基于PC Crash的摩托車行人碰撞事故分析重建

童小波，劉盛雄，尹志勇，羅 疆，劉 鑫

(1.重慶理工大學(xué) 藥學(xué)與生物工程學(xué)院， 重慶 400054；2.第三軍醫(yī)大學(xué) 大坪醫(yī)院 交通醫(yī)學(xué)研究所， 重慶 400042)

在科技的推動(dòng)下，機(jī)動(dòng)車逐漸融入人們的生活，已成為日常生活不可或缺的一部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析[1]，2016年我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到2.95億輛，其中摩托車8 244萬輛，而且機(jī)動(dòng)車總保有量在2011—2015年以每年5.8%的幅度遞增。機(jī)動(dòng)車保有量的持續(xù)增加，在給人們帶來便捷的同時(shí)，也帶來了一系列安全及財(cái)產(chǎn)隱患，道路交通事故發(fā)生率一直居高不下。在2011—2015年[2]，盡管事故發(fā)生的絕對(duì)數(shù)量呈緩慢下降趨勢(shì)，但交通事故依舊給人們生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大威脅。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2015年交通事故發(fā)生總數(shù)為187 781起，其中有摩托車參與的交通事故為37 608起。一年內(nèi)，交通事故造成的傷亡人數(shù)為25.80萬人(其中總死亡人數(shù)為5.80萬人，摩托車參與的事故死亡人數(shù)為1.04萬人)，直接財(cái)產(chǎn)損失超過十億元。

在缺乏監(jiān)控錄像的道路交通事故處理中，責(zé)任判定的依據(jù)主要是現(xiàn)場(chǎng)痕跡、口供、法醫(yī)鑒定[3]、車速計(jì)算結(jié)果[4-5]，最終通過直觀認(rèn)知以及經(jīng)驗(yàn)知識(shí)對(duì)事故責(zé)任進(jìn)行判定和劃分。這種處理方法雖然能在一定程度上推導(dǎo)出事故發(fā)生的總體過程，但難以將事故發(fā)生的諸多關(guān)鍵細(xì)節(jié)予以描述與展示，從而導(dǎo)致事故雙方產(chǎn)生糾紛，甚至產(chǎn)生不穩(wěn)定社會(huì)因素。此外，機(jī)動(dòng)車事故中，摩托車事故占比約為20%。相較于汽車而言，摩托車在事故中制動(dòng)、翻轉(zhuǎn)、碰撞等鑒定內(nèi)容是司法鑒定的一個(gè)難點(diǎn)[6]，這也就體現(xiàn)了事故仿真軟件在摩托車事故分析中的重要性。隨著科技的發(fā)展，交通事故仿真軟件也更多地被用來鑒定事故發(fā)生的具體情況，其中PC Crash這款以運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的道路交通事故仿真軟件也越來越多地被大眾所熟知。PC Crash軟件在事故重建過程中，涉及的人車運(yùn)動(dòng)軌跡均按照運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律形成，基本消除了主觀猜想[7]，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，可為國(guó)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)[8]。

目前，在國(guó)內(nèi)外鮮有專家學(xué)者利用PC Crash軟件對(duì)摩托車事故進(jìn)行相關(guān)的研究。本文通過收集1起摩托車與行人碰撞事故中的現(xiàn)場(chǎng)痕跡以及事故雙方傷情，通過PC Crash軟件仿真，最終再現(xiàn)了事故的整個(gè)過程。

1 事故分析

交通事故痕跡是在交通事故中各參與者及道路設(shè)施在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生相互接觸所形成的所有相關(guān)痕跡的總括，包括車體痕跡、地面痕跡、人體痕跡及其他痕跡[9]。在一場(chǎng)交通事故中，痕跡收集完善與否關(guān)乎到事故鑒定的準(zhǔn)確性，更有甚者，若資料收集不完全或者有偏差可能導(dǎo)致對(duì)事故責(zé)任的誤判。因此，在痕跡采集時(shí)要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與完整性。

