汽車與摩托車的碰撞事故車速仿真分析

張勇剛

(廣東警官學(xué)院治安系，廣東廣州 510230)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，我國(guó)機(jī)動(dòng)車數(shù)量保持快速增長(zhǎng)，根據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，至2013年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車數(shù)量突破2.5億輛，其中，汽車達(dá)1.37 億輛，摩托車 0.94 億輛［1］。當(dāng)前我國(guó)汽車社會(huì)發(fā)展仍將保持強(qiáng)勁增勢(shì)，但是交通參與者安全意識(shí)、規(guī)則意識(shí)、文明意識(shí)與汽車文明社會(huì)發(fā)展不適應(yīng)，交通安全基礎(chǔ)仍比較薄弱，安全隱患還大量存在，交通事故持續(xù)多發(fā)，因此研究汽車和摩托車交通事故車速分析具有重要意義。當(dāng)前車人碰撞的研究相對(duì)深入［2］，對(duì)汽車與摩托車碰撞事故再現(xiàn)仿真分析研究不多，集中在王宏雁團(tuán)隊(duì)的事故再現(xiàn)及摩托車駕駛?cè)耸軅治觯?-6］以及楊群印等根據(jù)人體損傷和痕跡的利用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行的交通事故再現(xiàn)［5］，需要進(jìn)一步研究汽車和摩托車碰撞事故的仿真再現(xiàn)分析。筆者將利用仿真軟件Pc-Crash對(duì)一起典型真實(shí)的汽車-摩托車碰撞事故案例進(jìn)行事故重建，根據(jù)法醫(yī)學(xué)報(bào)告，結(jié)合損傷生物力學(xué)知識(shí)檢驗(yàn)仿真結(jié)果的可靠性，為交通事故鑒定提供更為合理、客觀的依據(jù)。

1 Pc-Crash軟件

PC-Crash軟件是一個(gè)功能非常強(qiáng)大的交通事故再現(xiàn)軟件，在事故再現(xiàn)分析領(lǐng)域中應(yīng)用很廣泛。該軟件中含有很多事故參與者信息模塊，包括車輛模塊、人體模塊和道路模塊。借助這些模塊建立各類事故參與者的模型，然后再通過模擬的形式，就可將很多難度非常大的事故形態(tài)的仿真分析簡(jiǎn)單化。該軟件的有效性已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者驗(yàn)證過，并得到國(guó)內(nèi)外同行的充分認(rèn)可，是道路交通事故再現(xiàn)分析不可或缺的軟件。

用PC-Crash軟件對(duì)交通事故進(jìn)行再現(xiàn)仿真，最為基礎(chǔ)的部分在于事故現(xiàn)場(chǎng)圖的輸入，有了事故現(xiàn)場(chǎng)圖后，則能在此基礎(chǔ)上重建事故現(xiàn)場(chǎng)，然后再輸入各類事故參與者，接著調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，最后通過反復(fù)調(diào)整碰撞前速度、角度以及各事故參與者之間的摩擦系數(shù)等各種參數(shù)，使得仿真與實(shí)際情況盡可能地吻合，則此時(shí)的仿真結(jié)果可認(rèn)為是最能反映實(shí)際事故情況的結(jié)果［7-8］。

本文主要通過該軟件強(qiáng)大的車模型數(shù)據(jù)庫(kù)，以及多剛體模型進(jìn)行事故仿真再現(xiàn)，獲得人體損傷部位動(dòng)力學(xué)響應(yīng)綜合分析仿真結(jié)果。

2 案例

2013年2月的某日傍晚，某地一立交橋底處發(fā)生一起道路交通事故，案例具體情況如下:一輛馬自達(dá)小轎車沿立交橋底部大道由南往北行駛至立交橋底層以南路面時(shí)，恰遇一輛由東南方向至西北方向橫穿馬路的火鳥兩輪摩托車，小型轎車駕駛?cè)瞬扇〈胧┍茏尣患?，?dǎo)致小轎車車頭右側(cè)與二輪摩托車左后側(cè)碰撞，摩托車駕駛?cè)讼狄蛑囟蕊B腦損傷死亡。事故發(fā)生在干燥平坦的瀝青道路，道路呈南北走向有四條機(jī)動(dòng)車道，路面有車道分界線及車輛減速標(biāo)線，道路中心有綠化帶隔離，交通事故現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。圖2為事故現(xiàn)場(chǎng)示意圖，事故發(fā)生后，小型轎車車頭向北、車尾向南停于由東向西數(shù)第四條機(jī)動(dòng)車道內(nèi)，車頭右側(cè)有碰撞痕跡;二輪摩托車車頭向西北、車尾向東南方向，右側(cè)倒地于由東向西數(shù)第二條機(jī)動(dòng)車道內(nèi)，倒地痕跡長(zhǎng)1 050 cm;地面有摩托車頭盔、鞋子散落，路面遺留有血跡。另外，根據(jù)交警對(duì)當(dāng)事人的調(diào)查，小轎車車速約為60 km/h。

圖1 交通事故現(xiàn)場(chǎng)

圖2 交通事故現(xiàn)場(chǎng)示意圖

3 仿真與分析

3.1 重建事故現(xiàn)場(chǎng)

