基于PC-Crash的汽車碰撞事故案例分析

李曉藝， 王憲彬

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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基于PC-Crash的汽車碰撞事故案例分析

李曉藝， 王憲彬*

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

為了準(zhǔn)確再現(xiàn)車輛碰撞事故現(xiàn)場，降低多車碰撞事故仿真再現(xiàn)的難度及確保再現(xiàn)結(jié)果的可靠性，進(jìn)行了基于PC-Crash的汽車碰撞仿真研究。該方法可仿真事故車輛的運動狀態(tài)，獲得事故車輛碰撞瞬間的運動狀態(tài)參數(shù)。汽車碰撞仿真研究能夠比較容易地再現(xiàn)事故發(fā)生時的現(xiàn)場，能夠保證仿真過程中痕跡、停車位置、車輛損壞等均與實際情況最大程度地吻合。

事故再現(xiàn)；PC-Crash軟件；仿真；分步

目前全世界每年有數(shù)十萬人死于汽車交通事故，而在交通執(zhí)法部門進(jìn)行安全責(zé)任劃分時，往往由于現(xiàn)場信息不完整導(dǎo)致無法確切地判定事故原因并進(jìn)行責(zé)任劃分。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，利用計算機仿真的方法對汽車碰撞事故進(jìn)行分析與還原已逐漸被接受。其中，PC—Crash是汽車碰撞軟件中的典型平臺，目前國內(nèi)對該軟件的使用尚處于起步階段。

本文基于PC-Crash軟件，提出車輛碰撞事故分步再現(xiàn)的方法，即仿真車輛碰撞運動，再現(xiàn)碰撞前后的車輛運行狀態(tài)，通過與現(xiàn)場痕跡比對來判斷仿真的準(zhǔn)確性，并通過一個汽車碰撞實例來演示所提出的分步再現(xiàn)方法的工作流程。

1 基于PC-Crash的汽車碰撞事故分步再現(xiàn)流程

1.1 PC-Crash簡介

PC-Crash軟件可根據(jù)事故現(xiàn)場采集到的人車信息建立人車碰撞事故模型，通過車輛運動模型及車輛碰撞模型對碰撞過程機理進(jìn)行分析，采用控制變量法對仿真技術(shù)中參數(shù)的敏感性進(jìn)行研究，通過比較參數(shù)變化對模擬結(jié)果的影響來分析相關(guān)參數(shù)的敏感度，從而確定參數(shù)的重要程度，獲得事故中的有效信息。利用PC-Crash軟件對典型汽車碰撞事故案例進(jìn)行仿真分析，通過仿真系統(tǒng)對事故進(jìn)行數(shù)字化重構(gòu)，有助于交通執(zhí)法部門確切地判定事故原因并進(jìn)行責(zé)任劃分，其可為國家車輛事故深度調(diào)查體系(National Automobile Accident In-depth Investigation System，NAIS)的相關(guān)研究提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.2 汽車碰撞事故分類

汽車碰撞事故分單車碰撞事故、車-人碰撞事故、多車碰撞事故等，這里僅分析其中的車-車碰撞事故。從初始位置開始進(jìn)行仿真，盡量減少不確定因素，利用PC-Crash軟件中豐富的車輛數(shù)據(jù)庫簡單高效地仿真車輛的運動。將事故車輛置于事故開始點，通過“Sequences”菜單設(shè)置車輛不同時刻的制動及轉(zhuǎn)向角等參數(shù)，然后反復(fù)進(jìn)行仿真模擬，使事故車輛進(jìn)行碰撞。

1.3 基于PC-Crash的車-車碰撞事故再現(xiàn)

利用PC-Crash軟件控制車輛碰撞前的運動、碰撞位置、角度等，還要控制碰撞后車輛的運動，以使仿真中的痕跡與事故中的痕跡相吻合。由于控制難度較大，故需要花費大量的時間進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，對碰撞后有價值的車體變形要盡可能地充分利用。汽車碰撞事故再現(xiàn)流程圖如圖1所示。

圖1 汽車碰撞事故再現(xiàn)流程

2 案例分析

2.1 案例介紹

2016年，黑龍江省哈爾濱市發(fā)生一起交通事故，司機王某駕駛的××轎車行駛到萬寶大道紅豆杉莊小路丁字路口時，由于某種原因?qū)е虏荒芗皶r剎車而與李某駕駛的××大型貨運車發(fā)生碰撞，李某感到出現(xiàn)情況后立即采取制動措施，使貨車與汽車均停駛在路側(cè)，由于李某發(fā)現(xiàn)及時并采取制動措施，無人員傷亡事故發(fā)生，但王某的轎車嚴(yán)重受損，因碰撞過程短暫，通過現(xiàn)場目擊者表述及視頻只能了解大致情況，許多碰撞細(xì)節(jié)及受力情況等都不能真實全面地反應(yīng)出來?；谝陨显颍捎梅抡婺M碰撞軟件PC-crash對這起交通事故進(jìn)行了仿真模擬。事故現(xiàn)場采集的圖片如圖2所示。

2.2 事故仿真再現(xiàn)

