基于PC Crash的摩托車行人碰撞事故分析重建

童小波，劉盛雄，尹志勇，羅 疆，劉 鑫

(1.重慶理工大學 藥學與生物工程學院， 重慶 400054；2.第三軍醫大學 大坪醫院 交通醫學研究所， 重慶 400042)

在科技的推動下，機動車逐漸融入人們的生活，已成為日常生活不可或缺的一部分。據統計分析[1]，2016年我國機動車保有量達到2.95億輛，其中摩托車8 244萬輛，而且機動車總保有量在2011—2015年以每年5.8%的幅度遞增。機動車保有量的持續增加，在給人們帶來便捷的同時，也帶來了一系列安全及財產隱患，道路交通事故發生率一直居高不下。在2011—2015年[2]，盡管事故發生的絕對數量呈緩慢下降趨勢，但交通事故依舊給人們生命財產安全造成了極大威脅。據國家統計局統計，2015年交通事故發生總數為187 781起，其中有摩托車參與的交通事故為37 608起。一年內，交通事故造成的傷亡人數為25.80萬人(其中總死亡人數為5.80萬人，摩托車參與的事故死亡人數為1.04萬人)，直接財產損失超過十億元。

在缺乏監控錄像的道路交通事故處理中，責任判定的依據主要是現場痕跡、口供、法醫鑒定[3]、車速計算結果[4-5]，最終通過直觀認知以及經驗知識對事故責任進行判定和劃分。這種處理方法雖然能在一定程度上推導出事故發生的總體過程，但難以將事故發生的諸多關鍵細節予以描述與展示，從而導致事故雙方產生糾紛，甚至產生不穩定社會因素。此外，機動車事故中，摩托車事故占比約為20%。相較于汽車而言，摩托車在事故中制動、翻轉、碰撞等鑒定內容是司法鑒定的一個難點[6]，這也就體現了事故仿真軟件在摩托車事故分析中的重要性。隨著科技的發展，交通事故仿真軟件也更多地被用來鑒定事故發生的具體情況，其中PC Crash這款以運動學與動力學為基礎的道路交通事故仿真軟件也越來越多地被大眾所熟知。PC Crash軟件在事故重建過程中，涉及的人車運動軌跡均按照運動學規律形成，基本消除了主觀猜想[7]，有助于交通執法部門確切地判定事故原因并進行責任劃分，可為國家車輛事故深度調查體系(National Automobile Accident In-depth Investigation System，NAIS)的相關研究提供一定的基礎數據[8]。

目前，在國內外鮮有專家學者利用PC Crash軟件對摩托車事故進行相關的研究。本文通過收集1起摩托車與行人碰撞事故中的現場痕跡以及事故雙方傷情，通過PC Crash軟件仿真，最終再現了事故的整個過程。

1 事故分析

交通事故痕跡是在交通事故中各參與者及道路設施在相對運動過程中發生相互接觸所形成的所有相關痕跡的總括，包括車體痕跡、地面痕跡、人體痕跡及其他痕跡[9]。在一場交通事故中，痕跡收集完善與否關乎到事故鑒定的準確性，更有甚者，若資料收集不完全或者有偏差可能導致對事故責任的誤判。因此，在痕跡采集時要保證數據的準確性與完整性。

1.1 事故介紹

2017年8月某日上午，駕駛員甲駕駛普通兩輪摩托車從家趕往工作的地方，途中在一段筆直道路上撞上橫穿馬路的乙，造成甲當場死亡，乙在救治過程中也不幸身亡。事發當日為晴天，現場道路為干燥且無明顯坑洼的瀝青路面。事故發生后，事故現場除事故雙方散落雜物外未發現其他物件。摩托車最終停止位置為行駛方向右側的路肩上，右側倒地，車頭朝著行駛方向；駕駛員甲最終倒地位置為摩托車后方路肩上，其頭盔已經脫落，如圖1所示。行人乙最終位置在右側路肩以外的草地上，事發后送至醫院救治。

