基于PC-Crash 的二維碰撞事故車(chē)輛速度 分析研究＊

彭婭楠

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

引言

交通事故的發(fā)生往往是突發(fā)的、瞬時(shí)的，且事故形態(tài)具有多樣性、復(fù)雜性，而傳統(tǒng)的計(jì)算方法不僅計(jì)算過(guò)程比較繁瑣，同時(shí)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有一定的偏差?；赑C-Crash的二維碰撞事故車(chē)輛速度分析，不僅可以通過(guò)軟件模擬重現(xiàn)交通事故發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)，深入形象的了解汽車(chē)碰撞的全過(guò)程，同時(shí)通過(guò)軟件對(duì)車(chē)輛運(yùn)行軌跡進(jìn)行優(yōu)化，使模擬的碰撞過(guò)程更加接近實(shí)際情況，而且車(chē)輛速度也是由軟件中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出，計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確[1]。

1 碰撞汽車(chē)模型參數(shù)確立

PC-Crash軟件汽車(chē)模型數(shù)據(jù)庫(kù)里有五種類(lèi)型：DSD2006、KBA2006、Vvskocil、ADAC95、DSDJapan2000[2]。首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中找出與實(shí)際碰撞相符合的車(chē)型。

其次，確定汽車(chē)碰撞的初始位置。交通事故發(fā)生后，汽車(chē)碰撞的初始位置對(duì)于汽車(chē)模擬來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)?，只有把汽?chē)碰撞的初始位置確定下來(lái)，汽車(chē)碰撞過(guò)程才能進(jìn)行再現(xiàn)，初始位置是否精準(zhǔn)決定了仿真結(jié)果準(zhǔn)確程度。

對(duì)于交通事故再現(xiàn)是否能真正的反應(yīng)出碰撞的真實(shí)過(guò)程，除了上述兩個(gè)因素外，與摩擦系數(shù)、駕駛員的反映時(shí)間、汽車(chē)加速度或減速度、碰撞速度的突變量等因素有關(guān)[3]。根據(jù)碰撞現(xiàn)場(chǎng)的具體情況進(jìn)行分析，確定在危險(xiǎn)狀況即將發(fā)生時(shí)駕駛員是否意識(shí)到危險(xiǎn)，是否在面對(duì)危險(xiǎn)的情況下采取了避險(xiǎn)措施，根據(jù)碰撞現(xiàn)場(chǎng)遺留下來(lái)的軌跡進(jìn)行分析，判斷出駕駛員是否在危機(jī)時(shí)刻轉(zhuǎn)方向盤(pán)，進(jìn)行方向變換。

確定好汽車(chē)的基本參數(shù)后，選擇三維動(dòng)力學(xué)仿真模型或者運(yùn)動(dòng)學(xué)模型模擬仿真汽車(chē)碰撞事故。

2 碰撞汽車(chē)軌跡優(yōu)化

基本參數(shù)確定完成之后，就可以開(kāi)始進(jìn)行汽車(chē)碰撞仿真，仿真結(jié)果與真實(shí)的汽車(chē)碰撞過(guò)程總是存在著無(wú)法避免的誤差，想要仿真結(jié)果更接近于汽車(chē)碰撞的真相，軌跡優(yōu)化是最好的選擇。軌跡優(yōu)化簡(jiǎn)單的理解就是對(duì)碰撞的相關(guān)參數(shù)優(yōu)化，例如汽車(chē)沖擊的速度、碰撞點(diǎn)、碰撞時(shí)所接觸到的面積、汽車(chē)碰撞前后的位置等[4]，最后對(duì)優(yōu)化報(bào)告進(jìn)行分析。

3 汽車(chē)碰撞事故案例分析

3.1 案例描述

2016 年3 月的某天，天氣晴朗，在內(nèi)蒙古赤峰市內(nèi)發(fā)生了一起交通事故，甲車(chē)由北向南直線行駛，乙車(chē)由南向西進(jìn)行左轉(zhuǎn)，由于在行駛過(guò)程中，雙方都沒(méi)有注意到對(duì)方。致使甲車(chē)車(chē)頭左側(cè)保險(xiǎn)杠與乙車(chē)車(chē)頭右側(cè)翼子板及右側(cè)前輪處發(fā)生碰撞；碰撞之后，乙車(chē)由于受到甲車(chē)的撞擊力改變了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。乙車(chē)車(chē)尾右側(cè)翼子板與甲車(chē)車(chē)尾左側(cè)翼子板再次發(fā)生碰撞。碰撞后，乙車(chē)旋轉(zhuǎn)約190°后停止，右前輪由于與地面進(jìn)行摩擦留下印記；甲車(chē)碰撞后也由于力的作用最終停在非機(jī)動(dòng)車(chē)道，甲車(chē)的右前輪胎和都左前輪胎在路面上留下印記。此次交通事故并有沒(méi)造成人員傷亡。汽車(chē)碰撞現(xiàn)場(chǎng)路況良好，瀝青路面。