1.1 事故介紹

2017年8月某日上午，駕駛員甲駕駛普通兩輪摩托車從家趕往工作的地方，途中在一段筆直道路上撞上橫穿馬路的乙，造成甲當(dāng)場(chǎng)死亡，乙在救治過程中也不幸身亡。事發(fā)當(dāng)日為晴天，現(xiàn)場(chǎng)道路為干燥且無明顯坑洼的瀝青路面。事故發(fā)生后，事故現(xiàn)場(chǎng)除事故雙方散落雜物外未發(fā)現(xiàn)其他物件。摩托車最終停止位置為行駛方向右側(cè)的路肩上，右側(cè)倒地，車頭朝著行駛方向；駕駛員甲最終倒地位置為摩托車后方路肩上，其頭盔已經(jīng)脫落，如圖1所示。行人乙最終位置在右側(cè)路肩以外的草地上，事發(fā)后送至醫(yī)院救治。

圖1 摩托車、駕駛員甲最終位置

1.2 傷情分析

1.2.1 駕駛員甲傷情

尸檢報(bào)告顯示：摩托車駕駛員甲面部見片狀擦挫傷，右眉弓見裂創(chuàng)，深及顱骨，雙側(cè)鼻腔見血性液體溢出，牙齒折斷，上頜骨骨折，符合顱腦損傷死亡，初步判定事故過程中甲的損傷是由從摩托車上拋跌至地面，其身體與摩托車自身部件及地面接觸所致，未見明顯與其他車輛接觸所致的傷情。

1.2.2 行人乙傷情

行人乙骶骨右側(cè)、右恥骨下支、右髖臼、右髂骨后下部分、腰2～5橫突骨折，右脛腓骨遠(yuǎn)端粉碎性骨折，右臀后外側(cè)現(xiàn)約0.5 cm×1.5 cm的孔狀創(chuàng)口，右膝后外側(cè)現(xiàn)長(zhǎng)約5 cm的縫合創(chuàng)口。根據(jù)摩托車高度及行人損傷部位高度，結(jié)合創(chuàng)口周邊未見明顯與地面摩擦導(dǎo)致的條紋狀擦傷，該損傷符合摩托車車頭前方部件撞擊行人身體右側(cè)所致的傷情。根據(jù)以上情況初步判定，行人在被撞前瞬間是右側(cè)朝向摩托車頭。

此外，行人乙右鎖骨及左側(cè)第4肋骨骨折，右頂枕現(xiàn)高密度影，右枕部現(xiàn)低密度影。根據(jù)摩托車高度及行人損傷部位高度可見，該損傷應(yīng)為行人乙倒地后與路面碰撞及摩擦形成的。

1.3 痕跡分析

1.3.1 事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡

事發(fā)當(dāng)天為晴天，路面為干燥的瀝青路面。摩托車、駕駛員甲以及行人乙在路面的劃痕都較為完整，圖2為事發(fā)當(dāng)天的現(xiàn)場(chǎng)路面痕跡照片。

圖2 事故現(xiàn)場(chǎng)摩托車與行人痕跡照片

圖3為此案例的交通事故現(xiàn)場(chǎng)。如圖3所示：摩托車劃痕長(zhǎng)度為2 960 cm，由靠近右側(cè)車道中間位置延伸到車輛行駛方向的前方右側(cè)路肩上。在摩托車痕跡的右后方為行人乙與路面摩擦產(chǎn)生的痕跡，其長(zhǎng)度為750 cm，痕跡方向也為右前方，最終停止在路肩外面的草叢里面。根據(jù)該事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡，結(jié)合動(dòng)量守恒定理，可以初步判斷出摩托車在碰撞前瞬間速度存在向右的分量。此外，在事故現(xiàn)場(chǎng)摩托車最終?？课恢糜覀?cè)的樹上存在新鮮的刮擦痕跡，由此可初步斷定摩托車最終是與樹碰撞后停止滑動(dòng)。

圖3 交通事故現(xiàn)場(chǎng)