圖1 摩托車、駕駛員甲最終位置

1.2 傷情分析

1.2.1 駕駛員甲傷情

尸檢報告顯示：摩托車駕駛員甲面部見片狀擦挫傷，右眉弓見裂創，深及顱骨，雙側鼻腔見血性液體溢出，牙齒折斷，上頜骨骨折，符合顱腦損傷死亡，初步判定事故過程中甲的損傷是由從摩托車上拋跌至地面，其身體與摩托車自身部件及地面接觸所致，未見明顯與其他車輛接觸所致的傷情。

1.2.2 行人乙傷情

行人乙骶骨右側、右恥骨下支、右髖臼、右髂骨后下部分、腰2～5橫突骨折，右脛腓骨遠端粉碎性骨折，右臀后外側現約0.5 cm×1.5 cm的孔狀創口，右膝后外側現長約5 cm的縫合創口。根據摩托車高度及行人損傷部位高度，結合創口周邊未見明顯與地面摩擦導致的條紋狀擦傷，該損傷符合摩托車車頭前方部件撞擊行人身體右側所致的傷情。根據以上情況初步判定，行人在被撞前瞬間是右側朝向摩托車頭。

此外，行人乙右鎖骨及左側第4肋骨骨折，右頂枕現高密度影，右枕部現低密度影。根據摩托車高度及行人損傷部位高度可見，該損傷應為行人乙倒地后與路面碰撞及摩擦形成的。

1.3 痕跡分析

1.3.1 事故現場痕跡

事發當天為晴天，路面為干燥的瀝青路面。摩托車、駕駛員甲以及行人乙在路面的劃痕都較為完整，圖2為事發當天的現場路面痕跡照片。

圖2 事故現場摩托車與行人痕跡照片

圖3為此案例的交通事故現場。如圖3所示：摩托車劃痕長度為2 960 cm，由靠近右側車道中間位置延伸到車輛行駛方向的前方右側路肩上。在摩托車痕跡的右后方為行人乙與路面摩擦產生的痕跡，其長度為750 cm，痕跡方向也為右前方，最終停止在路肩外面的草叢里面。根據該事故現場痕跡，結合動量守恒定理，可以初步判斷出摩托車在碰撞前瞬間速度存在向右的分量。此外，在事故現場摩托車最終停靠位置右側的樹上存在新鮮的刮擦痕跡，由此可初步斷定摩托車最終是與樹碰撞后停止滑動。

圖3 交通事故現場

1.3.2 摩托車車身痕跡

摩托車車身痕跡鑒定結果顯示：摩托車質量約為120 kg，高度為0.98 m，長度為1.56 m，寬度為 0.6 m，事故發生后，摩托車車頭部位儀表盤脫落，右后視鏡脫落，前擋泥板破裂，右側手剎起始端斷裂末端存在刮擦痕跡如圖4所示。車身部位前防護板右側存在明顯的倒地刮擦痕跡，駕駛員右側踏板外緣存在刮擦痕跡，后排成員右側踏板外緣存在碰撞刮擦痕跡，如圖5所示。此外，尾部載物架右側面存在碰撞刮擦痕跡，排氣管末端(單排氣管，在車身右邊)外緣存在刮擦痕跡。摩托車左側未發現新鮮痕跡，因此碰撞后摩托車向右側倒地后未發生翻滾現象。

圖4 摩托車車頭部位損壞痕跡

圖5 摩托車車身損壞痕跡

1.3.3 事故現場其他痕跡

摩托車最終停止滑動位置的外側有1棵周長為78 cm的景觀樹，樹干離地30～50 cm有新鮮的刮擦痕跡，結合現場摩托車停止的位置，此痕跡可判定為摩托車碰到樹后留下來的，現場拍攝見圖6、7。因此，在設計仿真過程時應考慮樹對摩托車最終位置的影響。

