基于PC-Crash 的二維碰撞事故車輛速度 分析研究＊

彭婭楠

（內蒙古工業大學能源與動力工程學院，內蒙古 呼和浩特 010050）

引言

交通事故的發生往往是突發的、瞬時的，且事故形態具有多樣性、復雜性，而傳統的計算方法不僅計算過程比較繁瑣，同時計算結果與實際情況有一定的偏差。基于PC-Crash的二維碰撞事故車輛速度分析，不僅可以通過軟件模擬重現交通事故發生現場，深入形象的了解汽車碰撞的全過程，同時通過軟件對車輛運行軌跡進行優化，使模擬的碰撞過程更加接近實際情況，而且車輛速度也是由軟件中的統計數據得出，計算結果更加準確[1]。

1 碰撞汽車模型參數確立

PC-Crash軟件汽車模型數據庫里有五種類型：DSD2006、KBA2006、Vvskocil、ADAC95、DSDJapan2000[2]。首先在數據庫中找出與實際碰撞相符合的車型。

其次，確定汽車碰撞的初始位置。交通事故發生后，汽車碰撞的初始位置對于汽車模擬來說至關重要，因為，只有把汽車碰撞的初始位置確定下來，汽車碰撞過程才能進行再現，初始位置是否精準決定了仿真結果準確程度。

對于交通事故再現是否能真正的反應出碰撞的真實過程，除了上述兩個因素外，與摩擦系數、駕駛員的反映時間、汽車加速度或減速度、碰撞速度的突變量等因素有關[3]。根據碰撞現場的具體情況進行分析，確定在危險狀況即將發生時駕駛員是否意識到危險，是否在面對危險的情況下采取了避險措施，根據碰撞現場遺留下來的軌跡進行分析，判斷出駕駛員是否在危機時刻轉方向盤，進行方向變換。

確定好汽車的基本參數后，選擇三維動力學仿真模型或者運動學模型模擬仿真汽車碰撞事故。

2 碰撞汽車軌跡優化

基本參數確定完成之后，就可以開始進行汽車碰撞仿真，仿真結果與真實的汽車碰撞過程總是存在著無法避免的誤差，想要仿真結果更接近于汽車碰撞的真相，軌跡優化是最好的選擇。軌跡優化簡單的理解就是對碰撞的相關參數優化，例如汽車沖擊的速度、碰撞點、碰撞時所接觸到的面積、汽車碰撞前后的位置等[4]，最后對優化報告進行分析。

3 汽車碰撞事故案例分析

3.1 案例描述

2016 年3 月的某天，天氣晴朗，在內蒙古赤峰市內發生了一起交通事故，甲車由北向南直線行駛，乙車由南向西進行左轉，由于在行駛過程中，雙方都沒有注意到對方。致使甲車車頭左側保險杠與乙車車頭右側翼子板及右側前輪處發生碰撞；碰撞之后，乙車由于受到甲車的撞擊力改變了運動狀態，進行旋轉運動。乙車車尾右側翼子板與甲車車尾左側翼子板再次發生碰撞。碰撞后，乙車旋轉約190°后停止，右前輪由于與地面進行摩擦留下印記；甲車碰撞后也由于力的作用最終停在非機動車道，甲車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造成人員傷亡。汽車碰撞現場路況良好，瀝青路面。

3.2 事故資料調查

（1）在一起交通事故中，對于汽車的受損情況以及輪胎與地面留下的摩擦痕跡勘察統計至關重要，因為受損情況和摩擦痕跡是事故再現不可或缺的一部分[5]。此次交通事故勘查結果是以《道路交通事故痕跡物證勘驗》（CA41-2014）為標準[6]。對車體變形的位置和變形量進行統計，為了確定碰撞中心位置。

（2）交通事故的真實情況和碰撞過程只有身為經歷者的駕駛人最清楚，因此，我們需要對駕駛員進行訪問，了解事故的真相。但是，對于駕駛員所描述事故的真偽還需要工作人員進行判定。

表1 車體痕跡統計結果

對駕駛員進行訪問有助于查明真相，分清事故責任，使交通事故能夠順利解決，對于駕駛員的描述，應該按照規定實事求是的做筆錄，該筆錄可做法律證詞，因此不能作假。但是還是有些人素質低，為了逃避法律責任，對于交通事故的陳述只講對自己有利的事實，甚至更有些人完全扭曲整個事情。

