快递专用电动三轮车行人碰撞事故伤害研究[1]

文/赵汝涛 缪文泉 吴 斌

快递专用电动三轮车行人碰撞事故伤害研究[1]

文/赵汝涛 缪文泉 吴 斌

快递专用电动三轮车在非机动车道行驶中与行人发生碰撞的几率很大。本文参考国内外的行人保护法规标准，从动力学角度对碰撞过程进行简化，研究快递专用电动三轮车与行人发生碰撞时的事故特征，可能导致的行人伤害情况和死亡风险，并提出相应的措施。

快递专用电动三轮车 行人保护 事故特征

如果定义快递专用电动三轮车（以下简称“快递三轮车”）为非机动车，在非机动车道、混合车道以15 km/h的速度行驶，与行人、骑车人发生碰撞的几率要远高于其他车辆。由于其重量和外廓尺寸与汽车存在明显差异，两者的碰撞模式和碰撞特征也相差甚大。为了方便分析，本文以快递三轮车和行人碰撞为基本模型，进行事故伤害特征分析。

汽车与行人碰撞对行人造成的伤害，世界各国早已开展研究。2003年11月，欧盟颁布世界上第一个行人碰撞法规——Directive 2003/102/EC，提出了碰撞事故中对行人保护强制性法规要求。目前国外的Euro-NCAP、GTR、IIHS等组织和机构已经建立了独立的行人保护评价体系，旨在避免行人在碰撞事故中受伤。我国于2013年开始实施GB/T 24550-2009《汽车碰撞时对行人的保护》，本文参考此法规设计了快递三轮车的行人保护碰撞分析试验。

一、快递三轮车与行人碰撞事故特征分析

快递三轮车在非机动车道、小区混合车道行驶，与行人、自行车骑车人发生碰撞的几率要远高于关注行人保护设计的普通乘用车。如图1所示，在设计之初，此类电动车几乎不考虑碰撞事故中车辆对行人的保护功能，所以一旦发生交通事故，行人受伤的概率和程度会大幅增加。

图1 快递专用电动三轮车示例

对比普通汽车设计，快递电动三轮车无发动机罩盖、前保险杠等薄覆盖件，造型比传统汽车车辆前端更短，接触面更竖直；前轮外伸缺少保险杠包裹，会与行人身体发生接触产生撞击或碾压，对比见图2。

图2 普通汽车和快递三轮车与行人的碰撞过程

1.碰撞过程的特征和分析

根据图2对比，发现快递三轮车在与行人发生碰撞过程的特征和差异如下：

① 第一碰撞接触点。普通乘用车首次接触的撞击点在小腿膝盖附近，而快递三轮车的第一撞击点有两种情况：一是在小腿下半部分的胫骨位置；二是在小腿上半部分的股骨位置。

② 人体旋转角度。普通轿车的前端为发动机罩盖，重心位置较低，人体旋转的角度较大，而快递三轮车前端无发动机罩盖，重心位置较高，所以旋转角度很小。

③ 头部撞击位置。普通轿车前端包络线较长，头部的撞击位置集中在发动机罩盖和挡风玻璃下端，撞击A柱的可能性较小。快递三轮车前端较短，头部撞击位置集中在挡风玻璃上，撞击A柱的可能性较大。

④ 车辆内部乘员伤害。普通轿车内部前排配备有安全带和安全气囊，在碰撞中能较好地保护乘员，避免撞击硬点；快递三轮车成本很低，没有安全带，在碰撞中乘员与车辆的撞击受伤可能性更大。

2.计算机模拟事故

通过计算机模拟快递三轮车与行人发生碰撞事故，如图2所示。快递三轮车设计最大质量约为500 kg，与重量为75 kg的行人发生碰撞时，碰撞相容性差，大部分能量被行人吸收造成伤害。快递三轮车与行人碰撞过程中的动力学分析主要存在如下三个过程：

① 第一阶段。行人头部、腿部与快递三轮车前端发生碰撞，造成行人头部和腿部的伤害。

② 第二阶段。被撞行人被车体反弹，与地面发生碰撞，造成头部的伤害。

③ 第三阶段。碰撞后行人发生一定程度的旋转和侧移，被撞行人更容易滑倒在其他车道。

本研究参考GB/T 24550-2009要求，考虑实际中行人与快递三轮车撞击的不同特点，对试验流程及操作进行有针对性的设计。

二、行人与快递三轮车碰撞一次伤害特征分析

快递三轮车的头部撞击危险区域包括：A柱、驾驶员投影挡风玻璃区域等。危险区域如图3线条标识。根据图3区域面积对比分析，发生行人头部碰撞时，撞击危险区域概率为75%。

腿部危险区域分析：如图3线条区域的硬点较多，且下部属于中空区域，与小腿撞击时会使小腿产生明显的弯矩和位移（骨折危险）。

图3 快递三轮车头部和腿部危险区域划分

1. 行人头部碰撞试验的伤害分析

快递三轮车以设计车速15 km/h为头部撞击试验速度。按图4选择试验快递三轮车头部试验点，试验中，设计行人与电动车的X轴0°（平行直接碰撞）、与X轴成45°（夹角）两种工况进行讨论。行人保护头部试验均参考GB/T 24550-2009要求进行。试验结果见表1。