3.2 事故資料調(diào)查

（1）在一起交通事故中，對(duì)于汽車(chē)的受損情況以及輪胎與地面留下的摩擦痕跡勘察統(tǒng)計(jì)至關(guān)重要，因?yàn)槭軗p情況和摩擦痕跡是事故再現(xiàn)不可或缺的一部分[5]。此次交通事故勘查結(jié)果是以《道路交通事故痕跡物證勘驗(yàn)》（CA41-2014）為標(biāo)準(zhǔn)[6]。對(duì)車(chē)體變形的位置和變形量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為了確定碰撞中心位置。

（2）交通事故的真實(shí)情況和碰撞過(guò)程只有身為經(jīng)歷者的駕駛?cè)俗钋宄?，因此，我們需要?duì)駕駛員進(jìn)行訪問(wèn)，了解事故的真相。但是，對(duì)于駕駛員所描述事故的真?zhèn)芜€需要工作人員進(jìn)行判定。

表1 車(chē)體痕跡統(tǒng)計(jì)結(jié)果

對(duì)駕駛員進(jìn)行訪問(wèn)有助于查明真相，分清事故責(zé)任，使交通事故能夠順利解決，對(duì)于駕駛員的描述，應(yīng)該按照規(guī)定實(shí)事求是的做筆錄，該筆錄可做法律證詞，因此不能作假。但是還是有些人素質(zhì)低，為了逃避法律責(zé)任，對(duì)于交通事故的陳述只講對(duì)自己有利的事實(shí)，甚至更有些人完全扭曲整個(gè)事情。

在這起交通案例中兩位駕駛員都沒(méi)有注意到雙方，致使甲乙兩車(chē)發(fā)生碰撞。兩位駕駛員的陳述已經(jīng)進(jìn)行記錄，陳述的內(nèi)容是為仿真過(guò)程中需要的參數(shù)提供一定幫助。

（3）甲乙兩車(chē)碰撞現(xiàn)場(chǎng)圖

圖1 現(xiàn)場(chǎng)CAD 圖

3.3 相關(guān)參數(shù)的確定

（1）根據(jù)計(jì)算公式可以對(duì)甲車(chē)的速度v10和乙車(chē)的速度v20進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下：

現(xiàn)在的速度是根據(jù)碰撞現(xiàn)場(chǎng)留下的軌跡進(jìn)行計(jì)算的，但是在真實(shí)的碰撞過(guò)程中伴隨著能量轉(zhuǎn)換，所以在計(jì)算車(chē)速時(shí)要把能量轉(zhuǎn)換考慮進(jìn)去。在此次碰撞過(guò)程中假設(shè)甲車(chē)向乙車(chē)的能量轉(zhuǎn)換為8km/h，因此甲乙兩車(chē)的碰撞速度如下：

（2）在事故調(diào)查資料中了解到，甲乙兩車(chē)發(fā)生碰撞之后，乙車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中與路面留下了一條清晰的摩擦印跡；而甲駕駛員在碰到緊急狀況后，采取轉(zhuǎn)向措施避免碰撞，但是兩車(chē)依然發(fā)生了碰撞，并在碰撞沖擊力的作用下在非機(jī)動(dòng)車(chē)道停止。因此，我們可以對(duì)汽車(chē)碰撞的初始位置進(jìn)行確定。在圖1 中汽車(chē)的質(zhì)心位置為：甲車(chē)（-3.75，3.20），車(chē)頭方向?yàn)?15°；乙車(chē)（-1.5，5.60），車(chē)頭方向?yàn)?75°。

（3）根據(jù)表1 車(chē)體痕跡統(tǒng)計(jì)結(jié)果給出的相關(guān)參數(shù)，可以知道甲乙兩車(chē)發(fā)生碰撞后變形最大點(diǎn)的位置，甲乙兩車(chē)在碰撞的瞬間，兩車(chē)接觸的地方會(huì)重疊在一起。碰撞點(diǎn)可以在重疊部位任取一點(diǎn)。本案例的重疊初始值設(shè)為（-3.4，4.8）。

（4）甲乙兩車(chē)在行駛的過(guò)程中除了駕駛員的重量并沒(méi)有載重，而駕駛員自身重量對(duì)于整個(gè)汽車(chē)而言可以忽略不計(jì)，因此甲乙兩車(chē)都可以看作空載質(zhì)量。兩車(chē)的質(zhì)心高度可直接從汽車(chē)本身參數(shù)中采取。經(jīng)過(guò)調(diào)查兩車(chē)質(zhì)心高度均為0.6m，甲車(chē)質(zhì)心到前端距離為1.275m，乙車(chē)為1.38m。