1.3.2 摩托車車身痕跡

摩托車車身痕跡鑒定結(jié)果顯示：摩托車質(zhì)量約為120 kg，高度為0.98 m，長(zhǎng)度為1.56 m，寬度為 0.6 m，事故發(fā)生后，摩托車車頭部位儀表盤脫落，右后視鏡脫落，前擋泥板破裂，右側(cè)手剎起始端斷裂末端存在刮擦痕跡如圖4所示。車身部位前防護(hù)板右側(cè)存在明顯的倒地刮擦痕跡，駕駛員右側(cè)踏板外緣存在刮擦痕跡，后排成員右側(cè)踏板外緣存在碰撞刮擦痕跡，如圖5所示。此外，尾部載物架右側(cè)面存在碰撞刮擦痕跡，排氣管末端(單排氣管，在車身右邊)外緣存在刮擦痕跡。摩托車左側(cè)未發(fā)現(xiàn)新鮮痕跡，因此碰撞后摩托車向右側(cè)倒地后未發(fā)生翻滾現(xiàn)象。

圖4 摩托車車頭部位損壞痕跡

圖5 摩托車車身損壞痕跡

1.3.3 事故現(xiàn)場(chǎng)其他痕跡

摩托車最終停止滑動(dòng)位置的外側(cè)有1棵周長(zhǎng)為78 cm的景觀樹，樹干離地30～50 cm有新鮮的刮擦痕跡，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)摩托車停止的位置，此痕跡可判定為摩托車碰到樹后留下來的，現(xiàn)場(chǎng)拍攝見圖6、7。因此，在設(shè)計(jì)仿真過程時(shí)應(yīng)考慮樹對(duì)摩托車最終位置的影響。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)景觀樹樹身的痕跡1

圖7 現(xiàn)場(chǎng)景觀樹樹身的痕跡2

2 事故重建

2.1 事故現(xiàn)場(chǎng)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)，事故路段為雙車道，路面總寬度為13.6 m，其中兩邊各1條寬度為1 m的路肩，即每條車道寬度為5.8 m。根據(jù)測(cè)量結(jié)果顯示，該路段基本為水平路面，坡度可忽略不計(jì)，且路面為干燥瀝青路面，較為平整，沒有明顯的坑洼或破損情況。此外，在摩托車最終停止滑動(dòng)位置的外側(cè)的景觀樹樹干存在刮擦痕跡，因此在設(shè)計(jì)仿真過程時(shí)應(yīng)考慮該景觀樹對(duì)摩托車最終位置的影響。

2.2 碰撞模型分析

根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)收集以及法醫(yī)提供的數(shù)據(jù)，行人乙為女性，年齡為67歲，身高為150 cm，體質(zhì)量為40 kg左右；駕駛員甲年齡為45歲，身高為170 cm，體質(zhì)量約為60 kg；摩托車車身高100 cm，質(zhì)量約為120 kg。在干燥瀝青路面上，摩托車倒地后與地面的摩擦因數(shù)為0.55～0.7，行人與地面的摩擦因數(shù)為0.6～1.4，實(shí)際數(shù)值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定[10-11]。

2.3 仿真過程

2.3.1 對(duì)碰撞前瞬間摩托車速度大小及方向的計(jì)算分析

1) 運(yùn)用動(dòng)量守恒定理計(jì)算碰撞前車速

根據(jù)事故當(dāng)天對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的分析，除了摩托車最終停靠位置的景觀樹外，未發(fā)現(xiàn)可改變整個(gè)事故過程中行人、駕駛員以及摩托車速度方向的障礙物。根據(jù)動(dòng)量守恒定理可得：

mMvM0+mDvD0+mPvP0=mMvM1+mDvD1+mPvP1

(1)

其中：mM、mD、mP分別為駕駛員甲、摩托車以及行人乙的質(zhì)量；mM0、mD0、mP0分別為駕駛員甲、摩托車以及行人乙碰撞前瞬間的速度；mM1、mD1、mP1分別為駕駛員甲、摩托車以及行人乙碰撞后瞬間的速度。

