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.南京航空航天大學民航學院，南京211106；2.江蘇警官學院現(xiàn)代教育技術中心，南京210031）

0 引 言

道路交通事故現(xiàn)場的安全防護不當易引發(fā)二次事故，對事故處置現(xiàn)場的交通警察和相關人員的生命、財產(chǎn)安全構成嚴重威脅。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，能夠對各種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以運動學和動力學原理為基礎建立多組物理和數(shù)學模型，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、仿真結果可靠等優(yōu)點［9］。近年來，PC-Crash在我國的相關教學、科研和公安交通管理實踐中應用非常廣泛。周華等［10］針對“汽車事故工程”課程設計了基于PC-Crash的車事故再現(xiàn)實驗用于汽車事故教學；楊建軍等［11］設計了基于PC-Crash 的人車碰撞事故仿真實驗用于本科實驗教學。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響應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)場調查所得的交通事故當事各方的各種信息，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)，公安機關交通管理部門根據(jù)交通事故現(xiàn)場調查所得的資料，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)相關法律規(guī)范認定當事人的責任并制作交通事故認定書。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、道路及基礎設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，車質量設為1 500 kg、重心高度設為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，車重設為15 t、重心高度設為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)設置示意圖

圖3 大型防御車輛參數(shù)設置示意圖

（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，假設一輛總質量15 t的大型車輛闖入，誤闖入車輛的其他參數(shù)的設置同大型防御車輛（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 仿真結果及分析

3.1 仿真結果

（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 軸的坐標如圖5所示。

3.2 仿真結果比較分析

根據(jù)仿真結果，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及對應停放角度θ之間的關系見表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

從仿真結果可以看出，采用小型車輛作為防御車輛時，當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 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。仿真結果表明：大型車輛的防御效果要明顯優(yōu)于小型車輛；當防御車輛一定時，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。防御車輛應與道路前進方向成30°左右夾角，在設計車速較高的城市快速路上時，可以適當減少夾角。