撞击与生命范文第1篇

健康是一个人事业发达、职业发展、生活幸福的前提条件。

你想健健康康，你想年年轻轻，你想手到病除，你想少去医院、少花钱，那么，求人不如求已，看看《不生病的智慧》，你就会发现，自己可以主宰自己的命运，有时候举手之劳，我们就能够为自己买一份“生命健康的保险单”。

本刊刊出“从初级护士到‘民间奇医’”的专题报道后，不少读者来电和来信，希望与马悦凌女士联系，了解更多的“不生病”的方法，为了满足广大读者的要求，本刊连续登载马悦凌的防病治病经验谈，交给大家一把打开健康之门的钥匙。

当你感到腰酸背痛时，如果有人帮你捶捶背部，按摩一下，顿时会感觉轻松许多。在医院里，背部的推拿按摩就可以治疗许多病症。在公园里，有很多老人都在用背部撞树来锻炼身体。

人体背部的脊柱及脊柱的两侧，分布着丰富的神经和许多重要穴位，与四肢、脏腑有广泛的联系。中间的督脉是人体阳气的总水库，是保证人体生命力旺盛的总源头，两侧的膀胱经是人体内最长、穴位最多的重要经络。每天坚持刺激背部组织上的经络，能促进局部乃至全身的血液循环，增加内分泌和消化功能，大大提高人体的免疫力。

现代人没有那么多的时间去进行户外锻炼，那就利用家中或办公室的墙，一样可以起到锻炼的作用，具体的做法是这样的：离墙15 ～ 20 厘米站立，全身自然放松，用背部向后撞击墙壁，待身体弹回后，再撞击，约一秒钟撞一下，并随着撞击的节奏自然呼吸。撞击时，动作要有力但不可过猛，要协调均匀。碰撞的顺序依次是：背的上部、下部、腰、左右肩胛、左右侧背部，争取整个背部全部撞到。当撞击上背时，可以刺激到主治肺部疾病的肺俞穴、主治心脏疾病的心俞穴、能宽胸理气的督俞穴以及理血、宽中、和胃的膈俞穴。当撞击下背部时，可以刺激主治肝脏疾病的肝俞穴和主治胆囊疾病的胆俞穴，还有健脾、和胃、化湿的脾俞穴等等。撞击左右肩胛上的穴位，对治疗头部、面部疾病、颈椎病、肩周炎有特效。撞击背的侧部，能够宽胸理气、治疗肋间疼痛。还可以尽量挺胸，向后撞击颈肩部的大椎、风门等穴位，可以治疗颈椎病、颈肩综合症。

背部撞墙法虽然很简单，但在锻炼的过程中也应该注意做到循序渐进。一开始可以先撞击5～ 10 分钟，渐渐地增加到30 分钟左右，撞击到背部已明显发热，这时背部的各个穴位及其所属的脏腑都得到了有效的保养，从而极大地激发出了防治疾病的巨大潜能。一般撞击后背几分钟后，就会有打嗝、放屁等情况出现，这是体内脏腑排泄废气的结果。

这种保健方法要注意的是：年纪大的人可以只撞3 ～ 5分钟，而对患有严重心脏病、尚未明确诊断的脊柱病、内脏下垂、血压过高、晚期肿瘤等症的病人，则不宜用此法锻炼。撞击背部时，有少数人会有头晕、头胀、头痛等不适感觉，这是人体经络调整的正常现象，不要担心，只要酌情控制撞击的时间及力度，这些症状会渐渐地消失。

实践证明，只要坚持按照这种方法锻炼，都可以收到特别明显的效果。有的人颈椎病、腰痛明显好转；有的人治好了多年的慢性咳嗽；特别是一些长期吸烟的人，通过对背部及肩胛下的肺底部的撞击，排出了堆积的很多积痰、细菌、污染物；如果遇上感冒，背部撞击后会觉得感冒的症状明显减轻；坚持的时间长了还会有明显的降血压、治便秘、治哮喘、治失眠等许多意想不到的功效，甚至还能矫正驼背。

撞击与生命范文第2篇

创造太空奇迹：邀游太空3年仅用75千克燃料

“智能1号”是欧洲首枚月球探测器，它的英文名叫“SMART―1”。在技术方面，“智能1号”堪称未来太空探测器的“先锋”。探测器全部由低成本、小型化的尖端技术部件构成，造价约1．1亿欧元，重仅367千克，体积约1立方米。它之所以轻巧是因为用了新能源，即太阳能离子发动机。与传统的航天器化学燃料发动机不同，太阳能离子发动机可将太阳能转化为电能，再通过电能电离惰性气体原子，喷射出高速氙离子流，为探测器提供主要动力。太阳能离子发动机利用燃料的效率比普通化学燃料发动机高10倍，因此它所需燃料不多，这使得装备它的航天器有更多的空间装载其他装备。“智能1号”在太空中遨游近3年时间，围绕月球轨道飞行2000多圈，却只消耗了75千克氙燃料，而普通化学燃料发动机运转时，数以吨计的燃料几分钟便用完了。新型太阳能离子发动机在“智能1号”的飞行中经受了考验，为人类未来星际旅行展现了新的前景，这种新型发动机有望成为未来星际旅行的主要动力装置之一。