在這起交通案例中兩位駕駛員都沒有注意到雙方，致使甲乙兩車發生碰撞。兩位駕駛員的陳述已經進行記錄，陳述的內容是為仿真過程中需要的參數提供一定幫助。

（3）甲乙兩車碰撞現場圖

圖1 現場CAD 圖

3.3 相關參數的確定

（1）根據計算公式可以對甲車的速度v10和乙車的速度v20進行計算，計算過程如下：

現在的速度是根據碰撞現場留下的軌跡進行計算的，但是在真實的碰撞過程中伴隨著能量轉換，所以在計算車速時要把能量轉換考慮進去。在此次碰撞過程中假設甲車向乙車的能量轉換為8km/h，因此甲乙兩車的碰撞速度如下：

（2）在事故調查資料中了解到，甲乙兩車發生碰撞之后，乙車在制動過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，采取轉向措施避免碰撞，但是兩車依然發生了碰撞，并在碰撞沖擊力的作用下在非機動車道停止。因此，我們可以對汽車碰撞的初始位置進行確定。在圖1 中汽車的質心位置為：甲車（-3.75，3.20），車頭方向為115°；乙車（-1.5，5.60），車頭方向為175°。

（3）根據表1 車體痕跡統計結果給出的相關參數，可以知道甲乙兩車發生碰撞后變形最大點的位置，甲乙兩車在碰撞的瞬間，兩車接觸的地方會重疊在一起。碰撞點可以在重疊部位任取一點。本案例的重疊初始值設為（-3.4，4.8）。

（4）甲乙兩車在行駛的過程中除了駕駛員的重量并沒有載重，而駕駛員自身重量對于整個汽車而言可以忽略不計，因此甲乙兩車都可以看作空載質量。兩車的質心高度可直接從汽車本身參數中采取。經過調查兩車質心高度均為0.6m，甲車質心到前端距離為1.275m，乙車為1.38m。

（5）從駕駛員口述的情況來看，乙車碰撞前未采用制動措施，制動減速度為0，碰撞后乙車發生旋轉運動，損壞的右輪與地面留下了痕跡，其他車輪未留下痕跡，未制動的汽車在旋轉過程中的減速度為3m/s2以下，我們假設為2.4m/s2。甲車在碰撞前也未采取制動措施，而碰撞后采取了制動措施，從輪胎印跡上可以看出，車輛的制性能并為完全發揮作用，也就是說駕駛員未將制動踏板踩到最下端，一般小轎車在干燥路面上的平均制動減速度為5～8m/s2，在這里假設值為6m/s2。

（6）甲乙兩名駕駛員都是健康正常的狀態下行駛的，反應時間經驗值為0.8～1s，在這里假設值為0.9s。

（7）一般車身回彈系數取0.1～0.3，變形量越大，回彈系數越小。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，乙駕駛員采取了轉向措施，角度不大，在這里假設為18°，甲車轉向角度較大，在這里假設為-32°。

3.4 軌跡優化

圖2 軌跡優化報告

從汽車碰撞軌跡優化報告中可以看出來，甲車最后優化出來的速度為20km/h，乙車的最后優化出來的速度為73km/ h。甲車的車頭方向為114.7°，乙車的車頭方向為175°。碰撞過程中的碰撞點為（-3.55，4.93），摩擦系數為1，回彈系數為0.2。由此可以看出PC-Crash 軟件能對交通事故進行初步的分析如圖2 所示。

3.5 車速對比

根據碰撞現場的制動痕跡的長度計算得出：甲車的速度為20km/h，乙車的速度為72km/h。與上述汽車的軌跡優化報告中的速度進行對比，得出甲車的計算速度與優化速度一樣，而乙車的計算速度比優化速度小，誤差為1.3%。甲車的車頭方向為115°，乙車的車頭方向為175°。與汽車碰撞的軌跡優化報告對比得出：甲車車頭的測量方向比優化出的方向小，誤差為0.26%，而乙車車頭的測量方向與優化的方向完全相同。通過對比得出結論，從整體而言，PC-Crash 軟件對汽車碰撞事故的仿真能力大約能夠達到98%的精確度。因此，可以說明PC-Crash 軟件是能夠對交通事故進行仿真再現的，且仿真結果真實可靠。

4 結論

隨著汽車數量的增多，交通事故的復雜性和多樣性與傳統事故計算分析方法的陳舊性和單一性形成嚴重的不協調，急需利用先進科學的軟件對整個交通事故進行判定。本文基于PC-Crash 軟件對汽車二維碰撞事故速度進行模擬仿真，根據力學知識對汽車碰撞之前的車速、碰撞前后的位置、摩擦系數、汽車質心等該軟件進行汽車碰撞所需要的參數計算方法展開了詳細的說明，最后通過對一起典型的汽車碰撞實際案例介紹分析，并對汽車參數進行統計，利用PC-Crash 軟件對車輛軌跡進行優化，并將優化結果與計算出的車速進行對比，最終得出PC-Crash 軟件處理汽車碰撞事故其結果具有可靠性。