碰撞伤害与评价课件.ppt

1、第一节第一节 乘员碰撞伤害的研究乘员碰撞伤害的研究第二节第二节 伤害评价伤害评价第三章第三章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价第一节第一节 乘员碰撞伤害的研究乘员碰撞伤害的研究汽车被动安全性研究的宗旨是通过生物力学研究人体伤害机理、汽车被动安全性研究的宗旨是通过生物力学研究人体伤害机理、人体对碰撞的忍受能力，以制订伤害评价指标。在事故中最大人体对碰撞的忍受能力，以制订伤害评价指标。在事故中最大可能地避免或减缓对乘员的伤害。可能地避免或减缓对乘员的伤害。伤害生物力学主要研究机械载荷，尤其是冲击载荷对人体的影伤害生物力学主要研究机械载荷，尤其是冲击载荷对人体的影响。当机械载荷作用于

2、人体时，人体响应区域就会发生机械上响。当机械载荷作用于人体时，人体响应区域就会发生机械上和生理上的变化，这就是生物力学响应。当生物力学响应使生和生理上的变化，这就是生物力学响应。当生物力学响应使生物体的变形超过了可恢复极限时，将引起组织结构的损伤和正物体的变形超过了可恢复极限时，将引起组织结构的损伤和正常机能的改变，也就产生了伤害。常机能的改变，也就产生了伤害。第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价人体在碰撞中的伤害源：人体在碰撞中的伤害源：二次碰撞二次碰撞;车体结构对乘员舱的侵入车体结构对乘员舱的侵入;乘员

3、约束系统本身由于设计或使用不当乘员约束系统本身由于设计或使用不当产生的副作用产生的副作用;1.乘员身体暴露车外乘员身体暴露车外.第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价人体在碰撞中的伤害一般概括为以下几部分：人体在碰撞中的伤害一般概括为以下几部分：表皮层的伤害表皮层的伤害神经系统的伤害神经系统的伤害胸部的损伤胸部的损伤腹部的损伤腹部的损伤骨折和韧带伤害骨折和韧带伤害1.1.面部伤害面部伤害 人体伤害的评估分为伤害分级和定量测量两类。人体伤害的评估分为伤害分级和定量测量两类。前者从解剖学角度出发，根据受伤的位置、伤害的类前者从解剖学角度出发，根据受伤的位置、伤害的类型和相应

4、的程度来描述伤害。它描述的是伤害本身，型和相应的程度来描述伤害。它描述的是伤害本身，而不是伤害造成的后果。后者是在试验室碰撞试验中而不是伤害造成的后果。后者是在试验室碰撞试验中使用假人评价整车或汽车安全保护系统安全性能的主使用假人评价整车或汽车安全保护系统安全性能的主要方法要方法 第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价定性研究定性研究简明伤害分级简明伤害分级被全世界普遍接受的解剖学上的标准是简明伤害标被全世界普遍接受的解剖学上的标准是简明伤害标准（准（AISAbbreviated Injury Scale）。）。AIS是一种对生是一种对生命威胁程度的分级。每个命威胁程度

5、的分级。每个AIS水平都有一个生物力学容水平都有一个生物力学容限。限。第二节第二节 伤害的评价伤害的评价第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价伤害级别伤害程度0无伤害1轻伤 2 中伤3 重伤（无生命危险）4重伤（有生命危险）5重危 6死亡（24小时之内 因一个致命原因）7死亡（因两个致命原因）8死亡（因三个致命原因或烧死）9情况不明第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价身体身体部位部位头部头部面部面部胸部胸部腹部腹部上肢上肢下肢下肢严重严重伤害伤害46%27%53%21%29%32%致

6、命致命伤害伤害97%7%93%50%6%15%正碰中乘员身体各部位受到伤害的频率正碰中乘员身体各部位受到伤害的频率 对伤害进行定量测量对伤害进行定量测量头部的耐冲击性和伤害指标头部的耐冲击性和伤害指标 胸部的耐冲击性和伤害指标胸部的耐冲击性和伤害指标大腿骨伤害标准大腿骨伤害标准颈部伤害指标颈部伤害指标完全伤害评价完全伤害评价 第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价定量地评价头部碰撞忍受能力的基础是定量地评价头部碰撞忍受能力的基础是Wanyne State 耐力曲线耐力曲线WSTC(Wanyne State Tolerance Curve)。WSTC给出了头部接触碰撞时造

7、成头部严重伤害的线性给出了头部接触碰撞时造成头部严重伤害的线性加速度与冲击持续时间之间的关系，图中纵坐标是加速度与冲击持续时间之间的关系，图中纵坐标是“有有效效”加速度（或称为平均加速度），横坐标是该加速度加速度（或称为平均加速度），横坐标是该加速度冲击的持续时间。将加速度值与冲击持续结合起来评价冲击的持续时间。将加速度值与冲击持续结合起来评价头部伤害，如果位于曲线上方区域则很可能造成头部损头部伤害，如果位于曲线上方区域则很可能造成头部损伤（伤（AIS3）,即超出头部的忍受极限；如果位于即超出头部的忍受极限；如果位于WSTC曲线下方区域，则低于头部忍受极限。曲线下方区域，则低于头部忍受极限。第