第一次发现了月球北极“日不落”区城

“智能1号”于2003年9月27日发射升空，2004年11月进入月球重力场，并开始以螺旋式运动接近月球椭圆形极地轨道。2005年1月，“智能1号”进入工作轨道，即近月300千米、远月3000千米的运行轨道。月球与地球的直线距离约有38万千米，美国“阿波罗”飞船从发射到抵达月球轨道只用了3天时间，但是“智能1号”却花费了近14个月时间，行程上亿千米才抵达月球轨道，“智能1号”的奔月飞行之所以如此缓慢，是为了验证太阳能离子发动机的性能。正是由于“智能1号”长时间环绕月球极地轨道飞行，它绘制了迄今为止最为详细的月球表面整体外貌图，其中包括过去人们缺乏了解的月球背面和极地概貌。以往的探测器基本都是环绕月球赤道运行，关于月球极地信息只能用“余光”扫视，而“智能1号”实现了环两极运行，它是在“俯瞰”。“智能1号”不但让科学界第一次发现月球极地与赤道区域的许多不同地质构造，也让人类第一次发现在接近月球北极存在一个“日不落”区域。因为月球表面的温差变化很大，白天在阳光垂直照射的地方温度高达127℃，夜晚温度可降低到零下183℃，对人类登月造成巨大的障碍，而这一发现将有可能使人类在月球上找到一块温差变化小的地带，对人类登月探测有重大意义。

撞击月球只为“发挥余热”

从发射到撞击的近3年时间中，“智能1号”为人类探索太空、了解月球积累了宝贵的财富。“智能1号”在以“撞月”结束其使命前完成了多项科学任务：包括对新型太阳能离子发动机进行了测试，传回了月球表面2万多张高清晰度图像，帮助科学家获得了一些月球表面化学元素含量的数据，绘制了月球表面的整体外貌图，为人类研究月球表面的化学成分、月球的起源和演化等提供了大量有价值的数据。可以说，“智能1号”已完满地完成了任务，由于燃料寿命将尽，探测器实际上已经成为了月球的俘虏，也就是说，它早晚会撞到月球表面。20世纪60年代初期美国发射的几个“漫游者”系列探测器都以撞击月球的方式结束了一生。与此次撞击月球的“智能1号”不同的是，“撞月”是“漫游者”们接近并考察月球的主要方式，而“智能1号”撞击月球属于“发挥余热”，即当它快要“弹尽粮绝”时，科学家通过人为设计的撞击使它为人类最后献身。这次撞击主要目的是在月球表面“撞”出更多物质，以帮助天文学家对月球表面物质进行进一步观测研究，为探索月球起源寻找证据。

撞击不会对月球有任何危害

“智能1号”探测器质量为367千克，仅相当于洗衣机大小，撞击速度只有每秒2千米，远低于太空中其他流星体，因此它不会给月球造成什么影响，其对月球的伤害程度比蚊子叮人一下还要轻得多。1959年，苏联的“月球2号”探测器在月球硬着陆，这是第一个撞击月球表面的人造飞行器。此后大约50年的时间里其他飞行器也对月球进行过撞击，“智能1号”撞击是有史以来各类探测器撞击月球中“最温柔的一次”，对月球的影响可以用“微乎其微”来形容。

那么，撞击完成之后，这些来自地球人类文明的残留物，会不会对月球造成污染?答案是否定的。制造“智能1号”探测器和探测器上的仪器的化学元素在月球上都是自然存在的。如铝和铁在月球上就非常普遍。氢、碳和氮虽然在月球上非常稀缺，但是他们会随着太阳风刮到月球表面，有时也会随着彗星的碎片来到月球。彗星的碎片除了上述那些元素外，还带来大量的其他元素。从这点来看，“智能1号”探测器也算是一个彗星，只不过它是人造的而已。

此外，撞击也不会给地球带来任何危害。“智能l号”本身在月球上活动时会受到月球引力的牵引，由它撞击所产生的任何物质无法抗拒月球的引力逃逸到太空中来，因此不会给地球带来危险。

撞击助解月球起源之谜

这次撞击使月球撞击坑内深度1米以内的各种物质被抛向空中，供地面观测。由于月球引力只有地球的1／6，因此没有地球上尘土飞扬的概念。从地面上观测，只有大型天文望远镜才能看到撞月的微小亮点。为了避免这一亮点完全被月光覆盖，“智能1号”的撞击点选择在背离太阳的月球阴暗面。这样，探测器撞出的尘埃将被地面反射的太阳光照亮，通过观察，科学家将进一步了解这些“尘埃“的成分，分析月球起源。

撞击与生命范文第3篇

按理说，体型小重量轻的鸟类，与钢筋铁骨的飞机相撞应该就如同以卵击石，可为什么又能把飞机撞坏呢？这是因为破坏主要来自飞行器的速度而非鸟类本身的质量。根据动量定理，一只0.45kg的鸟与80km/h的飞机相撞，会产生1.53×103N的冲击力；一只7kg的大鸟撞在960km/h的飞机上，冲击力将达到1.44×106N。高速运动使得鸟击的破坏力达到惊人的程度，一只麻雀就足以撞毁起飞或降落时的飞机的发动机。

