汽車(chē)與交通安全設(shè)施的碰撞事故分析

徐云清

天津市交通教育培訓(xùn)中心 天津 300012

在我們的生活中，交通安全設(shè)施隨處可見(jiàn)，例如：護(hù)欄、交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、橋梁護(hù)網(wǎng)等，起作用就是對(duì)使用者進(jìn)行主動(dòng)引導(dǎo)、被動(dòng)防護(hù)。而在交通運(yùn)輸領(lǐng)域中，設(shè)置交通運(yùn)輸安全設(shè)施是為了提高使用者的行車(chē)安全。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，汽車(chē)與護(hù)欄或標(biāo)志牌立柱等路側(cè)安全設(shè)施碰撞事故已經(jīng)占交通事故的三分之一，這一數(shù)據(jù)表明汽車(chē)與交通安全設(shè)施的碰撞事故已成為交通事故的主要類型之一，已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外的高度重視。

1 交通安全設(shè)施概述

1.1 交通安全設(shè)施的定義

交通安全設(shè)施是道路沿線設(shè)置的人行地道、護(hù)欄、標(biāo)柱等設(shè)施總稱。設(shè)置交通安全設(shè)施是為了確保車(chē)和人的安全性和有序性，使道路作用充分發(fā)揮，屬于基礎(chǔ)設(shè)施。目前，生活中隨處可見(jiàn)的安全設(shè)施有：標(biāo)線、護(hù)欄、隔離柵等。交通安全設(shè)施不僅可以減輕事故嚴(yán)重度，還有助于排除各種干擾，為使用者提供路側(cè)保護(hù)和視線誘導(dǎo)，同時(shí)還有助于改善道路景觀[1]。

1.2 設(shè)置交通安全設(shè)施的現(xiàn)狀

公路安全設(shè)施的設(shè)置需要結(jié)合要道路交通運(yùn)行的實(shí)際情況，以實(shí)現(xiàn)為駕駛員提供安全的駕駛環(huán)境，同時(shí)提高道路交通運(yùn)行整體的安全性與有序性。交通安全設(shè)施具有提高交通運(yùn)行安全性和降低事故發(fā)生率的作用。在分析交通設(shè)施安全性時(shí)，不能只停留在理論層次，要深入到區(qū)域?qū)嶋H的地質(zhì)條件、自然環(huán)境等因素當(dāng)中，了解當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件以及地質(zhì)災(zāi)害等情況，才能做出可行的安全設(shè)施設(shè)置方案。但就我國(guó)的實(shí)際情況來(lái)看，我國(guó)的交通安全設(shè)施尚且存在一定的不足，影響了整體質(zhì)量。現(xiàn)如今，影響我國(guó)交通事故居高不下的主要因素就是交通安全設(shè)施，從設(shè)置的合理與否和實(shí)施的品質(zhì)高低來(lái)看，都落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。目前，在我國(guó)因交通安全設(shè)施設(shè)置不合理而導(dǎo)致汽車(chē)與護(hù)欄碰撞事故經(jīng)常發(fā)生，因此對(duì)其進(jìn)行深入的分析，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 汽車(chē)與交通安全設(shè)施的碰撞事故分析

在日常生活中，汽車(chē)碰撞各種安全設(shè)施的事件時(shí)有發(fā)生，而本文在其進(jìn)行分析時(shí)，主要是以汽車(chē)碰撞護(hù)欄事故為例進(jìn)行分析。

2.1 汽車(chē)碰撞護(hù)欄運(yùn)動(dòng)分析

汽車(chē)碰撞護(hù)欄過(guò)程分為三個(gè)階段，一是碰撞前運(yùn)動(dòng)階段，二是碰撞階段，三是碰撞后運(yùn)動(dòng)階段，這三個(gè)階段是連續(xù)進(jìn)行的。碰撞前運(yùn)動(dòng)通常是指為避免汽車(chē)與護(hù)欄碰撞通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)的制動(dòng)和操縱等措施阻止碰撞發(fā)生的運(yùn)動(dòng)。碰撞階段是汽車(chē)與護(hù)欄的接觸，這一過(guò)程的持續(xù)時(shí)間通常在0．1 秒到0．6 秒，這是汽車(chē)、護(hù)欄之間能量交換的過(guò)程，以汽車(chē)或護(hù)欄的變形的方式消耗掉部分動(dòng)能。在兩者初步碰撞后，汽車(chē)還會(huì)進(jìn)行其他運(yùn)動(dòng)，如：轉(zhuǎn)向、停止、沖破護(hù)欄、翻轉(zhuǎn)等。在兩者碰撞之后，除發(fā)生變形損壞外，還會(huì)導(dǎo)致速度過(guò)高的汽車(chē)發(fā)生反彈，進(jìn)而引發(fā)二次碰撞事故。與前者相比，這一階段的傷害性更大。

