龔鵬飛
(1.南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院,南京211106;2.江蘇警官學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心,南京210031)
道路交通事故現(xiàn)場的安全防護不當(dāng)易引發(fā)二次事故,對事故處置現(xiàn)場的交通警察和相關(guān)人員的生命、財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為進一步保護道路交通事故現(xiàn)場,避免過往車輛誤入交通事故處置現(xiàn)場造成二次事故,參與交通事故現(xiàn)場處置的車輛應(yīng)在現(xiàn)場上游來車方向防御性停放。這種防御性停放一方面能夠最大限度地保護現(xiàn)場的交通警察和其他工作人員的人身安全;另一方面也盡量減少對經(jīng)過附近的車輛的影響,保障其行車安全。消防部門提出了消防車的防御性停放方法,即消防車在事故現(xiàn)場的停放位置都是與道路的前進方向成大約30°的夾角,這種停放方式被稱之為防御性停放[1-2]。在這種防御性停放方式下,如有過往車輛誤闖入,可以通過防御車輛的偏轉(zhuǎn)消耗掉部分沖擊力,避免停放在事故現(xiàn)場外圍的車輛被闖入事故處置現(xiàn)場,確保事故處置現(xiàn)場人員的人身安全。對于這類二維非完全彈性碰撞問題,理論分析還沒有令人滿意的方法[3-6],需要經(jīng)過仿真分析等方法進行進一步的驗證。
本文基于PC-Crash軟件,通過對誤闖入車輛與防御車輛的碰撞實驗,來驗證不同種類的車輛在各種停放方式下的防御效果,在此基礎(chǔ)上提出交通事故現(xiàn)場處置車輛的防御性停放方法。
PC-Crash仿真軟件是用于模擬交通事故發(fā)生前、發(fā)生過程和發(fā)生后各參與交通事故的車輛的運動軌跡的仿真軟件,能夠?qū)Ω鞣N機動車碰撞和其他類型的交通事故進行精確分析[7]。該軟件包由PC-Crash和PCRect兩部分構(gòu)成,其中PC-Crash 為事故再現(xiàn)分析系統(tǒng),其中包含有軌跡、拖車、多剛體模型及碰撞模型等,可實現(xiàn)對常見事故形態(tài)的模擬分析[8],截至目前的最新版本是PC-Crash 12.0;PC-Rect 可將現(xiàn)場拍攝所得圖片轉(zhuǎn)換成再現(xiàn)分析系統(tǒng)所需的DXF文件,最新的漢化版本是PC-Rect4.2。PC-Crash以運動學(xué)和動力學(xué)原理為基礎(chǔ)建立多組物理和數(shù)學(xué)模型,反映事故過程中諸元素相對運動及相互作用狀態(tài)和內(nèi)在聯(lián)系,具有建模方便、仿真結(jié)果可靠等優(yōu)點[9]。近年來,PC-Crash在我國的相關(guān)教學(xué)、科研和公安交通管理實踐中應(yīng)用非常廣泛。周華等[10]針對“汽車事故工程”課程設(shè)計了基于PC-Crash的車事故再現(xiàn)實驗用于汽車事故教學(xué);楊建軍等[11]設(shè)計了基于PC-Crash 的人車碰撞事故仿真實驗用于本科實驗教學(xué)。鄒鐵方等[8-9]基于PC-Crash仿真實現(xiàn)車-人事故再現(xiàn)、車輛側(cè)滑事故再現(xiàn);黃家城等[12]研究了基于PC-Crash 的事故數(shù)字化再現(xiàn)方法;彭婭楠[13]利用PC-Crash 軟件對汽車二維碰撞事故進行仿真并推算汽車碰撞前的速度;何烈云[14]將PC-Crash用于直接線性變換法測算車速的誤差修正;張詩波等[15]利用PC-Crash 提出了一種具有動力學(xué)響應(yīng)輸出的公路避險車道事故三維仿真方法;王宏雁等[16]分析了PC-Crash 仿真時各參數(shù)對仿真結(jié)果的影響程度。
