車車事故再現方法研究

張芳，周華，唐燦，劉娜（西華大學汽車與交通學院，四川 成都 610039）

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車車事故再現方法研究

張芳，周華*，唐燦，劉娜
（西華大學汽車與交通學院，四川 成都 610039）

為研究車車碰撞過程中，事故各參數對再現車速的影響，根據國家車輛事故深度調查體系（NAIS）中的一個真實案例，利用基于能量模型的定值分析法及不確定度分析法進行數據計算分析，在此基礎上利用 Pc-Crash仿真軟件進行事故再現。以車輛實際損壞信息、最終相對位置等信息為評價標準，比較定值分析法及不確定度分析法，并分析事故參數不確定因子對車速影響。

車車碰撞；事故再現；不確定度分析

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.090

CLC NO.: U467Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-261-04

引言

我國車車道路交通事故形態一般包括：正面碰撞、側面碰撞、追尾碰撞、同向刮擦、對向刮擦、其他角度碰撞、碰撞靜止車輛、其它等8種。據道路交通事故2013年度統計年報顯示，我國年度車車道路交通事故總數為127345起，其中車輛正面相撞占總數的10.4%，涉及傷亡人數3.3萬余人，人員財產損傷嚴重，因此車車碰撞事故的分析與再現是事故鑒定中的重點研究問題。文獻[1]中采用能量模型對碰撞車速進行不確定理論分析，其中事故車輛碰撞前制動距離及碰撞后滑行距離為定值；文獻[2]中分析了車輛與二輪自行車碰撞事故中車速多值計算問題，建議采用不同方法進行多級綜合評定。

近年來，車輛保有量的不斷增加，且行車安全意識不足，導致車車事故的比重也不斷增大，但隨著社會發展及法規完善，人們對車速評估及責任認定的關注和要求也不斷提升。因此，本文將根據車車正碰的國家車輛事故深度調查案例，通過不確定度分析法深入分析各不確定因子對車速的影響，并通過Pc-Crash仿真來檢驗數據分析結果，旨在為事故認定和事故善后處理提供參考依據。

1、深度調查事故案例

該事故數據來源于國家車輛事故深度調查體系，主要用于驗證這些模型的可行性及求解結果分析。

某一車車正面碰撞事故：甲車沿老成彭路由成都往新繁方向行駛，乙車沿老成彭路由新繁往成都方向行駛。由于甲車駕駛員操作判斷失誤，逾越至乙車所在車道，造成逆向行駛，導致兩車正面全寬區域發生正面碰撞。碰撞后，兩車各滑行一段距離，并最終停止在行駛車道內。事故導致兩車前部明顯損壞，兩車正面安全氣囊均正常點爆，駕駛員無傷亡。事故現場圖如圖1所示。

根據事故現場圖、事故現場照片及車檢細節信息可以獲得相關參數的對應取值，具體取值情況如表1所示。

表1　事故車輛相關參數

2、車速分析

2.1能量法車速計算模型

車車碰撞過程一般可分為碰撞前、碰撞及碰撞后三個階段，故車輛本身具有能量的損耗也分別存在于這三個階段。通常在進行車車碰撞分析時，考慮到由于正面碰撞的兩車之間相對速度較大，車輛變形多數為塑性變形，而彈性變形較小，可忽略不計，故簡化為在該正面碰撞過程中沒有彈性恢復階段，車輛產生的變形全部為塑性變形。

車輛碰撞前為事故車輛駕駛員發現危險到事故發生時的過程，該階段的車輛行駛狀態主要取決于駕駛員的措施。駕駛員進行緊急制動時，事故現場會留下制動拖印。根據牛頓第二定律及能量守恒定律，可據此制動拖印獲得相對應的等效速度，有

其中：t為制動器反應協調時間s，取0.2s；μ為車輛滑移時的附著系數；L1為車輛碰撞前的制動印跡m

正面碰撞時，車輛前部潰縮變形，根據轎車的正面碰撞實驗，車體塑性變形量x與有效碰撞速度的關系由方程表示為：

其中：φ為等效車速與車輛塑形變形間的比例常數，一般由經驗公式得出。

兩車正面碰撞時，塑性變形量與有效碰撞速度之間存在線性關系，即：

碰撞結束后，車輛仍具有部分剩余能量，會繼續做相應運動，一般為滑行運動，則該階段能量損耗所對應的等效速度[3]。

其中，L2為車輛碰撞后的滑移距離m

則事故發生前，車輛的行駛速度為：

2.2車輛估算車速的不確定度分析

早在1927年，德國物理學家海森堡就最先提出“不確定度”概念[4]。具體來說，不確定度是定量地表示了隨機誤差和未定系統誤差的綜合分布范圍，它可以近似地理解為一定置信概率下的誤差限值。