若定義x為順著公路的方向且指向與摩托車行駛方向一致，y方向與道路延伸方向垂直且指向摩托車行駛方向右側(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鑒定結(jié)果，行人乙倒地后留下的痕跡長(zhǎng)為L(zhǎng)=7.5 m，y向移動(dòng)距離分量為L(zhǎng)y=3.9 m，行人乙與地面摩擦因數(shù)μρ=1.1,根據(jù)能量守恒定律：

(2)

(3)

代入數(shù)據(jù)得到碰撞后瞬間行人速度vp1=45.78 km/h，其方向與道路延伸方向夾角θP=31.3°。

同理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)痕跡顯示，摩托車路面劃痕S=29.6 m，其y方向分量Sy=3.1 m。摩托車與路面摩擦因數(shù)μM=0.65，將數(shù)據(jù)代入式(4)(5)：

(4)

(5)

計(jì)算得出摩托車倒地瞬間速度大小為69.91 km/h，其方向與道路延伸方向夾角為6.0°。

若假定：摩托車從碰撞后到到底前速度損失為零，即vM1=vM2；碰撞后瞬間駕駛員甲的速度與摩托車一致；碰撞前瞬間行人乙速度為0，式(1)可變?yōu)椋?/p>

(6)

計(jì)算得出vM1=79.23 km/h，其方向與x方向夾角θM0=9.1°。因?qū)l件進(jìn)行了簡(jiǎn)化，實(shí)際速度應(yīng)比該數(shù)值略大。

2) 運(yùn)用能量定理檢驗(yàn)碰撞前車速

若假定：摩托車從碰撞后到到底前速度損失為0，即vM1=vM2；事故碰撞瞬間能量損失忽略不計(jì)；碰撞后瞬間駕駛員甲的速度與摩托車一致；假定碰撞前瞬間行人乙速度為0。根據(jù)能量守能定理，可得以下公式：

(7)

計(jì)算得出vM1=73.17 km/h，因忽略了2個(gè)過程的相對(duì)較小的能量損失，計(jì)算出速度略微小于運(yùn)用動(dòng)量定理計(jì)算出的速度，符合實(shí)際情況。

2.3.2 仿真模擬與調(diào)試過程

本文已進(jìn)行了對(duì)數(shù)據(jù)的收集工作，此外，對(duì)碰撞過程也有初步分析，然而這只是仿真過程的前期工作，要達(dá)到仿真結(jié)果與事故現(xiàn)場(chǎng)完全擬合，還需要建立與事實(shí)相符的仿真模型以及不斷地仿真與調(diào)試。以下為此次仿真過程的步驟：

1) 案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)路面布局：案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)路面布局相對(duì)簡(jiǎn)單，雙車道，每條車道寬5.8 m，外側(cè)各有1 m寬路肩，無坡度，路面參數(shù)設(shè)置如圖8所示。此外，在事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)端路面外側(cè)有1顆直徑為78 cm的景觀樹。

2) 模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入：將收集到的數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入到仿真模型中，如圖9所示。

圖8 路面布局參數(shù)設(shè)置

圖9 模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入

3) 初次接觸所在位置確定：行人乙與摩托車在事故現(xiàn)場(chǎng)路面留有痕跡，在痕跡延長(zhǎng)線的交匯處可認(rèn)定為摩托車與行人首次接觸的位置。

4) 相對(duì)位置的確定：由于事故現(xiàn)場(chǎng)行人乙留下痕跡與x方向夾角大于摩托車留下痕跡的夾角，因此可認(rèn)定為行人乙碰撞前位置在車頭前面偏右側(cè)的位置。

5) 摩托車車身傾角及車速大小、方向的調(diào)整：本文已分析得出車速指向x軸偏y軸正向，車身向右存在一定傾角，車速應(yīng)略微大于之前計(jì)算得到的未修正的車速。

6) 反復(fù)修改步驟4)、5)中的數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)模擬情景與事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡完全擬合。