首先，將事故現(xiàn)場(chǎng)圖直接導(dǎo)入Pc-Crash中，接著對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)圖按比例縮放則可。由于該事故發(fā)生在平直道路上，無(wú)需建立三維道路，僅需依據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)圖建立事故現(xiàn)場(chǎng)的二維模型，所得事故現(xiàn)場(chǎng)可參看圖3。

3.2 車、人模型建立

車模型根據(jù)事故信息直接可從車輛數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)入，由于事故車輛為馬自達(dá)轎車，這里選用MAZDAMazda 3-BK，摩托車及摩托車駕駛?cè)诉x用PC-Crash中自帶的多剛體模型，根據(jù)事故摩托車為火鳥摩托車對(duì)摩托車做相應(yīng)調(diào)整，摩托車駕駛?cè)烁鶕?jù)事故參與者信息做相應(yīng)調(diào)整，其他都為軟件默認(rèn)值。

圖3 重建事故現(xiàn)場(chǎng)

3.3 事故仿真分析

完成事故現(xiàn)場(chǎng)重建，車、人模型建立這兩個(gè)步驟后，根據(jù)當(dāng)事人給出的大概車速，將仿真車速調(diào)整到這個(gè)車速附近范圍，另外，當(dāng)事人證言碰撞位置可縮小至道路以南路面，將汽車、摩托車、摩托車駕駛?cè)酥糜诖蟾诺膮^(qū)域;然后，通過反復(fù)調(diào)整汽車、摩托車車速，汽車-摩托車相對(duì)位置，汽車、摩托車、摩托車駕駛?cè)伺c地面的摩擦系數(shù)，以盡可能使得仿真中摩托車、摩托車駕駛?cè)伺c汽車的接觸位置與汽車的損壞位置一致，汽車、摩托車、摩托車駕駛?cè)巳叩淖罱K靜止位置與事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡吻合。

通過仿真發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽車車速取為67 km/h、摩托車車速取17 km/h，汽車與路面的摩擦系數(shù)取為0.68、摩托車與路面的摩擦系數(shù)取為0.696、摩托車駕駛?cè)伺c路面的摩擦系數(shù)取為0.56時(shí)，仿真結(jié)果與事故現(xiàn)場(chǎng)吻合的最為接近。圖4給出了仿真中碰撞發(fā)生后事故參與者位置等信息;圖5給出了仿真過程中，不同時(shí)刻車車、人車相對(duì)位置。

圖4 仿真過程事故參與者最終靜止位置

由圖4可以看出，事故車輛、摩托車駕駛?cè)说淖罱K停止位置與事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡很接近，汽車靜止時(shí)左前輪距西邊護(hù)欄為120 cm，左后輪距西邊護(hù)欄161 cm;通過仿真可以發(fā)現(xiàn)摩托車駕駛?cè)私?jīng)過血跡區(qū)域并停止在血跡區(qū)域旁，摩托車的運(yùn)動(dòng)軌跡很好地說明了痕跡的產(chǎn)生。

當(dāng)t=0.045 s時(shí)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋右側(cè)與摩托車左后方相撞，這與車頭右側(cè)有碰撞痕跡相符;當(dāng)t=0.11 s時(shí)汽車擋風(fēng)玻璃右下角位置與摩托車駕駛?cè)祟^部碰撞，這與擋風(fēng)玻璃損壞情況(參見圖6)相符。

圖5 不同時(shí)刻車車、人車碰撞位置

3.4 損傷部位動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析

本事故中損傷部位的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)評(píng)價(jià)參數(shù)主要是摩托車駕駛?cè)说念^部合成加速度及受力曲線。圖7中給出摩托車駕駛?cè)祟^部加速度曲線，圖中黑豎線處t=0.11 s，此時(shí)，摩托車駕駛?cè)祟^部加速度達(dá)到1 460.6 m/s2，此為行人頭部在整個(gè)事故過程中受到的最大沖擊力。另外，圖8給出了摩托車駕駛?cè)祟^部損傷值，根據(jù)頭部加速度曲線可以算出HIC(頭部傷害指標(biāo))，通過計(jì)算得到了圖8 HIC曲線，據(jù)摩托車駕駛?cè)祟^部加速度曲線可知整個(gè)過程中頭部合成加速度最大值為駕駛?cè)祟^部與汽車前部擋風(fēng)玻璃的碰撞造成，HIC為2 209，大于標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的1 000。可以看出這應(yīng)與調(diào)查報(bào)告中摩托車駕駛?cè)讼狄蛑匦惋B腦損傷死亡相符。

圖7 摩托車駕駛?cè)祟^部加速度曲線

圖8 頭部HIC值曲線

通過再現(xiàn)的痕跡信息與事故現(xiàn)場(chǎng)基本一致，結(jié)合行人損傷生物力學(xué)知識(shí)，根據(jù)仿真所得損傷情況與法醫(yī)學(xué)報(bào)告對(duì)比，基本可以確認(rèn)仿真的準(zhǔn)確、客觀性。

4 結(jié)論

本文利用PC-Crash對(duì)汽車與摩托車碰撞事故進(jìn)行了仿真分析，通過仿真結(jié)果中車輛損壞位置與摩托車駕駛?cè)耸軅课弧④囕v運(yùn)行運(yùn)動(dòng)軌跡及最終位置、三者的最終靜止位置與事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡吻合，通過損傷部位的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)參數(shù)對(duì)比證明仿真結(jié)果有效。該研究對(duì)交通事故車速鑒定的研究及應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

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