在實際的交通事故中，事故現場勘測數據及車損信息總是包含很多不確定性因素，合理分析這些不確定性因素對交通事故的再現結果有重要的現實意義。不確定度評定的一般流程如圖2所示[5]。

文獻[1]中，針對一起小客車追尾大貨車事故以能量算法模型為基礎進行了不確定度分析。該事故中，碰撞前小客車的制動距離以及碰撞后兩車滑行距離為準確定值，而實際生活中，由于現場情況及人為客觀原因等，車輛的制動距離都為一估計值。一方面，本文引入制動距離不確定因子，進行不確定度分析；另一方面，針對速度分量、碰撞車速均進行不確定度分析。

1）碰撞前：將事故車輛制動距離、地面附著系數設為不確定因子。

2）碰撞時：將事故車輛前部塑性變形尺寸設為不確定因子。

3）碰撞后：將事故車輛滑移距離、地面附著系數設為不確定因子。

2.2.1制動距離、滑行距離為定值

兩車的制動距離、滑行距離分別取值為：甲車，L1=7.3、L2=0.14；乙車，L1=5.9、L2=0.42。不確定度分析結果如表2所示。

表2　不確定度分析結果

（*為比較不同取值的計算結果，甲車相關距離取最大值，乙車相關距離取最小值）

碰撞前車速分別為：

我們可以看到譯文2將譯文1中表達事物過程的功能成分隱喻為由該動詞派生而來的形容詞，這是韓禮德十三種概念隱喻類型的第五種。具體的過程被隱喻化為性質，從而使內在的邏輯關系體現得更為明確、表達更加嚴謹。同時，與譯文2對比，譯文1對于專業名詞的處理也不是特別正確，因此，在平時的學習中專業學習者一定要積累相關的英文表達，查詢專業的詞典，切忌胡亂翻譯。

2.2.2制動距離、滑行距離為不確定因子

制動距離、滑行距離均作為不確定因子，不確定度分析結果如表3所示。

表3　不確定度分析結果

碰撞前車速分別為：

2.3事故再現——PC-Crash仿真分析法

20世紀以來，計算機仿真技術快速發展，同時由于真實試驗的高成本、不可重復性等客觀原因，其普及性和可行性不高，因此計算機仿真軟件被大量的用于交通事故通還原。目前常用的碰撞類研究軟件主要有MADYMO、LS-DYNA、Pc-Crash以及前處理網格劃分軟件HYPERMESH等，其中Pc-Crash軟件是一款典型的進行交通事故模擬及還原交通事故的仿真系統軟件[6]，其界面如圖2-14所示。Pc-Crash主要通過反推法進行碰撞模擬，主要依據為事故現場所采集的相關數據信息，如車輛初始位置信息、車輛最終停止位置信息、車輛痕跡信息等，并對其進行分析還原。目前Pc-Crash在奧地利、德國、日本、新加坡等國家已成為事故再現方面較重要的分析軟件，也是以上各國交通部門進行交通事故分析時必備的軟件之一[7]。

基于PC-Crash軟件建立事故碰撞模型，分別設置車輪與地面的摩擦因數為0.75、0.85。在事故再現模擬之前，對碰撞車速進行科學預估、碰撞位置進行合理分析，可以提高事故仿真效率和精度。通過上述數據分析，可以得出車輛碰撞速度，預估：V甲車≈47.48～52.45km/h、V乙車≈44.49～50.59km/h，通過調整相關因子得出：

當μ=0.75、V甲車=48.3km/h、V乙車=46km/h；

當μ=0.85、V甲車=51km/h、V乙車=48.5km/h；

上述情況下車輛最終相對位置、車輛損壞情況與現場數據基本吻合。

3、分析結果比較分析

分別通過定制分析法、不確定度分析法、PC-Crash仿真分析法對上述深度案例進行數據分析及仿真再現分析，各車速計算及取值區間結果如表4、表5所示。

表4　車速計算結果

表5　車速區間優化比較

通過上述分析：

1、由表2、表3顯示：當制動距離取定值即采用定值分析法時，碰撞過程第一階段所占比重變大，大約為不確定度分析法的4倍；第三階段相反，所占比重變小，約為不確定度分析法的 1/3；相對于不確定度分析法，展伸不確定度也有所增大。分析認為，由于制動距離取定值，導致變化半徑變大即標準不確定度變大，在不確定傳播系數基本不變的情況下，標準不確定度分量變大，最終使展伸不確定度分量也變大