圖6 現場景觀樹樹身的痕跡1

圖7 現場景觀樹樹身的痕跡2

2 事故重建

2.1 事故現場分析

根據現場測量的數據，事故路段為雙車道，路面總寬度為13.6 m，其中兩邊各1條寬度為1 m的路肩，即每條車道寬度為5.8 m。根據測量結果顯示，該路段基本為水平路面，坡度可忽略不計，且路面為干燥瀝青路面，較為平整，沒有明顯的坑洼或破損情況。此外，在摩托車最終停止滑動位置的外側的景觀樹樹干存在刮擦痕跡，因此在設計仿真過程時應考慮該景觀樹對摩托車最終位置的影響。

2.2 碰撞模型分析

根據在現場收集以及法醫提供的數據，行人乙為女性，年齡為67歲，身高為150 cm，體質量為40 kg左右；駕駛員甲年齡為45歲，身高為170 cm，體質量約為60 kg；摩托車車身高100 cm，質量約為120 kg。在干燥瀝青路面上，摩托車倒地后與地面的摩擦因數為0.55～0.7，行人與地面的摩擦因數為0.6～1.4，實際數值根據現場情況而定[10-11]。

2.3 仿真過程

2.3.1 對碰撞前瞬間摩托車速度大小及方向的計算分析

1) 運用動量守恒定理計算碰撞前車速

根據事故當天對現場的分析，除了摩托車最終停靠位置的景觀樹外，未發現可改變整個事故過程中行人、駕駛員以及摩托車速度方向的障礙物。根據動量守恒定理可得：

mMvM0+mDvD0+mPvP0=mMvM1+mDvD1+mPvP1

(1)

其中：mM、mD、mP分別為駕駛員甲、摩托車以及行人乙的質量；mM0、mD0、mP0分別為駕駛員甲、摩托車以及行人乙碰撞前瞬間的速度；mM1、mD1、mP1分別為駕駛員甲、摩托車以及行人乙碰撞后瞬間的速度。

若定義x為順著公路的方向且指向與摩托車行駛方向一致，y方向與道路延伸方向垂直且指向摩托車行駛方向右側，根據現場鑒定結果，行人乙倒地后留下的痕跡長為L=7.5 m，y向移動距離分量為Ly=3.9 m，行人乙與地面摩擦因數μρ=1.1,根據能量守恒定律：

(2)

(3)

代入數據得到碰撞后瞬間行人速度vp1=45.78 km/h，其方向與道路延伸方向夾角θP=31.3°。

同理，根據現場痕跡顯示，摩托車路面劃痕S=29.6 m，其y方向分量Sy=3.1 m。摩托車與路面摩擦因數μM=0.65，將數據代入式(4)(5)：

(4)

(5)

計算得出摩托車倒地瞬間速度大小為69.91 km/h，其方向與道路延伸方向夾角為6.0°。

若假定：摩托車從碰撞后到到底前速度損失為零，即vM1=vM2；碰撞后瞬間駕駛員甲的速度與摩托車一致；碰撞前瞬間行人乙速度為0，式(1)可變為：

(6)

計算得出vM1=79.23 km/h，其方向與x方向夾角θM0=9.1°。因對條件進行了簡化，實際速度應比該數值略大。

2) 運用能量定理檢驗碰撞前車速

若假定：摩托車從碰撞后到到底前速度損失為0，即vM1=vM2；事故碰撞瞬間能量損失忽略不計；碰撞后瞬間駕駛員甲的速度與摩托車一致；假定碰撞前瞬間行人乙速度為0。根據能量守能定理，可得以下公式：

(7)

計算得出vM1=73.17 km/h，因忽略了2個過程的相對較小的能量損失，計算出速度略微小于運用動量定理計算出的速度，符合實際情況。

2.3.2 仿真模擬與調試過程

本文已進行了對數據的收集工作，此外，對碰撞過程也有初步分析，然而這只是仿真過程的前期工作，要達到仿真結果與事故現場完全擬合，還需要建立與事實相符的仿真模型以及不斷地仿真與調試。以下為此次仿真過程的步驟：