8、二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价 第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价WPTC曲线中曲线中 16ms 这一段使用新鲜尸体这一段使用新鲜尸体试验测量头部与一刚性平板碰撞的加速度响应获得试验测量头部与一刚性平板碰撞的加速度响应获得的；调节平板上的缓冲器改变冲击持续时间，的；调节平板上的缓冲器改变冲击持续时间，610 ms 这一段是通过尸体试验与动物头脑挤压相对的这一段是通过尸体试验与动物头脑挤压相对的方法测量获得的；长持续时间的冲击是采用志愿者方法测量获得的；长持续时间的冲击是采用志

9、愿者人体试验获得的。把不会造成头部伤害的加速度水人体试验获得的。把不会造成头部伤害的加速度水平作为平作为 WPTC曲线的渐近线，这一渐近值最初提议曲线的渐近线，这一渐近值最初提议是是42g，后来提议增加到，后来提议增加到80g。第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价 max5.2121221)(1)(ttdttattttHIC12,tt第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价HIC（Head Injury Criterion)胸部胸部3ms3ms准则准则胸部是继头部后最应受保护的器官。胸廓骨架胸部是继头部后最应受保护的器官。胸廓骨架包括包括12块胸

10、椎骨，胸骨和相对刚硬但可活动的保护壳。块胸椎骨，胸骨和相对刚硬但可活动的保护壳。通常所说的人胸部受伤严重程度的容限水平通常所说的人胸部受伤严重程度的容限水平（AIS4）是指作用在上胸部重心处的作用时间为）是指作用在上胸部重心处的作用时间为3ms或更长时间的线性加速度最大值为或更长时间的线性加速度最大值为60g。因此这个准。因此这个准则并不是简单的建立在最大值基础上，而是建立在可则并不是简单的建立在最大值基础上，而是建立在可承受得线性加速度水平上。承受得线性加速度水平上。第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价3.3.胸部压缩量胸部压缩量胸部压缩量定义了躯干和肋骨的最大压胸

11、部压缩量定义了躯干和肋骨的最大压缩量。它表明了胸部骨折的情况。缩量。它表明了胸部骨折的情况。第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价胸骨的挤压变形指标不能很好的反映较高速度胸骨的挤压变形指标不能很好的反映较高速度碰撞造成的伤害的可能性。碰撞能量相同的碰撞试验碰撞造成的伤害的可能性。碰撞能量相同的碰撞试验表明，不同碰撞速度时造成的最大挤压变形几乎是相表明，不同碰撞速度时造成的最大挤压变形几乎是相同的，但随着碰撞速度的提高用同的，但随着碰撞速度的提高用AIS衡量的伤害却在衡量的伤害却在增加。当碰撞速度小于增加。当碰撞速度小于3m/s时，挤压变形指标是比较时，挤压变形指标是比较

12、适合的；但碰撞速度提高到适合的；但碰撞速度提高到30 m/s时，则必须同时考时，则必须同时考虑挤压变形和挤压变形速度；对于更高速度的冲击虑挤压变形和挤压变形速度；对于更高速度的冲击（爆炸），挤压变形速度对伤害显得更重要（爆炸），挤压变形速度对伤害显得更重要.第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价粘性指标粘性指标VC(Viscous)：变形速度变形速度V(t)和相对挤压变形量和相对挤压变形量G(t)的乘积，的乘积，变形速度变形速度V(t)由变形量由变

13、形量D(t)差分计算获得，差分计算获得，V(t)=dD(t)/dt G(t)=D(t)/D D为躯干的初始厚度为躯干的初始厚度VC的单位为的单位为 m/sDtDtdtDdVC)()()(第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价5.腿部伤害评价腿部伤害评价（1）大腿骨轴向压缩力（N）（2）小腿骨轴向压缩力（N）6.6.颈部伤害颈部伤害评价评价 （1）向前弯曲力矩（Nm）（2）向后弯曲力矩（Nm）（3）轴向拉伸力（N）（4）轴向压缩力（N）（5）剪切力（N）第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价 7.7.侧面撞击胸部伤害指数侧面撞击胸部伤害指数 TTI

14、(Thoracic Trauma TTI(Thoracic Trauma Index)Index)TTI=1.4TTI=1.4 AGE+0.5 AGE+0.5(RIBY+T12Y)(RIBY+T12Y)MASS/Matd MASS/Matd 式中式中:TTI TTI 胸部伤害指数胸部伤害指数,g;,g;ACE ACE 用于试验的人体年龄，岁用于试验的人体年龄，岁;RIBY RIBY 第第 4 4、8 8 根肋骨的侧面加速度峰值，根肋骨的侧面加速度峰值，g;g;T12Y T12Y 第第1212节胸部脊椎骨的侧面加速度峰值，节胸部脊椎骨的侧面加速度峰值，g;g;MASS MASS 用于试验的人体质

15、量用于试验的人体质量,kg;,kg;Matd Matd 标准人体的质量标准人体的质量,Matd=75kg;,Matd=75kg;对于对于5050百分位男性假人百分位男性假人,TTI,TTI可简化为可简化为:TTI=0.5(RIBY+T12Y)TTI=0.5(RIBY+T12Y)第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价 8.WIC:正则化的伤害评估值正则化的伤害评估值WIC=0.6 0.20/)(05.00.2/)0762.060(35.0)1000(336femurrightfemurleftCOMPMSFFCCHIC式中式中HIC36头部伤害准则的数值头部伤害准则的数值C3MS胸部胸部3MS准则的数值，单位为准则的数值，单位为gCCOMP胸部压缩量，单位为胸部压缩量，单位为m左大腿骨最大轴向力，单位为左大腿骨最大轴向力，单位为kN右大腿骨最大轴向力，单位为右大腿骨最大轴向力，单位为kN第二章第二章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价