随着车辆保有量的激增,行人碰撞安全问题日益突出。在保障行人出行安全的发展进程中,行人损伤研究起着不可或缺的作用。在行人保护研究中,头部损伤一直以来都是学者们研究的热点。尽管在行人头部损伤方面已经有大量的研究成果,但本文通过对行人法规解读和大量相关文献研究发现,目前的行人法规和相关研究仍然存在某些局限,这些局限主要在于:行人子系统试验不能充分地反映行人头部真实的损伤风险和目前的行人数值模型不能兼顾计算效率和仿真精度。对此,本文提出通过耦合方法建立了新型的耦合人体计算生物力学模型(Coupled Pedestrian Computational Biomechanics Model,CPCBM),并通过 3 例文献中记载的尸体与台车碰撞试验和1例真实的行人与汽车碰撞交通事故对模型的有效性进行了详细验证。在模型验证过程中,文中对比了 CPCBM模型所模拟的人体运动学响应与试验/事故中行人运动响应的差异,并结合定量评估方法(CORrelation and Analysis,CORA)对仿真和试验中的数据进行了相关性评估。研究结果表明,无论是在重现尸体-台车碰撞试验还是在重建行人碰撞交通事故过程中,CPCBM模型均与完整的TNO多体行人模型(由The Netherlands Organization开发的多刚体行人数值模型,简称TNO模型)具备相似的人体头部碰撞响应预测能力,并具备TNO多体模型所不具备的行人颅脑损伤预测性能。然后,文中通过预定头部模型碰撞边界条件(边界条件法)和预定头部模型运动轨迹(预定轨迹法)这两种方法分别重建了一例真实事故中的行人头部损伤,并对比分析了这两种方法与CPCBM模型在预测事故中行人头部损伤方面的差异。根据事故中记录的行人头部损伤报告,CPCBM模型所预测的头部损伤与实际交通事故中行人头部受到的损伤比较吻合。边界条件法预测的头部损伤结果与CPCBM模型相比,这种方法预测的一次碰撞(头部与挡风玻璃碰撞)造成的脑组织损伤风险远低于CPCBM模型,且不能预测行人头部与车辆和地面碰撞所导致的累计头部损伤。预定轨迹法预测的头部损伤结果与CPCBM模型相比,尽管其可以预测出与CPCBM模型较接近的脑组织损伤风险,但预测的损伤风险仍表现较低,并且预定轨迹法需要将头部模型颅骨假设为刚性,其并不能够如CPCBM模型可预测出行人的颅骨骨折。最后,在CPCBM模型可靠性得到验证的前提下,文中将CPCBM模型应用于小型乘用车挡风玻璃角度与行人颅脑损伤关系的研究。研究结果表明,汽车前挡风玻璃倾斜角度对行人碰撞中的头部损伤有显著影响,且其影响程度与行人与车辆碰撞位置有关。当挡风玻璃倾斜角度处于常见的24°-50°之间时,随着挡风玻璃角度的增大,行人头部损伤严重程度呈现出先减小后增大的趋势;当行人处于保险杠前端中间位置时(即1/2处),头部遭受到的损伤严重程度普遍高于行人处于保险杠前端1/3处。综上,CPCBM模型是一款兼顾计算效率和颅脑损伤仿真精度的行人生物力学模型,该行人模型不仅可以用于行人头部一次碰撞(头部与车辆碰撞)损伤的研究,同时也为目前学界比较关注的行人头部二次碰撞(头部与地面碰撞)损伤研究提供了一种新的研究方案。