導(dǎo)和改進(jìn)建議。Severy等人對(duì)志愿者分別進(jìn)行了碰撞速度為13km/h和15km/h的追尾碰撞實(shí)驗(yàn)，并發(fā)表了關(guān)于碰撞對(duì)頸部造成損傷的相關(guān)研究報(bào)告[11]?Mertz和Patrick也分別采用了撞車(chē)速為1

5、6km/h和37kni/h的志愿者和尸體實(shí)驗(yàn)，并在相關(guān)的結(jié)果報(bào)告中指出在試驗(yàn)者的頸部沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的損傷的痕跡，因此提出軟組織的損傷可能會(huì)導(dǎo)致頸部損傷[12]。Maab提出過(guò)伸理論，指出追尾碰撞會(huì)導(dǎo)致乘員頸部過(guò)度伸展和彎曲從而造成損傷。Ruedmann根據(jù)Maab的過(guò)伸理論，設(shè)計(jì)出了汽車(chē)座椅的頭枕，研究發(fā)現(xiàn)頭枕的加入對(duì)乘員頸部的損傷有明顯的減小作用[13]。和Jettner等人在研究中發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)在發(fā)生追尾碰撞時(shí)也有可能會(huì)造成油箱漏油從而引發(fā)的火災(zāi)，導(dǎo)致車(chē)內(nèi)的乘員出現(xiàn)損傷[14]。因此對(duì)汽車(chē)發(fā)生追尾后確保汽

6、車(chē)燃油系統(tǒng)的完整性和車(chē)體尾部保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)耐撞性的研究也逐漸被重視起來(lái)。第2章汽車(chē)追尾碰撞事故再現(xiàn)動(dòng)力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用2.1汽車(chē)碰撞事故分析理論基礎(chǔ)汽車(chē)的碰撞過(guò)程是復(fù)雜的瞬間物理運(yùn)動(dòng)，包括大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)和大應(yīng)變，碰撞持續(xù)時(shí)間一般在120ms以內(nèi)，在劇烈碰撞的沖擊荷載作用下，碰撞過(guò)程是是一個(gè)復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，既有各種材料發(fā)生大應(yīng)變時(shí)所呈現(xiàn)的物理非線性，又有結(jié)構(gòu)發(fā)生大轉(zhuǎn)動(dòng)和大位移所導(dǎo)致的幾何非線性[27]。汽車(chē)碰撞事故的發(fā)生過(guò)程一般可以分為三階段：碰撞前、碰撞過(guò)程、碰撞后。碰撞過(guò)程為從車(chē)與車(chē)、車(chē)與人或者

7、車(chē)與物體開(kāi)始接觸至碰撞接觸面間無(wú)作用力為止。該過(guò)程可分為壓縮變形和彈性恢復(fù)兩個(gè)階段。一般兩車(chē)具有不同的速度，接觸瞬間的沖擊所產(chǎn)生的擠壓力致使兩車(chē)的接觸面上產(chǎn)生壓縮變形。兩車(chē)的速度變形由小到大而逐漸接近，當(dāng)壓縮變形最大時(shí)，兩車(chē)接觸面間的擠壓力為零，兩車(chē)速度相同[28]。由于構(gòu)成車(chē)輛的材料彈塑性的作用，從接觸碰撞壓縮變形開(kāi)始到變形最大之后，彈性開(kāi)始恢復(fù)，兩車(chē)壓緊的程度逐漸減小，材料變相慢慢恢復(fù)，直至兩車(chē)分離[29]。.2.2汽車(chē)追尾碰撞事故再現(xiàn)模型實(shí)現(xiàn)發(fā)生汽車(chē)追尾碰撞事故的原因主要有：天氣道路等環(huán)境因素的影

8、響；車(chē)速過(guò)高，駕駛員的視覺(jué)變差；不同車(chē)型的駕駛視野有差異；駕駛員對(duì)前車(chē)的速度判斷出現(xiàn)失誤；駕駛員的駕駛技巧、熟練程度等特性的影響以及駕駛員疲勞駕駛、注意力不集中等。追尾碰撞有如下特點(diǎn)：追尾車(chē)輛由于一般還沒(méi)來(lái)得及完全制動(dòng)，在緊急制動(dòng)減速的過(guò)程中撞上前車(chē)；被追尾車(chē)輛的駕駛員認(rèn)知時(shí)間比較晚，很少有時(shí)間能進(jìn)行避免被追尾的操作，因此，斜碰撞在追尾碰撞中很少出現(xiàn)。現(xiàn)假設(shè)1號(hào)車(chē)為追尾車(chē)輛，2號(hào)車(chē)為被追尾車(chē)輛，那么汽車(chē)追尾碰撞事故再現(xiàn)計(jì)算模型的實(shí)現(xiàn)步驟如下