車(chē)車(chē)事故再現(xiàn)方法研究

張芳，周華，唐燦，劉娜（西華大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，四川 成都 610039）

?

車(chē)車(chē)事故再現(xiàn)方法研究

張芳，周華*，唐燦，劉娜
（西華大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，四川 成都 610039）

為研究車(chē)車(chē)碰撞過(guò)程中，事故各參數(shù)對(duì)再現(xiàn)車(chē)速的影響，根據(jù)國(guó)家車(chē)輛事故深度調(diào)查體系（NAIS）中的一個(gè)真實(shí)案例，利用基于能量模型的定值分析法及不確定度分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算分析，在此基礎(chǔ)上利用 Pc-Crash仿真軟件進(jìn)行事故再現(xiàn)。以車(chē)輛實(shí)際損壞信息、最終相對(duì)位置等信息為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，比較定值分析法及不確定度分析法，并分析事故參數(shù)不確定因子對(duì)車(chē)速影響。

車(chē)車(chē)碰撞；事故再現(xiàn)；不確定度分析

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.090

CLC NO.: U467Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-261-04

引言

我國(guó)車(chē)車(chē)道路交通事故形態(tài)一般包括：正面碰撞、側(cè)面碰撞、追尾碰撞、同向刮擦、對(duì)向刮擦、其他角度碰撞、碰撞靜止車(chē)輛、其它等8種。據(jù)道路交通事故2013年度統(tǒng)計(jì)年報(bào)顯示，我國(guó)年度車(chē)車(chē)道路交通事故總數(shù)為127345起，其中車(chē)輛正面相撞占總數(shù)的10.4%，涉及傷亡人數(shù)3.3萬(wàn)余人，人員財(cái)產(chǎn)損傷嚴(yán)重，因此車(chē)車(chē)碰撞事故的分析與再現(xiàn)是事故鑒定中的重點(diǎn)研究問(wèn)題。文獻(xiàn)[1]中采用能量模型對(duì)碰撞車(chē)速進(jìn)行不確定理論分析，其中事故車(chē)輛碰撞前制動(dòng)距離及碰撞后滑行距離為定值；文獻(xiàn)[2]中分析了車(chē)輛與二輪自行車(chē)碰撞事故中車(chē)速多值計(jì)算問(wèn)題，建議采用不同方法進(jìn)行多級(jí)綜合評(píng)定。

近年來(lái)，車(chē)輛保有量的不斷增加，且行車(chē)安全意識(shí)不足，導(dǎo)致車(chē)車(chē)事故的比重也不斷增大，但隨著社會(huì)發(fā)展及法規(guī)完善，人們對(duì)車(chē)速評(píng)估及責(zé)任認(rèn)定的關(guān)注和要求也不斷提升。因此，本文將根據(jù)車(chē)車(chē)正碰的國(guó)家車(chē)輛事故深度調(diào)查案例，通過(guò)不確定度分析法深入分析各不確定因子對(duì)車(chē)速的影響，并通過(guò)Pc-Crash仿真來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，旨在為事故認(rèn)定和事故善后處理提供參考依據(jù)。

1、深度調(diào)查事故案例

該事故數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家車(chē)輛事故深度調(diào)查體系，主要用于驗(yàn)證這些模型的可行性及求解結(jié)果分析。

某一車(chē)車(chē)正面碰撞事故：甲車(chē)沿老成彭路由成都往新繁方向行駛，乙車(chē)沿老成彭路由新繁往成都方向行駛。由于甲車(chē)駕駛員操作判斷失誤，逾越至乙車(chē)所在車(chē)道，造成逆向行駛，導(dǎo)致兩車(chē)正面全寬區(qū)域發(fā)生正面碰撞。碰撞后，兩車(chē)各滑行一段距離，并最終停止在行駛車(chē)道內(nèi)。事故導(dǎo)致兩車(chē)前部明顯損壞，兩車(chē)正面安全氣囊均正常點(diǎn)爆，駕駛員無(wú)傷亡。事故現(xiàn)場(chǎng)圖如圖1所示。

根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)圖、事故現(xiàn)場(chǎng)照片及車(chē)檢細(xì)節(jié)信息可以獲得相關(guān)參數(shù)的對(duì)應(yīng)取值，具體取值情況如表1所示。

表1　事故車(chē)輛相關(guān)參數(shù)