2、整個碰撞過程中，碰撞第二階段對車速基準量、展伸不確定度的影響最大；第二、第三階段產生的影響較小。與實際過程中，兩車在碰撞接觸過程中能量損耗最大一致，且由于碰撞前制動時間短、碰撞后汽車滑行距離短而消耗的能量小一致。

3、上述三種方法都可以得到車輛事故車速的合理取值范圍，當制動距離取定值時，其展伸不確定度偏大，以定值分析法為比較基準，運用不確定度分析法，甲乙兩車取值范圍分別縮小9.8%、4.8%，運用PC-Crash仿真分析法，甲乙兩車取值范圍分別縮小45.9%、53.5%。其中當制動距離取值最小（或偏向最小值時），運用定值分析法獲得的取值區間的最大值更接近于PC-Crash仿真分析法的優化值（如甲車），其中當制動距離取值最大（或偏向最大值時），運用定值分析法獲得的值區間的最小值更接近于PC-Crash仿真分析法的優化值（如乙車）。

4、結論

（1）論文中用三種車速再現方法對一起深度調查案例進行事故再現。這三種方法都可以估算出合理的車速范圍，對車車事故的事故重建是可行的，針對事故分析的不同訴求選擇快速有效的分析方法。

（2）通過定值分析法和不確定度分析法的比較，針對不同的事故過程應有效的選擇數據分析方法，以免使得事故分析結果偏差過大。

（3）Pc-Crash仿真再現需要輸入大量的仿真參數，事故建模和計算耗費的時間長，但是仿真精度高，能較好地還原事故過程。通過不確定分析法分析過程可以更好的了解碰撞三個階段的能量消耗，有助于事故再現的參數調整和理解，快速取得合理的仿真結果。

（4）本文只針對一起車車正面碰撞事故進行了分析，其他類型碰撞事故未考慮，需后續深入研究，驗證是否也具有上述影響規律。

[1]袁泉，李一兵.車輛交通事故再現能量方法的不確定評定[J].中國公路學報，2002，23:230—232.

[2]許洪國，高蔚，蘇鍵，等.汽車交通事故碰撞速度多值問題的研究[J].中國公路學報，1996，9(1)；87—93.

[3]劉智敏.不確定度及其實踐[M].北京：中國標準出版社，2000.

[4]國家質量技術監督局計量司.測量不確定度評定與表示指南[M].北京：中國計量出版社，2000.

[5]Kiefer,Aaron.A Comparison Study Between Pc-Crash Simulation and Instrumented Handling Maneuvers[J].SAE Paper.2011：2-3.

[6]Hourdos J,Garq V.Accident Prevention Based on Automatic Detection of Accident Prone Traffic Conditions[J].SAE Paper.2009：1-6.

[7]鄒鐵方，劉雨，劉平凡，等.汽車—摩托車碰撞事故車速及碰撞位置預估方法[J]。中國安全科學學報，2015,25（1）:105-110.

Car accident reappearance method research

Zhang Fang,Zhou Hua*,Tang Can,Liu Na
(Cars and traffic institute of xihua university,Sichuan Chengdu 610039)

For the study of car collision process,the influence of parameter to represent the speed of accident,according to a real traffic accident case in the national vehicle accident in-depth survey system (NAIS),to make data analysis based on the energy model of fixed value analysis and uncertainty analysis,then to make the accident reconstruction using the simulation software PC-Crash.In actual damage information of the vehicle and finally the relative position as evaluation standard,to compare fixed value analysis with uncertainty analysis,and to analyze the uncertain parameter factors influence on the speed of the car in accident.

car-to-car accident; reconstruction of accident; uncertainty analysis

U467

A

1671-7988（2016）08-261-04

張芳（1988—），女，碩士研究生，就讀于西華大學，研究方向為汽車安全工程及道路交通事故分析。

簡介：周華（1968—），男，副研究員，就職于西華大學，研究方向為道路交通事故機動車技術鑒定和代用燃料汽車技術。

西華大學研究生創新基金（ycjj2015152）資助。