图4 划分区域并选择试验快递三轮车头部试验点

表1 本次头部试验基本情况

快递三轮车碰撞速度为15 km/h时，头部HIC值约在500~600之间，根据图5头部HIC与AIS指标之间的关系，可知上述试验中头部的伤害等级为AIS2，容易造成脑震荡、视网膜脱落等危险伤害。

图5 HIC与AIS指标的关系

表2 AIS伤害等级情况描述

2. 行人腿部碰撞试验的伤害分析

腿部试验主要包括大腿试验和小腿试验。在此碰撞中的主要伤害在小腿的撞击和变形。因此，本试验选用柔性腿模型进行小腿试验。试验区域为图6中的Y3和Y4点位置，此高度为小腿上半部分股骨直接接触区域。试验结果如表3所示。

图6 腿型试验区域

表3 腿部试验情况介绍

观察图7中Y4点试验的全过程，在撞击初始时，膝盖和股骨首先接触车身，产生弯矩和位移，后续胫骨部位接触产生力矩。通过腿部的试验结果，结合试验的视频动画，可见腿部受到伤害最严重的阶段是行人与车辆的第一次碰撞阶段。撞击时小腿的上下两部分会分别撞击到车辆上产生弯矩。如果弯矩伤害值较大，膝盖内部韧带位移变形量也会增加较多；如果撞击到硬点位置，则会造成腿部骨折。

图7 小腿撞击试验过程截图

三、行人与地面碰撞的二次伤害分析

由于车辆重量远大于行人，被撞人体承受车体的弹力发生反弹运动，可以简化为初速度——反弹速度（15 km/h）绕身体支点（脚部）的旋转运动，倒向地面。因为快递三轮车主要是低速运行，且外覆盖面坚硬平直，如果忽略碰撞的能量吸收，被撞行人的反弹速度最高为15 km/h。根据反弹的速度和被撞行人的落点情况，快递三轮车与头部倒地的情况，可分成如表4所示的四种情况。

被撞行人与地面撞击极为危险，选取速度最低、伤害较轻的工况3（头部高度为0.5~0.6 m、反弹速度为0 km/h），验证自由落体运动时头部的伤害水平。将上述第二阶段的碰撞过程简化为竖直方向上的自由落体运动：即头部自由落体运动，通过伤害值判定此阶段中头部的受伤程度。试验设计如图8。

表4 碰撞后行人倒地分析km/h

图8 自由落体原理和试验图

基于速度等效原则，在此设置落体的高度从500~600 mm之间变化，根据设计的试验流程进行头部自由落体试验，对每次试验数据进行采集和分析。

表5 自由落体试验结果

在前述试验中如果行人被撞后，再以11.3～12.3 km/h的速度与地面产生二次碰撞，头型HIC值大于1 500。如前分析，工况3是四种倒地情况中撞击速度最低的，故在真实的交通事故情况下的伤害会十分严重，极容易出现死亡现象（AIS5+，AIS6）。

四、碰撞发生的其他衍生事故分析

当碰撞结束，人体受车体反弹力会发生横向的旋转和侧移，滑倒在相邻车道，易遭受其他车辆的第三次撞击和碾压。如图9所示，此时行人已经受到伤害，如果再遭受其他车辆的撞击和碾压，会有生命危险。

图9 第三次碰撞示意图

五、结 语

经对快递三轮车与行人发生事故碰撞时的三个阶段的分析，快递三轮车与行人碰撞时跟汽车相比：头部撞击危险区域的概率更高，小腿与快递三轮车的首次撞击位置会更高。以15 km/h的速度与行人发生碰撞，一次碰撞会造成行人(或自行车乘员)头部脑震荡伤害的概率为AIS2+，腿部存在骨折风险；头部的二次碰撞试验伤害远大于一次碰撞，造成的生物力学伤害等级会达到AIS4+（重度脑震荡或死亡），存在严重的死亡危险。

综上所述：快递三轮车在非机动车道、混合车道行驶，鉴于其相对庞大的体型，与非机动车或行人产生碰撞的事故率很高。为了更好地保障行人安全，建议对此类型快递三轮车的造型和结构进行优化设计，如：快递三轮车的前轮需要由薄覆盖件包裹，避免与行人发生直接接触；缩短三轮车前轮的外伸长度，可以降低碰撞后行人的腿部弯折风险；车辆内部配备安全带，可以有效地保护车内乘员的安全。

Based on the pedestrian protection laws and regulations at home and abroad, and by simplifying the collision process from the perspective of dynamics, this paper studies the characteristics of accident which happen between electric tricycle for express service use and pedestrians. Furthermore, the paper analyses the potential pedestrian injury and risk of death due to collision between electric tricycles for express service use and pedestrians.

Express electric tricycle; Pedestrian protection; Accident characteristic

（作者单位：上海机动车检测认证技术研究中心有限公司）

注：[1] 上海市科学技术委员会资助项目：上海市汽车安全检测专业技术服务平台（编号：16DZ2291000）