PC-Crash對交通事故的仿真,有正向法和逆向法兩大類。逆向法即根據(jù)交通事故現(xiàn)場調(diào)查所得的交通事故當(dāng)事各方的各種信息,反推交通事故發(fā)生前瞬間各方的位置和運動狀態(tài),即所謂的事故再現(xiàn),公安機關(guān)交通管理部門根據(jù)交通事故現(xiàn)場調(diào)查所得的資料,利用PC-Crash將事故涉案車輛由碰撞后的終止位置反推回碰撞前的運行狀態(tài)來分析交通事故的成因,然后根據(jù)相關(guān)法律規(guī)范認(rèn)定當(dāng)事人的責(zé)任并制作交通事故認(rèn)定書。正向法是從交通事故各參與方在事故前的運動狀態(tài),推演至交通事故發(fā)生前瞬間各參與方的運動特征,并最終推算出交通事故參與方最終位置等特征信息[11]。本文提出的交通事故現(xiàn)場處置車輛的防御性停放實驗是一種正向法,即先假定交通事故發(fā)生前誤闖入車輛和防御性車輛的位置和運動狀態(tài),推算出誤闖入車輛和防御性車輛碰撞后的最終位置等特征信息。
如圖1 所示,交通事故現(xiàn)場處置車輛即防御1#車輛,誤闖入的為2#車輛。以誤闖入車輛與防御車輛碰撞時的接觸點作為平面直角系的坐標(biāo)原點,本實驗的目的是通過PC-Crash 仿真來驗證不同類型的防御車輛在不同的停放角度(與道路前進方向的夾角θ)下被誤闖入車輛撞擊后沿x 軸方向前進的距離(本文稱為有效防御距離)來評價防御效果。有效防御距離以x坐標(biāo)值表示,x值越小,表示防御效果越好,反之,防御效果越差。本仿真采用的軟件是PC-Crash 12.0 中文版。
圖1 PC-Crash仿真實驗設(shè)計示意圖
(1)防御車輛。處理道路交通事故的車輛,通常有警車和清障車(拖車),根據(jù)人員傷亡、火災(zāi)、道路及基礎(chǔ)設(shè)施損壞等情形還可能有救護車、消防車、工程救險車等。其中,救護車因為其“救死扶傷”的特性,顯然不宜作防御車輛,剩下的警車、清障車、消防車及工程救險車中,警車多為小轎車,清障車、消防車和工程救險車多為大型車輛。為表述方便,本文把防御車輛分為2 類:一類是小型車輛(警車)、另一類是大型車輛(消防車、工程救險車或者清障車)。小型車輛從PC-Crash的車輛數(shù)據(jù)庫中選取VW-Jetta 2,車質(zhì)量設(shè)為1 500 kg、重心高度設(shè)為0.5 m,摩擦系數(shù)取0.5,其他參數(shù)見圖2。大型車輛從PC-Crash的車輛數(shù)據(jù)庫中選取VW-LT 35D,車重設(shè)為15 t、重心高度設(shè)為0.7 m,摩擦系數(shù)取0.5,其他參數(shù)見圖3。
圖2 小型防御車輛參數(shù)設(shè)置示意圖
圖3 大型防御車輛參數(shù)設(shè)置示意圖
(2)誤闖入車輛。對于誤闖入車輛,本文考慮比較危險的誤闖入情況,假設(shè)一輛總質(zhì)量15 t的大型車輛闖入,誤闖入車輛的其他參數(shù)的設(shè)置同大型防御車輛(見圖3)。
根據(jù)《中華人民共和國道路交通安全法實施條例》的規(guī)定,在沒有道路中心線的城市道路,車輛的限速為不超過30 km/h;同方向只有1 條機動車道的城市道路,車輛的限速為不超過50 km/h;城市快速路的限速通常不超過80 km/h。因此本仿真假定誤闖入車輛的車速分為30、50、80 km/h 3 種情況;防御車輛分為小型車輛和大型車輛兩類;防御車輛的停放角度θ(見圖1)從0° ~90°,間隔5°作為仿真步長;共計3 ×2×19 =114 種情況。