2.2.1 模版背景建立及導(dǎo)入

根據(jù)事故發(fā)生的地點背景，基于CAD制作了一份事故場景圖，圖片導(dǎo)入時在畫圖程序中需進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，將PNG格式轉(zhuǎn)換為BMP格式后即可成功導(dǎo)入到PC-crash中。利用 File-Import-Bitmap jinxing 進(jìn)行現(xiàn)場圖的導(dǎo)入，利用拖動和放大、縮小按鈕調(diào)整現(xiàn)場圖的位置，盡量置于屏幕的正中央。利用Graphics-Bit map-Scale 進(jìn)行比例尺設(shè)定，本案例中道路的寬度是3 m，劃線、標(biāo)注實際事故中道路的真實長度。事故背景圖如圖3所示。

圖2 事故現(xiàn)場圖片

圖3 事故背景圖

2.2.2 車輛數(shù)據(jù)輸入

事故車輛奇瑞牌SQ7150A151型轎車的輸入數(shù)據(jù)包括：車長4 393 mm，高1 424 mm，寬1 682 mm，車重1 475 kg，事故發(fā)生時車載人數(shù)1人，軸數(shù)2，軸距268 mm。

沃爾沃VOLVO FL7貨車的輸入數(shù)據(jù)包括：車長11 970 mm，高3 780 mm，寬2 490 mm，車總重28 010 kg，事故發(fā)生時車載人數(shù)1人，軸數(shù)4，軸距1 900 mm、300 mm和4 350 mm。

數(shù)據(jù)輸入過程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)輸入

2.2.3 導(dǎo)入車輛二維投影模型

利用Vehicle-Vehicle DXF導(dǎo)入，因轎車碰撞變形嚴(yán)重，貨車相對來說碰撞較輕，因此主要對小轎車的碰撞力、角度及碰撞曲線進(jìn)行調(diào)試[1-2]，修改外形大小、方向并標(biāo)出變形位置。數(shù)據(jù)導(dǎo)入如圖5所示。

2.2.4 仿真模擬建成動畫演示

經(jīng)過反復(fù)調(diào)試兩車的碰撞瞬間、位置、行駛方向、行駛速度，直至使仿真碰撞環(huán)境與實際環(huán)境相吻合。建立動畫演示，由仿真碰撞過程可知，碰撞過程運動痕跡、停止位置、車輛損壞等均與實際情況相吻合，該仿真模擬能夠真實地反映事故情況，且操作簡便、仿真過程的調(diào)試與修改方便、再現(xiàn)難度降低[3-4]。仿真模擬動畫演示如圖6所示。

圖5 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

圖6 仿真模擬動畫演示

3 結(jié)論

為了更好地使用PC—Crash軟件，利用分步再現(xiàn)的方法，通過一個實例進(jìn)行了具體的分析，步驟如下：

(1)根據(jù)事故調(diào)查的資料(如現(xiàn)場圖、事故圖片和詢問筆錄等)，進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集與整理，查找汽車信息并繪制現(xiàn)場CAD圖。

(2)根據(jù)采集及整理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用PC—Crash軟件進(jìn)行汽車碰撞仿真研究。

(3)以上述工作為基礎(chǔ)，總結(jié)基于PC—Crash的汽車碰撞仿真技術(shù)流程，為其他相關(guān)研究提供基礎(chǔ)資料。

[1] 裴玉龍，曹弋，付川云.基于動量定理的汽車單次三維碰撞運動狀態(tài)參數(shù)計算模型[J].中國公路學(xué)報，2011，24 (3)：80-85.

[2] 劉巖.汽車安全檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2013，41(9)：39-41.

[3] 馮曉明，趙強.電動汽車側(cè)面碰撞仿真與優(yōu)化[J].森林工程，2016，32(5)：59-64.

[4] 趙志杰，金先龍，張曉云，等.面向人體損傷的人車碰撞事故再現(xiàn) [J].振動與沖擊，2008，27 (5)：95-98.

(責(zé)任編輯 張雅芳)

Analysis of PC-Crash-based Vehicle Collision Cases

LI Xiao-yi， WANG Xian-bin*

(College of Transportation，Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang 150040，China)

To accurately reconstruct the scene of vehicle collision accidents，reduce difficulty involved in the simulation and reconstruction of collision accidents involving a number of vehicles and ensure the reliability of reconstruction results，vehicle crash simulation based on PC-Crash is studied.This method can simulate the running state of vehicles involved in an accidents and obtain the parameters of running state at the moment of vehicle collision.This vehicle collision simulation research can easily reconstruct the scenes of accidents and guarantee the matching between traces and the actual situation in the simulation process to the largest degree.

accident reconstruction；PC-Crash software；simulation；stepwise

2017-04-27

2016年度東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練項目

李曉藝(1996-)，女，河北衡水人，在校本科學(xué)生，主要從事交通運輸研究，E-mail：z2766277594@163.com。

*通訊作者：王憲彬(1980-)，男，黑龍江阿城人，副教授，博士，主要從事交通運輸?shù)难芯浚珽-mail：xbwang10@163.com。

U491.25

A

2095-2953(2017)08-0042-03

研究與設(shè)計