2.2 建立汽車(chē)碰撞護(hù)欄模型

建立汽車(chē)碰撞護(hù)欄模型共分為三步，分別是：護(hù)欄多剛性模型、汽車(chē)的有限元模型、車(chē)內(nèi)假人及其約束系統(tǒng)模型[2]。

第一步，護(hù)欄多剛性模型。在建立模型時(shí)，最難確定的就是護(hù)欄的截面形狀和幾何尺寸，而截面形狀和幾何尺寸的作用確是至關(guān)重要的，不僅能夠避免汽車(chē)越過(guò)護(hù)欄，還能夠使幫助汽車(chē)轉(zhuǎn)向，并且通過(guò)吸收碰撞能量來(lái)減少汽車(chē)損壞和人員傷亡。目前，我國(guó)主要是采用NJ 型混凝土護(hù)欄結(jié)構(gòu)，其多剛體模型如下圖圖1 所示：

第二步，汽車(chē)有限元模型。汽車(chē)有限元模型建立對(duì)仿真結(jié)果的影響較大。研究對(duì)象不同汽車(chē)模型也自然不同，既可是整車(chē)模型，也可是某部分，而本次研究中汽車(chē)有限元模型的建立選擇的是整車(chē)模型，但計(jì)算成員輸出參數(shù)時(shí)卻是建立的車(chē)廂模型。如下圖圖2 所示為汽車(chē)有限元模型，模型參數(shù)如下表表1 所示：

圖1 護(hù)欄多剛體模型

圖2 汽車(chē)有限元模型

表1 汽車(chē)有限元模型參數(shù)

第三步，車(chē)內(nèi)假人及約束模型。在進(jìn)行車(chē)內(nèi)仿真時(shí)，乘員為50百分位假人HYBRID，同時(shí)配備安全帶。利用37個(gè)剛體組成模型，整個(gè)假人共有53 個(gè)橢球，分別使用不同剛體來(lái)進(jìn)行模擬外部形狀，假人的所受的力為假人于接觸表面之間的接觸，利用模型能夠描述汽車(chē)與護(hù)欄碰撞時(shí)假人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特征，在滿足生物逼真度，還同時(shí)還能夠提供準(zhǔn)確的傷害值。

2.3 汽車(chē)碰撞護(hù)欄系統(tǒng)計(jì)算模擬條件

車(chē)碰撞護(hù)欄系統(tǒng)計(jì)算模擬條件共有六點(diǎn)。第一，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，不考慮護(hù)欄在碰撞中的變形破壞和移位。第二，為簡(jiǎn)化模型，本次的車(chē)輪滾動(dòng)是通過(guò)車(chē)輪平移進(jìn)行代替的，故在分析時(shí)不需要考慮車(chē)輛運(yùn)行下車(chē)輪滾動(dòng)的影響。第三，在分析時(shí)需要考慮碰撞摩擦影響，空氣阻力影響不計(jì)。第四，需要重點(diǎn)考慮碰撞時(shí)主要部位發(fā)生的破壞和斷裂。第五，為保證車(chē)輛的整體性，假設(shè)車(chē)輛連接良好、關(guān)鍵部分強(qiáng)度夠，并且沒(méi)有大的變形和破壞。第六，在分析時(shí)不需要考慮兩者之間的端部碰撞。

2.4 結(jié)果與分析

在碰撞時(shí)，汽車(chē)質(zhì)心處的加速度在X、Y、Z 三個(gè)方向呈現(xiàn)出不同結(jié)果，其中x 和y 方向加速度最大，因此是重要考慮因素，z方向最小。若碰撞時(shí)汽車(chē)的速度相同，加速度峰值會(huì)隨碰撞角度的增加而增加；若碰撞角度相同，汽車(chē)加速度峰值會(huì)隨碰撞速度的增加而增加。從人員受傷角度來(lái)看，大角度碰撞時(shí)，乘員頭部和胸部受的傷害較大[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前，汽車(chē)與護(hù)欄發(fā)生碰撞的事件時(shí)常發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)因此失去生命。常見(jiàn)的碰撞主要有前碰和側(cè)碰兩種，但無(wú)論是哪種都應(yīng)該引起人們的重視，并通過(guò)采取相關(guān)有效措施減少事故的發(fā)生。雖然近幾年我國(guó)汽車(chē)主被動(dòng)安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速的發(fā)展，使道路交通安全情況得到了很好的改善，使交通事故的死亡率不斷下降，但還需要在汽車(chē)設(shè)計(jì)、道路設(shè)計(jì)及管理等方面持續(xù)努力，利用現(xiàn)代技術(shù)和手段盡最大的努力維護(hù)交通秩序，以提高人們的出行安全，同時(shí)推動(dòng)道路交通的良好發(fā)展。