飞行器的导航系统大多位于前部，由于导航的需要，这些设备的防护罩，包括挡风玻璃的机械强度大多比其他部位差，更容易在受到鸟击后损坏。不过，鸟飞行的高度有限，飞机下降到能撞鸟的高度一般都是在刚起飞或快着陆时，这时速度并不是非常大，在时速150km左右。这时如果机头或者翼根等坚固部位撞鸟问题不大，就算把驾驶舱玻璃撞碎，也就是相当于你在高速公路上把车窗打开的感觉，立即返航不会有大的问题。

但是发动机就不一样了，发动机的叶片很薄，而且是保持高速旋转的状态，很容易就会被打碎。更要命的是发动机在以巨大的力量将周围空气吸入，因此附近的飞鸟只要处于发动机附近就会被吸进去。发动机一旦被打碎就会立即失去大部分动力，这样飞机就只能依靠剩下的发动机挣扎返航。这时，如果发动机出现着火现象，飞行员会立即关闭发动机。如果是起飞阶段撞鸟，飞行员会继续爬升到安全高度然后调转机头返航。不用担心只有2台发动机的飞机在一台发动机失去动力后就会掉下来，现在双发动机飞机在设计时已经考虑到这点，通常会将垂直尾翼设计得非常大，以保证飞机在只用一台发动机的情况下仍能以一定上升率爬升到安全高度并支撑飞机返航。

下面我们不妨用物理方法定量近似分析机毁鸟亡着一现象。

【例1】假设某战斗机的起飞速度为50m/s，在起飞时与一长度为10cm的鸟相撞，把鸟撞成薄饼状贴在飞机上，则在撞击过程中，飞鸟的加速度约为多大？

部分学生错误解答为：撞击时间t，看成是飞机匀速飞过10cm用的时间t = 0.1m/（50m/s）= 0.002s，鸟在时间t内速度从0变为50m/s 所以a=（V-0）/t=2.5×104m/s2错在哪里？作用时间内把鸟一直当着静止处理，其实撞击时间内鸟也在加速前进，飞机前进的位移大于0.1m。

正确解答此题：由于鸟的速度小可以忽略不计，但鸟与飞机开始的相对速度大，然后相对速度逐渐减小，附上飞机的鸟肉开始多后来逐渐减少，鸟不是严格意义上的匀变速运动，是加速度减小的加速运动。但由于作用时间很短，这里可以近似把鸟当作匀变速处理，当作是匀速的飞机追击匀变速的鸟，求得的是鸟的平均加速度。

解法一：撞击结束时鸟与飞机的速度相同，鸟的平均速度是飞机速度的一半，位移差等于鸟长，设撞击时间t，50t-25t=0.1，t=0.004s，a=（V-0）/t=1.25×104m/s2

解法二：选取飞机为参照物，鸟前进10cm过程中，速度从50m/s减为0，由 V2 – Vo2 = 2as 即：02 - 502= 2×0.1a 得a =-1.25104m/s2 负号表示与鸟的相对速度相反。

【例2】音速客机的飞行速度约为300m/s，秃鹰的质量约为5kg，身长约为0.5m.如果客机在空中与秃鹰相撞，秃鹰对飞机的撞击会造成致命的伤害，估算飞机受到的撞击力F=？

解答：类似例1的模型分析，以飞机为参考系，用动量定理或动能定理都可解答。由动量定理：F鸟t=mvt=s/V平均=（0.5/150）s=1/300 s

F鸟=mv/t=4.5×105N 由牛顿第三定律：F飞=4.5×105N

撞击与生命范文第4篇

现场：

破碎车不见散落一地　女司机只顾猛打电话

当日14时45分，记者赶到事发现场陇海法律事务所门口，数百名群众将肇事车辆团团围住，情绪激动的目击者正向民警介绍当时情景，现场一片混乱。

车牌号为豫A96655的本田飞度车停靠在淮河路路北陇海法律事务所门台阶前，前车灯和保险杠被撞严重变形，车内安全气囊打开着。女司机还坐在车上，看上去30多岁、戴有眼镜、穿咖啡色毛衣，坐在车内不停地打电话，并不理会围观的群众。

车牌号为豫P65760的富康车停在淮河路路北慢车道上，和本田飞度车相隔6米左右，左侧车门凹进去40多厘米，车身左侧玻璃被撞碎。在本田飞度和富康中间的人行道上，停着的一辆车牌号为豫C79633的别克车，该车左侧尾灯被撞坏；周围路面上倒着几辆摩托车和自行车；陇海法律事务所门前的大理石台阶有两处明显的撞击裂纹。人行道上，车轮摩擦痕迹清晰可见，本田飞度的车前盖碎片横七竖八地散落在路面上。

