基于PC-Crash軟件的人-車碰撞道路交通事故重建

（昆明醫(yī)科大學(xué)法醫(yī)學(xué)院，云南 昆明 650500）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過PC-Crash軟件仿真進(jìn)行交通事故虛擬重建精度越來越高[1-3]。PC-Crash軟件具有建模簡單、計算時間短以及模擬過程界面直觀逼真、分析結(jié)果易提取等特點，相比基于假人模型[4]研究大大節(jié)約了成本，且更加迅速。

本研究基于行車記錄儀下的人-車碰撞道路交通事故案例，應(yīng)用PC-Crash軟件建立人-車碰撞模型，對人-車碰撞道路交通事故進(jìn)行重建，仿真車輛與行人碰撞過程，通過行人拋距及車輛停止最終位置的比對，確定車輛與行人的碰撞車速及分析碰撞后行人的損傷機(jī)制，同時在仿真實驗過程中，進(jìn)一步研究車速與拋距之間的規(guī)律，探討基于PC-Crash軟件的人-車碰撞道路交通事故重建在法醫(yī)學(xué)鑒定中的應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 案件資料

某年1月3日10：23許，在某高速公路，駕駛員駕駛奧迪轎車由西向東行駛，遇行人由南向北橫穿公路，車頭右前部與行人發(fā)生碰撞后緊急制動，致行人當(dāng)場死亡。

據(jù)調(diào)查，事發(fā)路段是瀝青路面，平坦干燥，當(dāng)日天氣晴朗。行人為男性，30歲，身高165 cm，體質(zhì)量60kg；司機(jī)35歲，體質(zhì)量72kg。事故發(fā)生后，行人最終位置距離標(biāo)志物（路燈）約31.9 m，拋距約28 m，現(xiàn)場車輛剎車痕跡難以辨認(rèn)。轎車前保險杠右側(cè)凹陷變形，可見血樣及纖維樣物質(zhì)附著。

根據(jù)事故現(xiàn)場尾隨車輛行車記錄儀的記錄圖像并結(jié)合現(xiàn)場痕跡，經(jīng)專家計算出肇事車輛的行駛速度為58km/h。

尸體檢驗見行人顱骨及肋骨多發(fā)骨折，左側(cè)股骨骨折，左側(cè)脛骨骨折，全身多處皮膚擦挫傷，胸腔穿刺抽出不凝血樣物質(zhì)。綜合分析認(rèn)為，死者符合道路交通事故致頭、胸部損傷死亡。

1.2 研究方法

1.2.1 事故現(xiàn)場重建

根據(jù)事故現(xiàn)場勘驗，應(yīng)用PC-Crash軟件構(gòu)建事故現(xiàn)場二維示意圖（圖1）。

圖1 現(xiàn)場勘驗示意圖

1.2.2 人、車模型的建立

根據(jù)事故現(xiàn)場信息，篩選PC-Crash軟件所需的信息數(shù)據(jù)。查看路面特征信息，根據(jù)計算機(jī)仿真道路交通事故的道路摩擦系數(shù)參考值[5]，設(shè)置道路摩擦系數(shù)為0.8。在PC-Crash軟件中調(diào)入一輛奧迪轎車，對車輛輪胎、車身尺寸、車輛質(zhì)量及路面摩擦因數(shù)等信息進(jìn)行修正，建立本案例車輛模型。然后調(diào)入已有的人體模型框架，調(diào)整行人身高、體質(zhì)量、年齡等參數(shù)，并對人體模型進(jìn)行修正，建立適用于本案例的人體模型。

1.2.3 人-車碰撞位置及行人接觸部位

通過對現(xiàn)場剎車痕跡及行人散落物位置的分析，確定散落物位置為事故碰撞點。尸體檢驗見行人左小腿中段外側(cè)、左膝外側(cè)、左大腿中段外側(cè)皮膚擦挫傷，結(jié)合轎車右前保險杠凹陷變形以及血樣和纖維樣物質(zhì)附著，綜合分析認(rèn)為行人接觸部位為左下肢。在人體模型設(shè)置中進(jìn)行選擇修正，以保證人、車初始接觸部位與實際情況盡可能一致（圖2）。

圖2 人-車碰撞模擬圖

1.2.4 事故重建

不斷調(diào)整車輛行駛速度，仿真重現(xiàn)車輛與行人碰撞過程，通過行人拋距及車輛停止最終位置，獲得與實際情況最為吻合的仿真再現(xiàn)結(jié)果。同時在其他參數(shù)保持不變的情況下，通過不同車速的仿真實驗，研究車速與拋距之間的關(guān)系。

1.2.5 行人損傷評價方法

重建后得到行人損傷生物力學(xué)數(shù)值，與歐洲實驗汽車委員會（European Experimental Vehicles Committee，EEVC）中規(guī)定的人體傷害指標(biāo)及其耐受值［脛骨最大側(cè)向加速度≤150 g，大腿骨最大瞬時受力≤4 kN，頭部傷害指數(shù)（head injury criterion，HIC）值≤1 000］[6-7]，以及美國聯(lián)邦機(jī)動車安全標(biāo)準(zhǔn)（Federal Motor Vehicle Safety Standards，F(xiàn)MVSS） 208法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)（3ms內(nèi)胸部合成加速度60g作為安全界限值）[8-10]相比較，評價人體損傷部位及程度。