1) 案發現場路面布局：案發現場路面布局相對簡單，雙車道，每條車道寬5.8 m，外側各有1 m寬路肩，無坡度，路面參數設置如圖8所示。此外，在事發現場的遠端路面外側有1顆直徑為78 cm的景觀樹。

2) 模型數據導入：將收集到的數據分別導入到仿真模型中，如圖9所示。

圖8 路面布局參數設置

圖9 模型數據導入

3) 初次接觸所在位置確定：行人乙與摩托車在事故現場路面留有痕跡，在痕跡延長線的交匯處可認定為摩托車與行人首次接觸的位置。

4) 相對位置的確定：由于事故現場行人乙留下痕跡與x方向夾角大于摩托車留下痕跡的夾角，因此可認定為行人乙碰撞前位置在車頭前面偏右側的位置。

5) 摩托車車身傾角及車速大小、方向的調整：本文已分析得出車速指向x軸偏y軸正向，車身向右存在一定傾角，車速應略微大于之前計算得到的未修正的車速。

6) 反復修改步驟4)、5)中的數據，最終實現模擬情景與事故現場痕跡完全擬合。

3 結果分析

法醫鑒定結果顯示：行人乙右臀后外側現約0.5 cm×1.5 cm的孔狀創口，孔狀創口無法與平整的地面摩擦形成，根據事發時摩托車行進方向，提示此傷為事發時摩托車車頭前部及右側碰撞行人右后側身體所致；此外，右膝后外側見長約5 cm的縫合創口，創口周邊未見明顯與地面摩擦導致的條紋狀擦傷痕跡，亦表明該損傷應為摩托車部件撞擊行人身體右側所致。因此，可以斷定，事故發生時，行人應為右側身體朝向摩托車來車方向，但無法確定更為具體的碰撞形態。

根據法醫提供的已有分析數據及具體事故情形，本文將PC Crash軟件的仿真結果與具體事故現場最終形態進行比對，根據誤差情況，不斷微調摩托車模型與行人模型的相對位置、形態，最終使得仿真結果與事故現場情形一致。結果顯示：行人乙在碰撞前應位于摩托車右前方，摩托車車身向右傾斜且速度偏向行駛方向右側，碰撞前相對位置如圖10所示。

圖10 碰撞前瞬間人車相對位置

從仿真的結果來看，摩托車右前部位與行人右后部位發生接觸，該結果也與人體右后部位的損傷一致，如圖11所示。

圖11 行人右臀及右小腿損傷情況

圖12 仿真結果

本次仿真實驗最終完成了對現場痕跡的擬合(人車最終位置等)，如圖12所示。

仿真后生成的視頻文件清晰地再現了事故發生的整個過程。為了保證仿真結果的準確性，本文結合傳統的事故鑒定方法，利用現場痕跡、口供、法醫鑒定結果先將事故過程進行了詳細的分析，然后將分析結果運用于仿真實驗，將仿真結果與傳統鑒定結果進行了比較，確保了仿真實驗結果的準確性。研究結果表明：事故仿真可以獲得傳統的研究方法無法得到的事故細節，諸如人車接觸位置、接觸角度等信息，從而可對事故進行全面還原與再現。

對事故責任進行準確判定和劃分可避免事故雙方產生糾紛，亦可避免產生不穩定社會因素，有助于交通執法部門準確地判定事故原因并進行責任劃分，為國家車輛事故深度調查體系(National Automobile Accident In-depth Investigation System，NAIS)的相關研究提供一定的基礎數據[8]。

4 結束語

PC Crash仿真軟件可根據現場痕跡，重建摩托車交通事故過程，清晰再現碰撞事故中的關鍵細節，從而彌補傳統鑒定方法可能遺漏的關鍵信息。不僅如此，在摩托車事故中，摩托車碰撞前車身傾角、車頭轉向情況等形態在一定程度上反映出碰撞前駕駛員是否有避讓事故的行為，而在現場痕跡充足的情況下，PC Crash可較為準確地再現碰撞前瞬間摩托車的行駛狀態，這在一定程度上為摩托車事故中的責任劃分提供了依據。

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