现场目击群众称，两名被撞伤人员已被送往河南电力医院救治。15时30分，肇事女司机被一辆警车带走。

亲历人员

发疯似的朝我冲来　闻到司机浓重酒味

在河南电力医院急诊室，记者见到了事故中受伤的江？和刘磊，他们都是陇海法律事务所的律师。据两人介绍，14时25分左右，他们和另外两个同事开着富康车从事务所出来，准备出去办事。在由北向南穿越淮河路时，一辆由东向西行驶的本田飞度车突然冲了过来，撞到富康车左侧车门上，除司机外，另外三人急忙从右车门下来，准备先回律师事务所。

“当时，刘磊和我一先一后往北走，我们已经到了事务所门口的人行道，另一名同事还站在富康车旁。本田飞度车向后快速倒车，与富康车分开后，突然向我们冲来，没等我们反应过来，飞度车左侧倒车镜挂住我右胳膊，将我甩出三多米远。”江？回忆起刚才的险情，浑身不住地哆嗦。

“我当时走在江？前面，本田飞度车撞上江？后，连打方向盘，然后向我冲来，把我撞飞后，又撞到事务所门口的别克车，我被狠狠地摔在地上。本田飞度车向后倒了一下，又发疯似的向我冲来。”多处受伤的刘磊说起这些时，双手不停地发抖：“我摔在地上后，虽然腿很痛，但感觉不对头，便赶紧爬上台阶逃命。”

据富康车司机轩团结介绍，在连环的撞击过程中，肇事女司机不停地倒车、乱撞，在十几平方米的地上转了好几圈，不顾周围聚拢的人群。肇事女司机下车时，他闻到女司机身上有一股浓重的酒味。

据河南电力医院外科的明大夫介绍，通过检查发现江？属于骶尾部软组织损伤；刘磊则全身多处软组织损伤，左手、左足、左踝、左髋多处擦伤。

目击者

跑不快命就没了　幸好台阶还结实

陇海法律事务所的律师安莉目击了整个过程，她告诉记者，当时的本田飞度车在撞了人和别克后，又往后倒车撞倒了一辆摩托车和七八辆自行车，然后加速向台阶冲过来，在这么小的地方内来回打转，像疯了一样。

现场附近河南规范律师事务所的律师秦玉州说，当时看到两车相撞后，怕朋友出事，准备上前帮忙，没想到本田飞度突然发疯乱撞。“幸亏跑得快，只摔了一跤，不然小命准没了。”秦玉州指着右腿裤子上的土告诉记者。

安莉说，撞车后，相邻几个律师事务所的人都出来了，在本田飞度撞向台阶前，台阶上站了大概有20多人：“幸好台阶是大理石做的，比较结实，有80厘米高，不然事就大了。”安莉仍未从刚才的惊险中脱离出来。

警方：事故原因正在调查

围观人员：酒精检测怎么恁难

下午17时，据交巡警三大队的民警称，事故发生后，肇事者已被送往河南省电力医院抽血，等待进一步血液检测，现在还不能确定司机是否属于酒后驾驶。目前，在事故中受伤的肇事者已被家属带走治疗。经查，肇事车辆为私家车，车主名“陈思”，某党报公安线记者。

撞击与生命范文第5篇

关键词：汽车与行人碰撞；损伤机理；耐受限度；评价准则

中图分类号：U461.91文献标文献标志码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2011.02.001

Overview of Research on Injury Biomechanics in Car-pedestrian Collisions

Yang Jikuang1,2

(1.College of Mechanical and Vehicle Engineering，Hunan University, Changsha，Hunan 410082，China;

2.Department of Applied Mechanics，Chalmers University of Technology，SE-412 96 Gothenburg，Sweden)

Abstract：The knowledge of injury biomechanics in passenger car to pedestrian collisions is important for us to establish test procedures for pedestrian protection. It also forms important background for design of safer car. A condensed overview is given based on the published and ongoing studies of the pedestrian injury biomechanics. The state of the art of the injury biomechanics in car-to-pedestrian collisions was described, including the dynamic responses during a collision, the causation of injuries on different body parts, injury mechanisms, tolerance levels, injury severity and assessment criteria, as well as the correlation of the physical parameters with injuries in different loading conditions. The needs of future research on pedestrian injury prevention were presented.

Key words：car-to-pedestrian collision；injury mechanism；tolerance；assessment criterion

汽车交通事故是造成大量人员伤亡的公共健康问题。2002年，世界各地的道路交通总死亡人数为120万人[1]，其中弱势道路使用者占有的比例约65%。因为在汽车碰撞事故中得不到必要的保护,所以行人是最易受伤害的道路使用者，为损伤风险最高群体的代表。

表1显示了不同国家行人死亡交通事故中碰撞汽车类型的分布。在这种交通意外中客车是最常见的事故车型，随后是货车和公交车。在各种车辆与行人碰撞情况下，货车和公交车往往造成最严重的伤亡后果。