(1)以小型車輛作為防御車輛,誤闖入車輛的車速分為30、50、80 km/h時防御車輛的停放角度θ與防御車輛在被撞擊后最終停止位置在x 軸的坐標(biāo)如圖4所示。
圖4 小型防御車輛在不同的停放角度θ下被不同車速車輛撞擊后最終停止位置
(2)以大型車輛作為防御車輛,誤闖入車輛的車速分為30、50、80 km/h時防御車輛的停放角度θ與防御車輛在被撞擊后最終停止位置在x 軸的坐標(biāo)如圖5所示。
根據(jù)仿真結(jié)果,誤闖入車輛以不同的車速撞擊小型防御車輛及大型防御車輛時,有效防御距離的最大值xmax、最小值xmin及對應(yīng)停放角度θ之間的關(guān)系見表1、2。
圖5 大型防御車輛在不同的停放角度θ下被不同車速車輛撞擊后最終停止位置
表1 小型車輛的防御效果對比表
表2 大型車輛的防御效果對比表
從仿真結(jié)果可以看出,采用小型車輛作為防御車輛時,當(dāng)誤闖入的大型車輛的速度是30 km/h時,最佳的防御角度θ =40°;當(dāng)誤闖入的大型車輛的速度是50 km/h時,最佳的防御角度θ =30°;當(dāng)誤闖入的大型車輛的速度是80 km/h時,最佳的防御角度θ =10°。采用大型車輛作為防御車輛時,當(dāng)誤闖入的大型車輛的速度是30 km/h 時,最佳的防御角度θ =35°;當(dāng)誤闖入的大型車輛的速度是50 km/h 時,最佳的防御角度θ =30°;當(dāng)誤闖入的大型車輛的速度是80 km/h時,最佳的防御角度θ =20°。因此,無論是采用小型車輛或是大型車輛作為防御車輛,當(dāng)防御車輛一定的時候,最佳的防御角度都是隨誤闖入車輛的速度增加而減少的。無論采用哪種車輛作為防御車輛,當(dāng)以中速(50 km/h時)相撞時,最佳的防御角度都接近30°。對比圖4、5 可見,采用大型車輛作為防御車輛的效果明顯優(yōu)于小型車輛作為防御車輛。由表1、2 可見,在誤闖入車輛、防御車輛和撞擊速度都一定的情況下,防御車輛采取合適的停放角度θ能使有效防御距離減少20.2% ~47.4%,說明僅改變防御車輛的停放角度也能有效提高防御效果。
本文采用PC-Crash 12.0 中文版軟件,通過模擬誤闖入交通事故處置現(xiàn)場的車輛與防御車輛的碰撞仿真,來驗證不同種類的車輛在不同的停放方式下的防御效果。仿真結(jié)果表明:大型車輛的防御效果要明顯優(yōu)于小型車輛;當(dāng)防御車輛一定時,最佳的防御角度都是隨誤闖入車輛的速度增加而減少的;當(dāng)誤闖入車輛的速度位于中速(50 km/h)時,防御車輛與道路前進方向的夾角在30°左右時防御效果最佳;在誤闖入車輛、防御車輛和撞擊速度都一定的情況下,防御車輛僅采取合適的停放角度θ 能使有效防御距離減少20.2% ~47.4%。因此,當(dāng)交通事故現(xiàn)場處置車輛中有消防車、工程救險車或者清障車等大型車輛時,要把這些大型車輛停放在處置現(xiàn)場最外圍的位置進行防御。如果只有警車等小型車輛,要根據(jù)道路的設(shè)計車速,提高防御距離(防御車輛停放位置到事故處置現(xiàn)場之間的距離),在沒有道路中心線的城市道路、同方向只有1 條機動車道的城市道路以及城市快速路的防御距離分別不少于5、15 和35 m。防御車輛應(yīng)與道路前進方向成30°左右夾角,在設(shè)計車速較高的城市快速路上時,可以適當(dāng)減少夾角。