汽车追尾碰撞事故再现模型与方法研究

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1、汽车追尾碰撞事故再现模型与方法研究第1章绪论1.1研究背景和意义随着全球经济的快速发展，汽车工业不断发展壮大，汽车己经成为人们重要的代步工具，全球保有量迅速增长的同时，道路交通事故也成为了当今全球公害之一⑴。自1769年法国工程师古诺驾驶自己制造的蒸汽机汽车撞上墙壁死亡以来，全球累计已有3200多万人死于交通事故，如今全球每年死于交通事故的人数多达150万人[2]。自20世纪70年代以来，欧美发达国家死于交通事故的人数一直呈下降趋势，主要是源于驾驶员及交通参与行为的改善、道路条件的提升，对车辆本身的性能

2、和结构进行优化改进，以及相关道路安全法规的完善，交通事故造成的死亡人数可能继续保持下去[3]。具体数据统计如下表1.1所示。汽车已成为现代生活中最常用的一种交通工具，全国的汽车保有量程不断增加，这种趋势将伴随着新农村的建设及更多知名国际汽车品牌的国产化进一步加大[6]。国家公安部交通管理局数据显示，截止2013年底全国机动车数量已突破2.5亿辆，其中，汽车数量达1.37亿辆，是2003年汽车数量的5.7倍，占机动车总数的54.8%,机动车驾驶人员近2.8亿，而汽车驾驶人员达2.19亿人[7]。汽车数量和

3、驾驶人员的大量增加，同时超速行驶、违章超车、疲劳驾驶、酒后和无证驾车等交通违规现象的大量出现，致使道路交通事故频发，事故总量和所造成的人员伤亡与经济损失依然巨大[8]。表1.3统计了2001?2011年间全国的道路交通事故相关数据。..1.2国内外研究现状欧美发达国家汽车工业技术水平在全球处于领先水平，较早的开始了汽车碰撞研究。20世纪40年代初，欧洲众多汽车厂商就开展了汽车实车碰撞试验。1936年奥迪的前身之一小奇迹公司所代表的汽车联盟在德国率先系统的进行了车辆安全碰撞试验。1950年末，德国的梅塞德

4、斯-奔驰及大众汽车公司在实车碰撞研究中也开始对汽车追尾碰撞的研究。20世纪60年代中期，汽车安全标准在美国诞生创建于1997年的欧洲新车安全测试机构Euro-NCAP,陆续已测试过了超过165款欧洲畅销车款。此机构定期发布市场上销售的车型碰撞结果，并作出交通事故和伤亡数据统计分析，以此向汽车生产企业提供指导和改进建议。Severy等人对志愿者分别进行了碰撞速度为13km/h和15km/h的追尾碰撞实验，并发表了关于碰撞对颈部造成损伤的相关研究报告[11]?Mertz和Patrick也分别采用了撞车速为1

5、6km/h和37kni/h的志愿者和尸体实验，并在相关的结果报告中指出在试验者的颈部没有发现明显的损伤的痕迹，因此提出软组织的损伤可能会导致颈部损伤[12]。Maab提出过伸理论，指出追尾碰撞会导致乘员颈部过度伸展和弯曲从而造成损伤。Ruedmann根据Maab的过伸理论，设计出了汽车座椅的头枕，研究发现头枕的加入对乘员颈部的损伤有明显的减小作用[13]。和Jettner等人在研究中发现，汽车在发生追尾碰撞时也有可能会造成油箱漏油从而引发的火灾，导致车内的乘员出现损伤[14]。因此对汽车发生追尾后确保汽

6、车燃油系统的完整性和车体尾部保险杠结构耐撞性的研究也逐渐被重视起来。第2章汽车追尾碰撞事故再现动力学模型实现及应用2.1汽车碰撞事故分析理论基础汽车的碰撞过程是复杂的瞬间物理运动，包括大位移、大转动和大应变，碰撞持续时间一般在120ms以内，在剧烈碰撞的冲击荷载作用下，碰撞过程是是一个复杂的非线性动态响应过程，既有各种材料发生大应变时所呈现的物理非线性，又有结构发生大转动和大位移所导致的几何非线性[27]。汽车碰撞事故的发生过程一般可以分为三阶段：碰撞前、碰撞过程、碰撞后。碰撞过程为从车与车、车与人或者

7、车与物体开始接触至碰撞接触面间无作用力为止。该过程可分为压缩变形和弹性恢复两个阶段。一般两车具有不同的速度，接触瞬间的冲击所产生的挤压力致使两车的接触面上产生压缩变形。两车的速度变形由小到大而逐渐接近，当压缩变形最大时，两车接触面间的挤压力为零，两车速度相同[28]。由于构成车辆的材料弹塑性的作用，从接触碰撞压缩变形开始到变形最大之后，弹性开始恢复，两车压紧的程度逐渐减小，材料变相慢慢恢复，直至两车分离[29]。.2.2汽车追尾碰撞事故再现模型实现发生汽车追尾碰撞事故的原因主要有：天气道路等环境因素的影

8、响；车速过高，驾驶员的视觉变差；不同车型的驾驶视野有差异；驾驶员对前车的速度判断出现失误；驾驶员的驾驶技巧、熟练程度等特性的影响以及驾驶员疲劳驾驶、注意力不集中等。追尾碰撞有如下特点：追尾车辆由于一般还没来得及完全制动，在紧急制动减速的过程中撞上前车；被追尾车辆的驾驶员认知时间比较晚，很少有时间能进行避免被追尾的操作，因此，斜碰撞在追尾碰撞中很少出现。现假设1号车为追尾车辆，2号车为被追尾车辆，那么汽车追尾碰撞事故再现计算模型的实现步骤如下