在过去的40年中，汽车与行人碰撞事故及损伤生物力学问题已得到广泛的重视和研究。普遍采用的方法有3种:（1）深入的事故调查研究。（2）生物标本和机械假人碰撞试验。（3）行人数学模型的仿真分析研究。交通伤亡事故和相关生物力学研究的主要内容包括汽车与行人碰撞的动态响应过程，身体各部位致伤原因，确定在冲击载荷条件下的损伤机理、耐受限度、损伤程度的评价准则，以及在不同载荷条件下损伤相关的物理参数，定量分析汽车碰撞和损伤程度的联系。通过这些研究结果，我们可以更好地了解汽车设计对行人交通安全的影响，并由此形成预防对策，在设计过程中改进和发展新车安全性能，减少行人的伤亡风险。

1 行人损伤

行人在汽车碰撞中的运动学响应和损伤程度受到多种因素的影响，其中包括汽车行驶速度，制动与否，碰撞速度，汽车前结构刚度、类型和前部几何形状尺寸（如保险杠的高度，发动机罩高度和长度，发动机罩、挡风玻璃各自的倾斜角度，行人身高、体重、行进速度，行人碰撞初始姿态，以及行人身体各部位与车的相对碰撞速度等[4])。车辆撞击行人的过程中由接触撞击力和加速度造成损伤，而行人被车辆撞击抛出与地面或其它物体二次撞击也会造成损伤，如图1所示。深入的事故分析表明汽车碰撞是造成行人损伤特别是重伤和致命伤的主要原因[5]。但是行人抛出与地面撞击的动力学响应过程较为复杂，可与以下多种因素相关：碰撞速度，汽车前部结构形状设计和几何尺寸，行人的身高体重，行人在碰撞接触前瞬间的运动方向和姿态等。这里需要指出的是行人落地时头部首先接触地面或其它物体也会造成重伤甚至致命伤。

对于汽车交通事故中的损伤评估，被全世界普遍接受的解剖学上的标准是简明损伤标准（Abbreviated Injury Scale，AIS），按损伤发生的部位、损伤类型和损伤程度来评价。AIS只是一种描述损伤对生命威胁程度的指标，共分为7个等级，由AIS 0至AIS 6按顺序依次代表无损伤、轻伤、中度伤、重伤、严重损伤、致命伤、无法救治的伤害。AIS的等级值越高则表明该项损伤对生命的威胁性越大。

用于衡量车辆―行人碰撞严重程度的主要因素之一是碰撞速度。事故统计分析表明大约70%的碰撞事故中，在行人被撞前驾驶员都采取了紧急制动措施。图2(a)所示，近95%的行人意外交通事故发生在撞击速度低于60 km/h，在冲击速度低于25 km/h的条件下，行人通常发生轻微伤。在25～55 km/h的速度范围，经常发生严重损伤，而在大于55 km/h的碰撞速度时，行人死亡事故风险大大增加。如图2(b)所示，湖南大学车辆与交通安全研究中心与交警、医院合作在长沙地区开展深入的事故调查研究，建立了深入的事故调查数据库（In depth investigation of Vehicle Accidents in Changsha，IVAC），研究结果表明[6]：行人与汽车碰撞事故在速度为30 km/h的情况下死亡风险为2.5%，50 km/h为26%，58 km/h为50%,在70 km/h时高达82%。

1.1 身体损伤部位分布

不同国家的研究人员从20世纪60年代以来开展了大量的研究，探讨行人身体各部位的伤害频率，研究发现头部和下肢是最常受伤的部位[5,7-10]。表2显示了在不同国家和地区行人的身体受伤部位分布的情况[11-13]。

1.2 行人整体冲击响应

根据欧盟第5框架计划项目1671事故案例的研究[14]表明，85%的案例中汽车与行人侧向相撞（右侧37%，左侧48%），79%的事故案例中撞击的行人是在运动过程中。图3描述了行人与大型和小型轿车发生侧面碰撞的最常见的响应过程和撞击位置，不同车型的前部形状和碰撞速度,以及行人的初始姿态将会产生不同的结果。

当一个成年行人与车前部相撞时，首先小腿或膝关节区域与保险杠接触，由于撞击力的作用，身体的下肢向前加速运动，当撞击力和惯性力在小腿―膝关节区域产生的弯矩、应力应变响应值超过耐受限度时即产生骨折或软组织的拉伤；上半身向客车发动机罩方向旋转加速运动，从而大腿、骨盆、胸部和肩膀先后与发动机罩前缘、顶部接触碰撞，由于接触冲击力和惯性力的作用，大腿、骨盆和胸肩部均可能产生损伤；取决于车型的大小和发动机罩的长度，行人头部可能会碰到发动机罩后缘顶部或挡风玻璃。行人与车相撞过程中，保险杠接触下肢瞬间的速度定为初始碰撞速度，在没有制动的情况下，碰撞速度即等于汽车行驶速度。分析研究表明：除开下肢的碰撞速度外，身体各部位与车体的相对碰撞速度并不一定相同，如在大型客车发动机罩碰撞条件下，头部的接触碰撞速度与车行驶速度的比值估计为0.7～0.9[4,10]，而在小型客车挡风玻璃碰撞条件下，比值估计为1.1～1.4[4,15]。损伤通常是由一个对身体各部位的直接碰撞力或惯性力造成。