2、車(chē)速分析

2.1能量法車(chē)速計(jì)算模型

車(chē)車(chē)碰撞過(guò)程一般可分為碰撞前、碰撞及碰撞后三個(gè)階段，故車(chē)輛本身具有能量的損耗也分別存在于這三個(gè)階段。通常在進(jìn)行車(chē)車(chē)碰撞分析時(shí)，考慮到由于正面碰撞的兩車(chē)之間相對(duì)速度較大，車(chē)輛變形多數(shù)為塑性變形，而彈性變形較小，可忽略不計(jì)，故簡(jiǎn)化為在該正面碰撞過(guò)程中沒(méi)有彈性恢復(fù)階段，車(chē)輛產(chǎn)生的變形全部為塑性變形。

車(chē)輛碰撞前為事故車(chē)輛駕駛員發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)到事故發(fā)生時(shí)的過(guò)程，該階段的車(chē)輛行駛狀態(tài)主要取決于駕駛員的措施。駕駛員進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，事故現(xiàn)場(chǎng)會(huì)留下制動(dòng)拖印。根據(jù)牛頓第二定律及能量守恒定律，可據(jù)此制動(dòng)拖印獲得相對(duì)應(yīng)的等效速度，有

其中：t為制動(dòng)器反應(yīng)協(xié)調(diào)時(shí)間s，取0.2s；μ為車(chē)輛滑移時(shí)的附著系數(shù)；L1為車(chē)輛碰撞前的制動(dòng)印跡m

正面碰撞時(shí)，車(chē)輛前部潰縮變形，根據(jù)轎車(chē)的正面碰撞實(shí)驗(yàn)，車(chē)體塑性變形量x與有效碰撞速度的關(guān)系由方程表示為：

其中：φ為等效車(chē)速與車(chē)輛塑形變形間的比例常數(shù)，一般由經(jīng)驗(yàn)公式得出。

兩車(chē)正面碰撞時(shí)，塑性變形量與有效碰撞速度之間存在線性關(guān)系，即：

碰撞結(jié)束后，車(chē)輛仍具有部分剩余能量，會(huì)繼續(xù)做相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，一般為滑行運(yùn)動(dòng)，則該階段能量損耗所對(duì)應(yīng)的等效速度[3]。

其中，L2為車(chē)輛碰撞后的滑移距離m

則事故發(fā)生前，車(chē)輛的行駛速度為：

2.2車(chē)輛估算車(chē)速的不確定度分析

早在1927年，德國(guó)物理學(xué)家海森堡就最先提出“不確定度”概念[4]。具體來(lái)說(shuō)，不確定度是定量地表示了隨機(jī)誤差和未定系統(tǒng)誤差的綜合分布范圍，它可以近似地理解為一定置信概率下的誤差限值。

在實(shí)際的交通事故中，事故現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)及車(chē)損信息總是包含很多不確定性因素，合理分析這些不確定性因素對(duì)交通事故的再現(xiàn)結(jié)果有重要的現(xiàn)實(shí)意義。不確定度評(píng)定的一般流程如圖2所示[5]。

文獻(xiàn)[1]中，針對(duì)一起小客車(chē)追尾大貨車(chē)事故以能量算法模型為基礎(chǔ)進(jìn)行了不確定度分析。該事故中，碰撞前小客車(chē)的制動(dòng)距離以及碰撞后兩車(chē)滑行距離為準(zhǔn)確定值，而實(shí)際生活中，由于現(xiàn)場(chǎng)情況及人為客觀原因等，車(chē)輛的制動(dòng)距離都為一估計(jì)值。一方面，本文引入制動(dòng)距離不確定因子，進(jìn)行不確定度分析；另一方面，針對(duì)速度分量、碰撞車(chē)速均進(jìn)行不確定度分析。

1）碰撞前：將事故車(chē)輛制動(dòng)距離、地面附著系數(shù)設(shè)為不確定因子。

2）碰撞時(shí)：將事故車(chē)輛前部塑性變形尺寸設(shè)為不確定因子。

3）碰撞后：將事故車(chē)輛滑移距離、地面附著系數(shù)設(shè)為不確定因子。

2.2.1制動(dòng)距離、滑行距離為定值

兩車(chē)的制動(dòng)距離、滑行距離分別取值為：甲車(chē)，L1=7.3、L2=0.14；乙車(chē)，L1=5.9、L2=0.42。不確定度分析結(jié)果如表2所示。

