评价骑行者头部与路面碰撞损伤的方法、装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种评价骑行者头部与路面碰撞损伤的方法及装置，通过自制的测试装置获取头部模型从一定高度下落砸向路面的冲击加速度，将获得的冲击加速度通过处理后，计算得到TBS值，通过查询本发明专利技术提供的TBS对应骑行者头部损伤程度可能性查询表，得到骑行者在测试路面跌落发生头部碰撞后轻重损伤的可能性大小，用于评价路面跌落安全隐患。与相关技术相比，本发明专利技术提供的评价骑行者头部与路面碰撞损伤的方法及装置对于定量描述路面是否能最大程度的保障自行车骑行者安全具有重要意义，从而为城市自行车道的修建以及对城市自行车道的评价提供了有效的方法和工具。本发明专利技术还提供了一种对评价骑行者头部与路面碰撞损伤装置进行测试的方法。

Method, device and test method for evaluating collision damage of rider head and road surface

The invention provides a method and device for evaluating the collision damage between the head and the road surface of a rider, obtains the impact acceleration of the head model falling from a certain height to the road surface by a self-made testing device, calculates the TBS value after processing the impact acceleration, and inquires the TBS provided by the invention for the rider. Head damage possibility inquiry table is used to evaluate the potential safety hazards of road fall. Compared with related technologies, the method and device for evaluating head-to-pavement collision damage of cyclists provided by the invention is of great significance for quantitatively describing whether the pavement can guarantee the safety of cyclists to the greatest extent, and thus provides an effective method for the construction of urban bicycle lanes and the evaluation of urban bicycle lanes. And tools. The invention also provides a test method for evaluating the impact damage device of the pedestrian's head and road surface.

【技术实现步骤摘要】
评价骑行者头部与路面碰撞损伤的方法、装置及测试方法
本专利技术涉及交通运输工程领域，尤其涉及一种评价骑行者头部与路面碰撞损伤的方法、装置及测试方法。
技术介绍