为了便于比较不同身高的行人损伤和碰撞响应过程[7]，基于保险杠和发动机罩前缘的高度，行人的相对位置定义式中：为相对于保险杠位置；为保险杠的高度；是行人高度；为相对于发动机罩的位置；为发动机罩前缘的高度（图3）。

2 行人损伤生物力学

损伤生物力学属于工程力学与医学的交叉学科研究领域[16-18]，旨在从汽车碰撞安全工程领域的角度探讨在汽车交通事故中人体受伤的原因及损伤机理，为汽车安全设计提供所需要的参考依据，提高汽车安全性能以减少意外交通事故伤亡。

2.1 颅骨和大脑

最常见的致命的严重头部损伤是由发动机罩或挡风玻璃框架的撞击造成。发动机罩后方和天窗、发动机罩、挡泥板、发动机体、前轮缓冲减振装置和挡风玻璃框架(包括A柱)等在传统汽车设计中均为刚性较高的部件，特别是发动机罩边缘和挡风玻璃框架(包括A柱)。而位于发动机罩下方的发动机体及前轮缓冲减振装置也可能参与头部接触碰撞，并产生较大的冲击力，增加了颅脑损伤的风险。影响头部碰撞动力学响应的参数包括：与汽车的相对速度、冲击角度、以及冲击接触位置（图4）。

按照行人轿车碰撞后的三维空间运动过程，头部撞击挡风玻璃或发动机罩的合成速度可以计算如下：

式中：、、分别为头的碰撞速度的水平、横向和垂直分量。由于横向分量值较低，甚至趋近于0的时候合成速度可按二维运动处理，此时头部撞击角度被定义为头的合速度矢量与水平线夹角。

头部冲击位置一般可由挡风玻璃或发动机罩变形或破坏的痕迹确定，同时可根据行人环绕车前缘的WAD测定 。

2.1.1 致伤原因和损伤机理

通常头部损伤模式为颅骨骨折和脑损伤，脑损伤包括撕裂伤、挫伤、脑震荡、颅内血肿和弥漫性轴索损伤（DAI）[19-23]。行人颅脑与汽车前部相撞主要有3种损伤的机理：集中压缩力、颅骨内的粘性载荷和大脑惯性载荷（表3）。头骨骨折主要取决于颅骨受到撞击的位置和与车体接触区域的影响，如发动机罩顶部和挡风玻璃车架接触位置，当冲击力超过了颅骨的承受能力，骨折即会发生。头骨骨折可以发生或无脑损伤。当头部受到加速度场中的惯性载荷，将产生头骨和大脑之间的相对运动，由此产生的高剪切应变和应变率可导致大脑DAI损伤。行人头部与汽车前部结构件的接触受到直接的碰撞力和加速或减速作用，因此颅脑损伤可以是由于单一冲击作用力产生，也可以是由多种载荷的综合冲击响应产生，并往往导致复杂的损伤机理。采用交通事故创伤重建和颅脑有限元模型的综合分析研究表明[24-25]：在冲击载荷作用下脑损伤与颅内冲击压力、对冲压力、von-Mises应力、剪应力、以及应变相关，并确认AIS3+脑损伤相应临界值分别为冲击压力256 kPa、对冲压力-152 kPa、von-Mises应力14.8 kPa、剪应力7.9 kPa、应变21.3%。

2.1.2 耐受限度

表4总结了部分颅脑耐受限度研究结果，如损伤相关参数：压缩力、角加速度、角速度。

2.1.3 损伤准则

目前采用头部性能指标(Head Performance Cri-terion，HPC) 值来评估预测行人头部损伤风险[26-34]。HPC同时用于设计分析发动机罩结构和挡风玻璃的安全防护性能[9，35-36]。HPC计算算法与头部损伤指标 (Head Injury Criterion，HIC) 完全相同:

式中：是头部重心位置的合成加速度；和是合成加速度曲线峰值区间的时间点，并以此时间区间积分计算得到的无量纲HPC值。HPC1000定为头部损伤耐受限度参考值。

基于线性合成加速度的HPC/HIC准则缺少对其它脑损伤载荷条件的考虑，如转动加速度和速度对脑损伤的影响[19，23]。另一种基于1个临界应变曲线的峰值角加速度和角速度变化（图5）来评估脑损伤方法被提出[32，37-39]，并建议头部角加速度超过4 500 rad/s2和角速度的变化超过50 rad/s时可导致桥静脉破裂损伤。

2.2 胸部

2.2.1 致伤原因和损伤机理

由于行人交通事故经常发生在横过街道时，故约有85%的行人都是从侧面受到汽车撞击，从而胸腔侧向碰撞损伤是汽车与行人发生的事故中最常见的形式。成人和年龄较大的儿童胸部受伤，主要是与发动机罩的接触碰撞造成。年龄较小的儿童则可能在与发动机罩前缘相撞时胸部受伤。因此行人胸腔侧向碰撞损伤是属于钝器撞击胸部创伤，其载荷条件与轿车乘员在侧面碰撞中与车门碰撞的情况相似。