表2　不確定度分析結(jié)果

（*為比較不同取值的計(jì)算結(jié)果，甲車(chē)相關(guān)距離取最大值，乙車(chē)相關(guān)距離取最小值）

碰撞前車(chē)速分別為：

我們可以看到譯文2將譯文1中表達(dá)事物過(guò)程的功能成分隱喻為由該動(dòng)詞派生而來(lái)的形容詞，這是韓禮德十三種概念隱喻類(lèi)型的第五種。具體的過(guò)程被隱喻化為性質(zhì)，從而使內(nèi)在的邏輯關(guān)系體現(xiàn)得更為明確、表達(dá)更加嚴(yán)謹(jǐn)。同時(shí)，與譯文2對(duì)比，譯文1對(duì)于專(zhuān)業(yè)名詞的處理也不是特別正確，因此，在平時(shí)的學(xué)習(xí)中專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)者一定要積累相關(guān)的英文表達(dá)，查詢專(zhuān)業(yè)的詞典，切忌胡亂翻譯。

2.2.2制動(dòng)距離、滑行距離為不確定因子

制動(dòng)距離、滑行距離均作為不確定因子，不確定度分析結(jié)果如表3所示。

表3　不確定度分析結(jié)果

碰撞前車(chē)速分別為：

2.3事故再現(xiàn)——PC-Crash仿真分析法

20世紀(jì)以來(lái)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)快速發(fā)展，同時(shí)由于真實(shí)試驗(yàn)的高成本、不可重復(fù)性等客觀原因，其普及性和可行性不高，因此計(jì)算機(jī)仿真軟件被大量的用于交通事故通還原。目前常用的碰撞類(lèi)研究軟件主要有MADYMO、LS-DYNA、Pc-Crash以及前處理網(wǎng)格劃分軟件HYPERMESH等，其中Pc-Crash軟件是一款典型的進(jìn)行交通事故模擬及還原交通事故的仿真系統(tǒng)軟件[6]，其界面如圖2-14所示。Pc-Crash主要通過(guò)反推法進(jìn)行碰撞模擬，主要依據(jù)為事故現(xiàn)場(chǎng)所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，如車(chē)輛初始位置信息、車(chē)輛最終停止位置信息、車(chē)輛痕跡信息等，并對(duì)其進(jìn)行分析還原。目前Pc-Crash在奧地利、德國(guó)、日本、新加坡等國(guó)家已成為事故再現(xiàn)方面較重要的分析軟件，也是以上各國(guó)交通部門(mén)進(jìn)行交通事故分析時(shí)必備的軟件之一[7]。

基于PC-Crash軟件建立事故碰撞模型，分別設(shè)置車(chē)輪與地面的摩擦因數(shù)為0.75、0.85。在事故再現(xiàn)模擬之前，對(duì)碰撞車(chē)速進(jìn)行科學(xué)預(yù)估、碰撞位置進(jìn)行合理分析，可以提高事故仿真效率和精度。通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析，可以得出車(chē)輛碰撞速度，預(yù)估：V甲車(chē)≈47.48～52.45km/h、V乙車(chē)≈44.49～50.59km/h，通過(guò)調(diào)整相關(guān)因子得出：

當(dāng)μ=0.75、V甲車(chē)=48.3km/h、V乙車(chē)=46km/h；

當(dāng)μ=0.85、V甲車(chē)=51km/h、V乙車(chē)=48.5km/h；

上述情況下車(chē)輛最終相對(duì)位置、車(chē)輛損壞情況與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)基本吻合。

3、分析結(jié)果比較分析

分別通過(guò)定制分析法、不確定度分析法、PC-Crash仿真分析法對(duì)上述深度案例進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及仿真再現(xiàn)分析，各車(chē)速計(jì)算及取值區(qū)間結(jié)果如表4、表5所示。

表4　車(chē)速計(jì)算結(jié)果

表5　車(chē)速區(qū)間優(yōu)化比較

通過(guò)上述分析：

1、由表2、表3顯示：當(dāng)制動(dòng)距離取定值即采用定值分析法時(shí)，碰撞過(guò)程第一階段所占比重變大，大約為不確定度分析法的4倍；第三階段相反，所占比重變小，約為不確定度分析法的 1/3；相對(duì)于不確定度分析法，展伸不確定度也有所增大。分析認(rèn)為，由于制動(dòng)距離取定值，導(dǎo)致變化半徑變大即標(biāo)準(zhǔn)不確定度變大，在不確定傳播系數(shù)基本不變的情況下，標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量變大，最終使展伸不確定度分量也變大

2、整個(gè)碰撞過(guò)程中，碰撞第二階段對(duì)車(chē)速基準(zhǔn)量、展伸不確定度的影響最大；第二、第三階段產(chǎn)生的影響較小。與實(shí)際過(guò)程中，兩車(chē)在碰撞接觸過(guò)程中能量損耗最大一致，且由于碰撞前制動(dòng)時(shí)間短、碰撞后汽車(chē)滑行距離短而消耗的能量小一致。