我国被称作“自行车王国”，从建国以来一直有着较大的自行车保有量。如今，在城市公共自行车和共享单车的普及和国家对绿色交通出行方式大力倡导下，自行车骑行正成为深受人们喜爱的一种绿色健康的出行方式。在未来城市的发展设想中，独立运行的自行车交通系统呼之欲出，近年自行车专用的独立自行车道正在逐步兴起修建，从环青海湖自行车道到厦门的空中自行车道，自行车交通系统有着广阔的发展前景。然而，随着自行车交通量的不断扩大，城市基础设施建设并未充分考虑自行车骑行者的交通安全。自行车结构简单，较为轻便，对骑行者的保护能力较差，是交通运输工具中的弱者。自行车在骑行中，骑行者往往容易受到交通条件和自然环境的影响发生侧翻，骑行者一旦跌落车下往往会引起严重的人身伤害。因此，自行车道在设计中应该充分考虑骑行者可能的意外跌落危险，同时路面所选面层材料应对头部着地这一种严重的损伤可能进行一个安全评估，减小自行车高度处的跌落的头部可能的损伤程度。关于骑行者头部损伤的方面，研究论文《基于汽车-自行车碰撞事故重建的骑车人动力学响应和损伤研究》和《基于车人碰撞事故重建的行人头部动力学响应》讨论了骑行者头部与汽车风挡玻璃碰撞损伤，并未提供人体头部与路面碰撞损伤的测试和定级方法。中国专利中未检索到相关内容。目前世界各国尚未建立评价自行车道对自行车骑行者跌落损伤的统一标准和测试方法，科学研究也未对这一问题展开研究。这对于发展自行车交通系统是不利的，同时也是对自行车骑行者安全保障的忽视。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种可以定量地、准确地评价某段路面的对自行车骑行者跌落损伤的方法、装置及测试方法。本专利技术提供一种评价骑行者头部与路面碰撞损伤的方法，包括：1)针对不同路面情况，按照如下公式计算TBS值：式中，a(t)为测试出的合成加速度，以g为单位，g＝9.8m/s2；t1，t2为在冲击过程中的两个时刻，t2-t1表示记录开始与记录结束两个时刻之间的某一段时间间隔；在该时刻段内TBS值取最大值。2)用求得的TBS值来判定损伤程度：损伤程度是根据对人体造成损伤或威胁的程度分为了轻度损伤、中度损伤、重度损伤、严重损伤、危重损伤、致命损伤六个等级，每个等级对应着TBS值范围，即损伤程度可能性查询表中提供了TBS值对应各等级损伤的可能性，以便进行直观判定。优选的，所述路面包括沥青路面、水泥路面、人行道铺装、自行车道弹性铺装、桥面铺装、运动场地或安全地坪。本专利技术还提供一种评价骑行者头部与路面碰撞损伤装置，包括：碰撞冲击系统，用于测试加速度；数据采集系统，将测试的加速度进行采集并存储或传输；数据分析系统，接收数据采集系统传输的加速度值并进行分析。优选的，所述碰撞冲击系统包括竖直设置的下滑轨道、设于下滑轨道底部的支撑底板及沿所述下滑轨道滑动的头部模型，所述下滑轨道两端部设有圆环箍环，所述下滑轨道竖直方向上设有高度控制装置，所述头部模型内设置有加速度传感器，所述加速度传感器与数据采集系统连接。优选的，所述数据采集系统包括给系统供电的恒流电源适配器、与所述加速度传感器连接的数据采集卡以及数据存储软件，所述恒流电源适配器与加速度传感器连接，所述数据分析系统为输出计算加速度测量值的计算机及软件。优选的，所述头部模型由半球体和等半径圆柱体组合形成，所述头部模型的材质为铝合金，其直径为160mm±5mm，质量为4.6kg±0.05kg的半球，所述头部模型侧面设有柱状贯通槽，该贯通槽与所述下滑导轨紧密贴合。优选的，所述下滑导轨由三根相互平行的半径为9mm的圆柱状金属杆组成；圆环箍环内径为89mm。优选的，所述加速度传感器为压电型传感器，用于测量与路面垂直方向的加速度，所述加速度传感器位于头部模型的重心处，所述加速度传感器的轴线与头部模型的轴线偏差不超过5°。本专利技术还提供一种对评价骑行者头部与路面碰撞损伤装置进行测试的方法，包括：1)试验准备选择测点，用小毛刷将测点路面清扫干净，在下滑导轨内侧涂刷润滑油以减小摩擦力对头部模型下落的影响，连接加速度传感器与电源适配器以及计算机数据采集软件，并检查整体运行情况；2)试验操作将碰撞冲击系统放置在测点上，调节高度控制装置至指定位置，手动缓慢提升头部模型至固定高度，确保头部模型与三条导轨均接触良好且加速度传感器读数稳定后，释放头部模型使其沿下滑导轨竖向下落，与路面材料发生碰撞冲击；每个下落高度重复释放操作三次并输出数据；3)数据采集通过加速度数据输出端口输出下落时间与加速度数据，碰撞完成后读数记录后停止传感器读数，并对测得的加速度数据进行保存操作；4)数据处理加速度传感器获得的一系列特定时刻与该时刻竖向加速度的二维坐标(ti，ai)(i＝1…n)，线性拟合后绘制出加速度与时间关系图。与相关技术相比，本专利技术提供的评价骑行者头部与路面碰撞损伤程度的方法，还特别为该方法设计了相应的测试装置，并提供了利用该装置进行的测试方法。