胸部损伤机理主要有两种：（1）对胸部冲击压缩力产生的创伤；（2）惯性载荷对胸腔内的软组织造成粘性组织材料的损伤。冲击压缩力可导致肋骨骨折、胸骨骨折、血胸和气胸。惯性载荷可引起肺挫伤和心血管破坏[40-42]。在冲击载荷条件下胸部创伤经常是多种损伤机理联合作用的结果。图6说明了在胸部侧向冲击试验中的受力变形响应曲线。

2.2.2 损伤准则和耐受限度

高载荷速率敏感材料的变形是引起软组织损伤风险的主要原因。因此胸外伤指数（Thoracic Trauma Index，TTI）[43]和粘性准则（Viscous Criterion，VC）[44]被提出作为胸部钝器冲击伤的评估标准。TTI是一个以加速度为参数的评估标准，它以年龄、受测体重和脊椎加速来确定受伤的概率。

TTI = 1.4・AGE+0.5(RIBacc+T12acc)•Ms/Mstd

式中：AGE是年龄（岁）；RIBacc是第4和第8肋骨最大加速度绝对值，g；T12acc是下胸椎沿侧向轴的最大加速度绝对值，g；Ms为体重，kg；Mstd是标准体重（75 kg 的50百分位男性成人）。

VC是一个时间函数，是胸腔变形的瞬时速度和胸腔压缩变形率的乘积。两者都根据胸部初始厚度尺寸D，从测得胸部变形量导出，它被定义为

TTI 85 g作为成人胸部损伤的最外伤指数风险值，儿童为60 g[45]。VCmax 1 m/s是建议的成人胸腔粘性损伤准则最大风险值[40]。

2.3 骨盆

2.3.1 致伤原因和损伤机理

骨盆受伤通常可由发动机罩前缘侧向冲击产生。在汽车对行人的碰撞事故中，由冲击压缩力形成的骨盆损伤机理占主导地位。从发动机罩前缘作用在股骨上端的侧向集中载荷力导致股骨压缩损伤。对此受伤的身体部位往往涉及一个或多个以下结构：耻骨联合、耻骨支、髋臼、股骨头和股骨近端。涉及儿童的碰撞事故，由于身高的原因不太可能由发动机罩前缘产生骨盆骨折的现象[46]，而对儿童胸腔造成较高的损伤风险。

2.3.2 耐受限度

对PMHS标本的骨盆侧向冲击动力学响应的研究[41，47]表明50百分位男性成人的骨盆耐受限度均值为10 kN,对5百分位女性成人造成的骨骼损伤约为4 kN[47]。图7描述了PMHS男性成人标本侧向冲击试验得到的力-位移响应走廊。

2.4 下肢

前保险杠系统和发动机罩前缘对下肢的接触冲击力是下肢受伤的主要原因。图8显示了汽车侧面碰撞行人时的创伤示意图，侧向冲击力与下肢加速惯性力和随之产生的轴向扭转的联合作用效应，可能导致多处受伤。下肢创伤最普遍的模式是：长骨（包括胫/腓骨, 股骨）骨折[6, 8, 48-49]、膝关节损伤、踝关节脱位和骨折。前保险杠碰撞产生的横向剪切力及弯曲力矩已被确认为两个最重要的与行人下肢损伤机理相关的生物力学参数。

2.4.1 长骨

2.4.1.1 致伤原因和损伤机理

大多数胫骨损伤归因于汽车保险杠撞击腿的外侧产生的弯曲力矩的作用。胫骨弯曲力矩导致撞击侧的压缩应力，以及在撞击中对侧胫骨的拉伸应力。在弯曲产生的拉伸、压缩应力超过极限值时胫骨骨折发生。上述胫骨弯曲力矩损伤机理也适用于腓骨骨折，以及由于发动机罩前缘撞击产生的股骨骨折。

2.4.1.2 耐受限度

根据汽车与行人的碰撞形态，长骨在弯矩和横向冲击力作用下的强度已有广泛的试验研究。表5总结了长骨在静态和动态载荷条件下的耐受程度[49-53]。大量实验结果表明：导致股骨骨折的作用力范围是3～10 kN，弯矩约320 N•m (Kress et al.1993)。胫骨骨折的峰值冲击力是2.5～8 kN，弯矩是200～400 N•m。Nyquist等(1985)采用PMHS小腿标本通过动态三点弯曲试验确定了小腿胫骨强度，结果表明峰值强度大约在3～6 kN范围加之约8 mm胫骨变形产生骨折。基于小腿标本试验测试的耐受限度值估算的胫骨刚度为250～750 N/mm。文献[54]采用下肢有限元模型分析了行人碰撞事故中的长骨骨折现象[54]，表明下肢长骨骨折可发生在皮质骨应力范围115～125 MPa。