2 結(jié) 果

通過事故重建發(fā)現(xiàn)：事故車速低于50km/h時，行人著地點位于車輛前方；事故車速高于50km/h時，行人于碰撞后向車頂翻轉(zhuǎn)，著地點位于車后方。本研究選取車輛碰撞速度為60km/h時，行人與路燈的距離為36.5 m，行人與路燈的距離為34.3 m，行人拋距為30.1 m，實驗結(jié)果與事故實際情況基本吻合（圖3）。隨著車輛行駛速度不斷提高，行人的拋距不斷增加（圖4）。

圖3 車速為60km/h時的人車運動軌跡

圖4 車速與行人拋距的關(guān)系

本實驗中，在0.080s時，行人頭部加速度值最大，為1655.70m/s2，頭部HIC值超過1000；在0.055～0.060s時，行人胸部加速度從597.63m/s2升至峰值675.52m/s2；在0.020～0.030 s時，脛骨加速度從759.26 m/s2升至1367.06m/s2，達(dá)到第一個高峰，在1.225s時脛骨加速度峰值達(dá)到1 718.19 m/s2；在0.040 s時大腿瞬時最大受力為34200.68N。

3 討 論

目前國內(nèi)外學(xué)者研究人-車碰撞道路交通事故的重建再現(xiàn)多采用實驗和仿真的方法，包括數(shù)學(xué)模型仿真法、子系統(tǒng)模型試驗、尸體試驗、假人試驗和計算機(jī)仿真等[11-12]。但上述方法對實驗條件要求高，計算要求嚴(yán)，費時耗力，實用性低，受到道德、宗教、數(shù)量以及高昂的使用費用等各方面的限制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有學(xué)者研究表明，應(yīng)用PC-Crash軟件對人-車道路交通事故進(jìn)行重建，對車速的認(rèn)定具有應(yīng)用條件寬松、適用范圍廣、精確度高、適用性良好等特點，且該方法能夠全面獲取行人在整個碰撞過程中的運動學(xué)和力學(xué)數(shù)據(jù)，有利于研究不同碰撞情況下行人的運動學(xué)響應(yīng)。STEFFAN等[13-16]通過PC-Crash軟件聯(lián)合MADYMO重建道路交通事故，實現(xiàn)行人運動過程的仿真，并用真實案例進(jìn)行驗證，證明了PC-Crash軟件對于事故還原的可靠性和有效性。李丹[11]應(yīng)用PCCrash軟件對兩起人-車碰撞交通事故進(jìn)行仿真，驗證模型的有效性，深入研究了不同車速下的行人損傷機(jī)理，為行人保護(hù)和汽車改造方面提供了參考依據(jù)。王宏雁等[17]通過真實案例仿真，將PC-Crash軟件得到的行人頭、胸部的合成加速度曲線和腿部的受力曲線與實際行人損傷進(jìn)行比對，驗證了行人多剛體模型可應(yīng)用于行人傷害的分析。林慶峰等[18]模擬高速行駛的汽車不剎車撞擊行人的過程，并對不同撞擊速度下行人的第一落地點和最終位置之間的變化規(guī)律進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)轎車在高速撞擊行人后未采取制動措施的條件下，行人拋距隨撞擊速度的增加而明顯增加。但上述研究多應(yīng)用于車輛安全、行人保護(hù)等方面。

本研究應(yīng)用PC-Crash軟件對一個典型的交通事故進(jìn)行重建。研究發(fā)現(xiàn)，隨著車輛行駛速度的不斷提高，行人拋距不斷增加。車速低于50km/h時，拋距隨車速呈線性關(guān)系增加。車速在50～70km/h時，拋距迅速減小，并保持平緩增加，這可能和行人與車輛碰撞后，行人在車輛頂部翻滾并與車輛頂部摩擦有關(guān)。當(dāng)車速超過70km/h后，行人與車頂沒有接觸摩擦，故拋距明顯增加。當(dāng)車速為60km/h時，事故重建中行人與車輛的間距與案例情況最為吻合，能夠仿真實際道路交通事故中行人拋距、車輛行駛距離以及人、車接觸位置，與實際案例中行車記錄儀記錄的車速（58km/h）基本一致，驗證了PC-Crash軟件能在現(xiàn)場有限的條件下最大程度還原交通事故現(xiàn)場，確定事故車速，對于快速判斷交通事故的車速具有實用性。本例中行人頭部HIC值、腿部瞬時受力和脛骨的加速度均高于EEVC確立的人體損傷最大耐受值，且胸部3ms合成加速度也高于安全界限值60g，這與檢見的尸體損傷情況基本一致，證實了本案中行人死于頭、胸部損傷，進(jìn)一步驗證和闡明了本案中的人體損傷部位、程度和成傷機(jī)制。

本研究表明，應(yīng)用PC-Crash軟件對人-車道路交通事故進(jìn)行重建，能在現(xiàn)場條件有限的情況下，最大程度地還原交通事故現(xiàn)場，與制動印跡法[19]、行人拋距法[20]、基于視頻圖像的事故再現(xiàn)法[21]等相比較，對車速的認(rèn)定具有應(yīng)用條件寬松、適用范圍廣、精確度高、適用性良好等特點，且該方法能夠全面獲取行人在整個碰撞過程中的運動學(xué)和力學(xué)數(shù)據(jù)，有利于研究不同碰撞情況下行人的運動學(xué)響應(yīng)，有助于闡明致命傷的部位、程度和成傷機(jī)制。綜上，應(yīng)用PC-Crash軟件重建人-車道路交通事故在道路交通事故的法醫(yī)學(xué)鑒定中具有一定的實用價值。