这对于定量描述路面是否能最大程度的保障自行车骑行者安全具有重要意义，从而为城市自行车道的修建以及对城市自行车道的评价提供了有效的方法和工具。附图说明图1为本专利技术实施例一种评价骑行者头部与路面碰撞损伤程度的装置的结构示意图。图2为图1中的头部模型的结构示意图。图3为图1中的下滑导轨及圆环箍环的俯视图。图4为图1中的高度控制装置结构示意图。图5为冲击加速度数据样例。图6为单次碰撞加速度-时间关系图。图7为单次碰撞位移-时间关系图。图8为实施例1测得的冲击加速度图。图9为实施例2测得的冲击加速度图。图10为实施例3测得的冲击加速度图。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术实施例提供了一种评价骑行者头部与路面碰撞损伤程度的方法，包括：步骤S1：针对不同路面情况，按照如下公式计算TBS值：式中，TBS为头部损伤，a(t)为测试出的合成加速度，以g为单位(g＝9.8m/s2)；t1，t2为在冲击过程中的两个时刻，t2-t1表示记录开始与记录结束两个时刻之间的某一段时间间隔，在该时刻间隔内TBS取最大值(t2-t1≤15ms)。该计算公式是对时间和加速度求解并计算指标TBS，不同路面不同高度下，测出加速度和时间关系值。TBS值的大小用于评判各级损伤的可能性。进而用于评判路面表面材料对头部跌落的损伤可能。所述路面包括沥青路面、水泥路面、人行道铺装、自行车道弹性铺装、桥面铺装、运动场地或安全地坪。选取某一次撞击附近的加速度与时间的关系图，以及位移与时间的关系图如图6和图7。以t2-t1＝15ms为例，选取[t3-7.5，t3+7.5]为初始间隔区间，计算出TBS0数值，并通过计算[t3-7.5+Δ，t3+7.5+Δ]时间间隔下的TBS数值与TBS0进行比较，确定TBS0是否为极大值。步骤S2：将不同高度不同路面下计算所得的TBS值对照查询本专利技术提供的损伤程度可能性查询表如表1，给出其对应的不同损伤等级下的可能性大小。将对可能对人体造成的损伤或者威胁的程度分为了轻度损伤、中度损伤、重度损伤、严重损伤、危重损伤、致命损伤六本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评价骑行者头部与路面碰撞损伤的方法，其特征在于，包括：1)针对不同路面情况，按照如下公式计算TBS值：

【技术特征摘要】
1.一种评价骑行者头部与路面碰撞损伤的方法，其特征在于，包括：1)针对不同路面情况，按照如下公式计算TBS值：式中，a(t)为测试出的合成加速度，以g为单位，g＝9.8m/s2；t1，t2为在冲击过程中的两个时刻，t2-t1表示记录开始与记录结束两个时刻之间的某一段时间间隔；2)用求得的TBS值来判定损伤程度：损伤程度是根据对人体造成损伤或威胁的程度分为了轻度损伤、中度损伤、重度损伤、严重损伤、危重损伤、致命损伤六个等级，每个等级对应着TBS值范围，以便进行直观判定。2.根据权利要求1所述的评价骑行者头部与路面碰撞损伤的方法，其特征在于，所述路面包括沥青路面、水泥路面、人行道铺装、自行车道弹性铺装、桥面铺装、运动场地或安全地坪。3.一种评价骑行者头部与路面碰撞损伤装置，其特征在于，包括：碰撞冲击系统，用于测试加速度；数据采集系统，将测试的加速度进行采集并存储或传输；数据分析系统，接收数据采集系统传输的加速度值并进行分析。4.根据权利要求3所述的评价骑行者头部与路面碰撞损伤装置，其特征在于，所述碰撞冲击系统包括竖直设置的下滑轨道、设于下滑轨道底部的支撑底板及沿所述下滑轨道滑动的头部模型，所述下滑轨道两端部设有圆环箍环，所述下滑轨道竖直方向上设有高度控制装置，所述头部模型内设置有加速度传感器，所述加速度传感器与数据采集系统连接。5.根据权利要求4所述的评价骑行者头部与路面碰撞损伤装置，其特征在于，所述数据采集系统包括给系统供电的恒流电源适配器、与所述加速度传感器连接的数据采集卡以及数据存储软件，所述恒流电源适配器与加速度传感器连接，所述数据分析系统为输出计算加速度测量值的计算机及软件。6.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙爱民，高杰，栾博，谭玉锹，童峥，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61