导致骨折产生过程的作用力大小取决于加载速度和载荷脉冲持续时间。图9所示为胫骨骨折与载荷脉冲持续时间的相关性曲线 [55]。

2.4.2 膝关节

2.4.2.1 致伤原因和膝关节损伤机理

膝关节损伤通常是由保险杠对膝关节的直接撞击力或通过膝关节传递的作用力造成，包括股骨髁/胫骨髁骨折、髌骨骨折、韧带撕裂和断裂。

通过对PMHS标本的研究，确定了膝关节侧向冲击损伤主要包括剪切和弯曲两种损伤机理[56-60]。膝关节作用力可以视为剪切力和弯矩的组合，由韧带张力和关节面压缩力组成，如图10（a）所示。图中，在膝关节下端附近水平的小腿侧撞，是一种最常见的碰撞形态。剪切损伤机理发生在碰撞的初始阶段，在膝关节侧向撞击时剪切力通过膝关节界面传递。胫骨髁（骨节）侧面撞击发生时因股骨运动延迟导致膝盖关节界面之间的剪切错位。剪切错位导致膝关节界面和股骨髁之间的内侧胫骨髁间嵴产生集中接触力和韧带拉伸力。膝盖抵抗剪切错位，主要是由于股骨髁之间的内侧胫骨髁间嵴的接触。接触力导致内侧髁间隆起和股骨髁接触面的应力集中，当应力超过其承受能力，可能会出现该胫骨髁间隆起或股骨髁软骨骨折。

弯曲损伤机理发生在当膝关节外侧弯曲时内侧副韧带（MCL）在弯曲张力作用下被拉伸，而在关节的外侧髁骨接触界面产生压缩力作用的情况下。由于膝关节的弯曲转动使韧带拉伸，当韧带拉伸应变超过耐受限度时即可能导致韧带损伤，此刻在关节内侧的拉伸集中应力和膝关节外侧的压缩集中应力均可能产生。膝关节损伤可能发生在张力侧，也可能发生在压力侧，最终取决于内侧副韧带和外侧髁骨极限抗拉强度和抗压强度差异。

汽车与行人碰撞时膝关节的生物力学响应形态与小腿骨折相关性的研究[55]表明：在保险杠侧面碰撞到小腿上部时膝关节的损伤机理取决于胫骨是否发生骨折，如图10（b）和（c）所示。

2.4.2.2 耐受限度

表6总结了膝关节耐受限度水平的碰撞试验结果。试验中膝关节标本在15 km/h、20 km/h和40 km/h的冲击速度下，测定其弯矩和剪切力[56-59]。Ramet等人[61]采用下肢膝关节标本以准静态加载条件研究了膝关节的耐受限度水平，发现了略低的耐弯曲强度100 N•m，和剪切力0.75 ～3 kN。

在膝关节处于15～20 km/h的横向冲击速度下，对关节界面之间剪切错位进行的研究表明：横向错位的冲击响应峰值发生在最初的10 ms之内为9～11 mm。对于膝关节侧弯在15～20 km/h的冲击载荷速度下，在约20 ms时横向弯曲角度峰值约为8o～13o。

3 结论

在汽车碰撞安全性研究中通常使用HIC值来衡量乘员头部损伤风险和损伤严重程度，多年来也用于对行人头部损伤风险和损伤程度的评估。汽车与行人碰撞分析计算的HIC值表明，行人碰撞取得的HIC值有时与实际颅脑损伤严重程度不完全相符。因此有必要进一步研究颅脑损伤机理，建立新的标准来完善脑损伤的评估。

弯曲负荷可能是膝盖受伤中占主导地位的载荷。目前，膝关节在伸展位置的条件下还缺少对侧向碰撞的髁骨骨折耐受限度的研究。然而，膝关节弯曲响应分析表明，汽车碰撞侧向髁骨骨折的机理是侧弯对髁骨界面的轴向压缩力。鲍威尔等人的研究[64]观察到在膝关节髁骨的轴向压缩性骨折是由于对膝关节髁骨直接的冲击力，其峰值冲击力介于7～10 kN之间。

在膝关节侧向冲击损伤研究中提出了剪切和弯曲两种损伤机理，并确定在剪切和弯曲载荷条件下的与损伤相关的物理参数和耐受限度。这里有必要指出的是在真实的汽车与行人碰撞事故中纯剪切或纯弯曲载荷的情况很少发生，而常见的冲击损伤往往是弯矩伴随剪切力的组合效应。侧向冲击造成的膝关节损伤经常出现在车辆与行人的交通事故中，由于保险杠的直接撞击力造成髁骨骨折，MCL韧带和/或前十字韧带（ACL）的失效形式。

欧洲汽车安全委员会（EEVC）为保护行人减少行人交通伤亡，提出了汽车前部结构安全性能试验程序、检测标准及相关损伤参数和阈值(表7)。

过去30余年研究的损伤生物力学结果和数据是建立制定行人保护检测标准、试验程序和评估方法不可缺少的基础。这些损伤相关参数可作为车辆前部结构的安全设计和性能评估的依据。但是目前对部分人体损伤生物力学问题尚缺乏深入的了解，例如颅脑、颈椎、胸腔创伤及其损伤机理，儿童人体组织材料性能，特别是在动态条件下的特性均为汽车安全领域需进一步开展深入研究的生物力学问题。

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