3、上述三種方法都可以得到車(chē)輛事故車(chē)速的合理取值范圍，當(dāng)制動(dòng)距離取定值時(shí)，其展伸不確定度偏大，以定值分析法為比較基準(zhǔn)，運(yùn)用不確定度分析法，甲乙兩車(chē)取值范圍分別縮小9.8%、4.8%，運(yùn)用PC-Crash仿真分析法，甲乙兩車(chē)取值范圍分別縮小45.9%、53.5%。其中當(dāng)制動(dòng)距離取值最?。ɑ蚱蜃钚≈禃r(shí)），運(yùn)用定值分析法獲得的取值區(qū)間的最大值更接近于PC-Crash仿真分析法的優(yōu)化值（如甲車(chē)），其中當(dāng)制動(dòng)距離取值最大（或偏向最大值時(shí)），運(yùn)用定值分析法獲得的值區(qū)間的最小值更接近于PC-Crash仿真分析法的優(yōu)化值（如乙車(chē)）。

4、結(jié)論

（1）論文中用三種車(chē)速再現(xiàn)方法對(duì)一起深度調(diào)查案例進(jìn)行事故再現(xiàn)。這三種方法都可以估算出合理的車(chē)速范圍，對(duì)車(chē)車(chē)事故的事故重建是可行的，針對(duì)事故分析的不同訴求選擇快速有效的分析方法。

（2）通過(guò)定值分析法和不確定度分析法的比較，針對(duì)不同的事故過(guò)程應(yīng)有效的選擇數(shù)據(jù)分析方法，以免使得事故分析結(jié)果偏差過(guò)大。

（3）Pc-Crash仿真再現(xiàn)需要輸入大量的仿真參數(shù)，事故建模和計(jì)算耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，但是仿真精度高，能較好地還原事故過(guò)程。通過(guò)不確定分析法分析過(guò)程可以更好的了解碰撞三個(gè)階段的能量消耗，有助于事故再現(xiàn)的參數(shù)調(diào)整和理解，快速取得合理的仿真結(jié)果。

（4）本文只針對(duì)一起車(chē)車(chē)正面碰撞事故進(jìn)行了分析，其他類(lèi)型碰撞事故未考慮，需后續(xù)深入研究，驗(yàn)證是否也具有上述影響規(guī)律。

[1]袁泉，李一兵.車(chē)輛交通事故再現(xiàn)能量方法的不確定評(píng)定[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2002，23:230—232.

[2]許洪國(guó)，高蔚，蘇鍵，等.汽車(chē)交通事故碰撞速度多值問(wèn)題的研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，1996，9(1)；87—93.

[3]劉智敏.不確定度及其實(shí)踐[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[4]國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量司.測(cè)量不確定度評(píng)定與表示指南[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2000.

[5]Kiefer,Aaron.A Comparison Study Between Pc-Crash Simulation and Instrumented Handling Maneuvers[J].SAE Paper.2011：2-3.

[6]Hourdos J,Garq V.Accident Prevention Based on Automatic Detection of Accident Prone Traffic Conditions[J].SAE Paper.2009：1-6.

[7]鄒鐵方，劉雨，劉平凡，等.汽車(chē)—摩托車(chē)碰撞事故車(chē)速及碰撞位置預(yù)估方法[J]。中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2015,25（1）:105-110.

Car accident reappearance method research

Zhang Fang,Zhou Hua*,Tang Can,Liu Na
(Cars and traffic institute of xihua university,Sichuan Chengdu 610039)

For the study of car collision process,the influence of parameter to represent the speed of accident,according to a real traffic accident case in the national vehicle accident in-depth survey system (NAIS),to make data analysis based on the energy model of fixed value analysis and uncertainty analysis,then to make the accident reconstruction using the simulation software PC-Crash.In actual damage information of the vehicle and finally the relative position as evaluation standard,to compare fixed value analysis with uncertainty analysis,and to analyze the uncertain parameter factors influence on the speed of the car in accident.

car-to-car accident; reconstruction of accident; uncertainty analysis

U467

A

1671-7988（2016）08-261-04

張芳（1988—），女，碩士研究生，就讀于西華大學(xué)，研究方向?yàn)槠?chē)安全工程及道路交通事故分析。

簡(jiǎn)介：周華（1968—），男，副研究員，就職于西華大學(xué)，研究方向?yàn)榈缆方煌ㄊ鹿蕶C(jī)動(dòng)車(chē)技術(shù)鑒定和代用燃料汽車(chē)技術(shù)。

西華大學(xué)研究生創(chuàng)新基金（ycjj2015152）資助。