（5）從駕駛員口述的情況來(lái)看，乙車(chē)碰撞前未采用制動(dòng)措施，制動(dòng)減速度為0，碰撞后乙車(chē)發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，損壞的右輪與地面留下了痕跡，其他車(chē)輪未留下痕跡，未制動(dòng)的汽車(chē)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的減速度為3m/s2以下，我們假設(shè)為2.4m/s2。甲車(chē)在碰撞前也未采取制動(dòng)措施，而碰撞后采取了制動(dòng)措施，從輪胎印跡上可以看出，車(chē)輛的制性能并為完全發(fā)揮作用，也就是說(shuō)駕駛員未將制動(dòng)踏板踩到最下端，一般小轎車(chē)在干燥路面上的平均制動(dòng)減速度為5～8m/s2，在這里假設(shè)值為6m/s2。

（6）甲乙兩名駕駛員都是健康正常的狀態(tài)下行駛的，反應(yīng)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)值為0.8～1s，在這里假設(shè)值為0.9s。

（7）一般車(chē)身回彈系數(shù)取0.1～0.3，變形量越大，回彈系數(shù)越小。這次碰撞中造成的變形一般，取值0.2。

（8）從駕駛員陳述中知道，乙駕駛員采取了轉(zhuǎn)向措施，角度不大，在這里假設(shè)為18°，甲車(chē)轉(zhuǎn)向角度較大，在這里假設(shè)為-32°。

3.4 軌跡優(yōu)化

圖2 軌跡優(yōu)化報(bào)告

從汽車(chē)碰撞軌跡優(yōu)化報(bào)告中可以看出來(lái)，甲車(chē)最后優(yōu)化出來(lái)的速度為20km/h，乙車(chē)的最后優(yōu)化出來(lái)的速度為73km/ h。甲車(chē)的車(chē)頭方向?yàn)?14.7°，乙車(chē)的車(chē)頭方向?yàn)?75°。碰撞過(guò)程中的碰撞點(diǎn)為（-3.55，4.93），摩擦系數(shù)為1，回彈系數(shù)為0.2。由此可以看出PC-Crash 軟件能對(duì)交通事故進(jìn)行初步的分析如圖2 所示。

3.5 車(chē)速對(duì)比

根據(jù)碰撞現(xiàn)場(chǎng)的制動(dòng)痕跡的長(zhǎng)度計(jì)算得出：甲車(chē)的速度為20km/h，乙車(chē)的速度為72km/h。與上述汽車(chē)的軌跡優(yōu)化報(bào)告中的速度進(jìn)行對(duì)比，得出甲車(chē)的計(jì)算速度與優(yōu)化速度一樣，而乙車(chē)的計(jì)算速度比優(yōu)化速度小，誤差為1.3%。甲車(chē)的車(chē)頭方向?yàn)?15°，乙車(chē)的車(chē)頭方向?yàn)?75°。與汽車(chē)碰撞的軌跡優(yōu)化報(bào)告對(duì)比得出：甲車(chē)車(chē)頭的測(cè)量方向比優(yōu)化出的方向小，誤差為0.26%，而乙車(chē)車(chē)頭的測(cè)量方向與優(yōu)化的方向完全相同。通過(guò)對(duì)比得出結(jié)論，從整體而言，PC-Crash 軟件對(duì)汽車(chē)碰撞事故的仿真能力大約能夠達(dá)到98%的精確度。因此，可以說(shuō)明PC-Crash 軟件是能夠?qū)煌ㄊ鹿蔬M(jìn)行仿真再現(xiàn)的，且仿真結(jié)果真實(shí)可靠。

4 結(jié)論

隨著汽車(chē)數(shù)量的增多，交通事故的復(fù)雜性和多樣性與傳統(tǒng)事故計(jì)算分析方法的陳舊性和單一性形成嚴(yán)重的不協(xié)調(diào)，急需利用先進(jìn)科學(xué)的軟件對(duì)整個(gè)交通事故進(jìn)行判定。本文基于PC-Crash 軟件對(duì)汽車(chē)二維碰撞事故速度進(jìn)行模擬仿真，根據(jù)力學(xué)知識(shí)對(duì)汽車(chē)碰撞之前的車(chē)速、碰撞前后的位置、摩擦系數(shù)、汽車(chē)質(zhì)心等該軟件進(jìn)行汽車(chē)碰撞所需要的參數(shù)計(jì)算方法展開(kāi)了詳細(xì)的說(shuō)明，最后通過(guò)對(duì)一起典型的汽車(chē)碰撞實(shí)際案例介紹分析，并對(duì)汽車(chē)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用PC-Crash 軟件對(duì)車(chē)輛軌跡進(jìn)行優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果與計(jì)算出的車(chē)速進(jìn)行對(duì)比，最終得出PC-Crash 軟件處理汽車(chē)碰撞事故其結(jié)果具有可靠性。