3 結(jié)果分析

法醫(yī)鑒定結(jié)果顯示：行人乙右臀后外側(cè)現(xiàn)約0.5 cm×1.5 cm的孔狀創(chuàng)口，孔狀創(chuàng)口無法與平整的地面摩擦形成，根據(jù)事發(fā)時(shí)摩托車行進(jìn)方向，提示此傷為事發(fā)時(shí)摩托車車頭前部及右側(cè)碰撞行人右后側(cè)身體所致；此外，右膝后外側(cè)見長(zhǎng)約5 cm的縫合創(chuàng)口，創(chuàng)口周邊未見明顯與地面摩擦導(dǎo)致的條紋狀擦傷痕跡，亦表明該損傷應(yīng)為摩托車部件撞擊行人身體右側(cè)所致。因此，可以斷定，事故發(fā)生時(shí)，行人應(yīng)為右側(cè)身體朝向摩托車來車方向，但無法確定更為具體的碰撞形態(tài)。

根據(jù)法醫(yī)提供的已有分析數(shù)據(jù)及具體事故情形，本文將PC Crash軟件的仿真結(jié)果與具體事故現(xiàn)場(chǎng)最終形態(tài)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)誤差情況，不斷微調(diào)摩托車模型與行人模型的相對(duì)位置、形態(tài)，最終使得仿真結(jié)果與事故現(xiàn)場(chǎng)情形一致。結(jié)果顯示：行人乙在碰撞前應(yīng)位于摩托車右前方，摩托車車身向右傾斜且速度偏向行駛方向右側(cè)，碰撞前相對(duì)位置如圖10所示。

圖10 碰撞前瞬間人車相對(duì)位置

從仿真的結(jié)果來看，摩托車右前部位與行人右后部位發(fā)生接觸，該結(jié)果也與人體右后部位的損傷一致，如圖11所示。

圖11 行人右臀及右小腿損傷情況

圖12 仿真結(jié)果

本次仿真實(shí)驗(yàn)最終完成了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)痕跡的擬合(人車最終位置等)，如圖12所示。

仿真后生成的視頻文件清晰地再現(xiàn)了事故發(fā)生的整個(gè)過程。為了保證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文結(jié)合傳統(tǒng)的事故鑒定方法，利用現(xiàn)場(chǎng)痕跡、口供、法醫(yī)鑒定結(jié)果先將事故過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，然后將分析結(jié)果運(yùn)用于仿真實(shí)驗(yàn)，將仿真結(jié)果與傳統(tǒng)鑒定結(jié)果進(jìn)行了比較，確保了仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明：事故仿真可以獲得傳統(tǒng)的研究方法無法得到的事故細(xì)節(jié)，諸如人車接觸位置、接觸角度等信息，從而可對(duì)事故進(jìn)行全面還原與再現(xiàn)。

對(duì)事故責(zé)任進(jìn)行準(zhǔn)確判定和劃分可避免事故雙方產(chǎn)生糾紛，亦可避免產(chǎn)生不穩(wěn)定社會(huì)因素，有助于交通執(zhí)法部門準(zhǔn)確地判定事故原因并進(jìn)行責(zé)任劃分，為國(guó)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)[8]。

4 結(jié)束語

PC Crash仿真軟件可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)痕跡，重建摩托車交通事故過程，清晰再現(xiàn)碰撞事故中的關(guān)鍵細(xì)節(jié)，從而彌補(bǔ)傳統(tǒng)鑒定方法可能遺漏的關(guān)鍵信息。不僅如此，在摩托車事故中，摩托車碰撞前車身傾角、車頭轉(zhuǎn)向情況等形態(tài)在一定程度上反映出碰撞前駕駛員是否有避讓事故的行為，而在現(xiàn)場(chǎng)痕跡充足的情況下，PC Crash可較為準(zhǔn)確地再現(xiàn)碰撞前瞬間摩托車的行駛狀態(tài)，這在一定程度上為摩托車事故中的責(zé)任劃分提供了依據(jù)。

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