基于PC-Crash的交通事故現(xiàn)場處置車輛防御性停放實驗

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）

0 引 言

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。

1 PC-Crash仿真軟件簡介

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。

2 仿真實驗設(shè)計

2.1 仿真實驗的目的

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

2.2 仿真參數(shù)

（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）。

2.3 仿真步驟

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。

3 仿真結(jié)果及分析

3.1 仿真結(jié)果

（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。

3.2 仿真結(jié)果比較分析

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。

4 結(jié) 語

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。