基于PC-Crash的載人兩輪車事故再現仿真

劉朱紫，劉陽陽，謝麗琴，鄒鐵方

（1.長沙民政職業技術學院醫學院，長沙 410004；2.長沙理工大學汽車與機械工程學院，長沙 410114）

0 引 言

事故再現是指根據事故現場遺留痕跡并參考證人證言等證據逆向推導碰撞車速及事故發生的全過程［1］，再現結果可應用于法醫學研究［2］、事故責任認定［3］及車輛被動安全設計［4-5］、智能車測試［6-7］等諸多領域。事故再現已成為當前研究熱點。

道路交通事故有車撞人［8］、車撞車［9］、車撞兩輪車［10］、單車［11-12］、多車碰撞［13］以及復雜多形態耦合［14］等很多類型，如何再現不同類型事故已有諸多討論。總體來說均是先重建事故現場及事故參與者，再反復優化以獲得與痕跡最為吻合的仿真結果，再分析結果以反饋、優化仿真而獲得更為可信的最終再現結果［13-15］。每一類事故又有其自身固有特征，很難拿一套流程或標準去解決所有問題，這也是迄今有諸多研究基于PC-Crash的事故再現方法［16］的原因。

隨著素質教育在高等教育中的全面推進，大學理論課時被嚴重壓縮，以期給學生更多時間開展自主學習，更好地開展個性化教育培養學生的創新意識和實踐能力。課時壓縮并不等價于知識點壓縮，為更好地傳授知識，需開發大量實驗仿真，使學生從仿真中獲得知識、掌握技能、提高能力，實現從要我學到我要學的轉變。以交通安全類教學為例，相關課程不僅需教授人、車、路、環境及管理等道路交通安全基礎知識以及相關的道路交通安全法規，還需確保學生掌握事故現場調查及事故再現的相關技術。受課時限制，需要流程清晰地針對不同事故形態的仿真，以降低學生學習難度并保證教學效果。

注意到我國載人兩輪車現象極為普遍，甚至還有摩的這一職業［10］，學生必須在課程中掌握此類事故的再現技術。加之載人兩輪車事故與一般交通事故不同，它有騎車人和乘員共2 人，具體到仿真中則有兩輪車加騎乘人共3 組多剛體，導致仿真極難。如不能科學合理實施再現，極難得到理想結果，會顯著降低學生的學習熱情而影響教學效果。為更好地再現此類事故，本文將在現有研究基礎上，總結載人兩輪車事故的清晰再現流程，并用實際事故案例對所提流程進行演示和驗證。

1 基于PC-Crash 的載人兩輪車事故再現流程

運用PC-Crash 軟件再現汽車碰撞載人兩輪車事故時，分4 個步驟：事故現場重建；事故參與者建模；再現仿真；結果與分析。流程和步驟如圖1 所示。

圖1 基于PC-Crash的載人兩輪車事故再現流程圖

1.1 事故現場重建

事故現場重建是事故再現的基礎。重建事故現場通常以事故現場信息及事故現場草圖為依據，利用相關繪圖軟件（如Auto CAD）繪制出事故現場圖，然后將其導入PC-Crash，并按相應比例進行縮放。繪制事故現場圖的方法有：

（1）利用相關繪圖軟件（如Auto CAD）根據事故現場草圖繪制事故現場圖。

（2）利用PC-Crash 軟件內自帶的繪圖工具“Edit DXF Drawing”繪制事故現場圖，通過這種方法繪制的事故現場圖可直接使用，無須再進行縮放。

（3）利用PC-Rect對所拍攝的事故現場圖片進行轉換后獲得俯視圖，得到事故現場圖。

當完成二維事故現場圖建立后，若事故發生在平坦干燥的路面上只需再建立如護欄、行道樹等其他事故參與者；若事故發生在三維道路時，則還需利用PCCrash自帶的三維道路模型重建三維道路及周邊環境。

1.2 事故參與者建模

車-載人兩輪車事故參與者包含汽車、兩輪車及騎乘人。針對車輛建模，PC-Crash 內的車輛數據庫可以獲得不同車輛模型，如小轎車、SUV、MPV、大型客車、摩托車等機動車以及電動兩輪車等非機動車。若已知事故車輛品牌信息則只需從車輛數據庫中調出對應車輛模型；若未知車輛品牌信息或數據庫中無對應車型，則可找到與之外形相似的車輛側視圖，將其導入PCCrash軟件，利用軟件內測量工具獲得車輛尺寸參數，然后修改車輛輪廓參數。修改車輛參數信息時需格外注意軸距、輪距、車重及車頭等參數。

針對兩輪車及騎乘人建模，該軟件內包含很多多剛體模型，包括兩輪車、駕駛員、后座乘員和行人等模型，可根據實際情況調用，依據事故信息中的兩輪車信息、人體尺寸及形態等參數進行調整，使其盡量與實際情況一致。

1.3 再現仿真

完成事故現場重建及對事故參與者建模后，便可進行事故再現：

步驟1依據事故現場圖確定碰撞前車輛與載人兩輪車的碰撞位置。

步驟2根據事故調查信息輸入仿真初始參數，如車輛及兩輪車碰撞速度、碰撞位置、碰撞角度、制動減速度及摩擦系數等。

步驟3開始仿真，并對比仿真中車輛、兩輪車及騎乘人路面痕跡與實際情況的吻合度，若吻合度低，回到步驟2 步，調整仿真初始參數后再仿真；反復迭代優化直至吻合度高。

1.4 再現結果與分析

為保證再現結果的有效性，最后還需將車輛變形、騎乘人損傷等痕跡與實際情況逐一對比，若仿真與實際情況相符，則認可并輸出再現結果；否則返回到步驟2，重新開始仿真，通過迭代優化直至獲得與實際情況高度吻合的仿真結果為止。

2 案例演示

事故介紹：2020 年8 月某天下午，一輛搭載甲（騎車人）乙（后座乘員）兩人（均未佩戴安全頭盔）、自北向南行駛的無牌照兩輪車于十字路口違反交通信號燈，與一輛自東向西行正常行駛的面包車發生碰撞，事故造成兩輪車上甲當場死亡、乙受傷及兩車不同程度損壞。兩輪車上兩人與車輛發生碰撞后被拋出，兩輪車及騎乘人拋距分別為23.5、27.5 和13.5 m。根據事故調查報告，甲因頭部受到撞擊造成顱腦嚴重損傷而死亡、且其右下肢完全骨折，乙身體表面多處擦傷及瘀青；面包車前保險杠脫落，左側車門前端有刮擦痕跡，左A柱嚴重變形且留有血跡，前擋風玻璃及左側大燈碎裂。事故現場如圖2 所示。

圖2 事故現場示意圖（m）

2.1 事故現場重建

事故發生在路面干燥且平坦的十字路口，可將事故現場圖直接導入PC-Crash，再按現場圖中所標注的道路尺寸進行縮放即可完成事故現場重建。

2.2 車輛、兩輪車及騎乘人建模

從PC-Crash內調用模型，根據事故車輛信息修改車型參數，將其長、寬、高和車重分別設置為4 500、1 615、1 900 mm和1 370 kg，車頭參數可將事故車輛側視圖輸入軟件通過縮放后測量獲得，本案例事故車輛外形輪廓參數見圖3。

圖3 事故車輛輪廓參數

采用PC-Crash 多剛體模型對兩輪車和騎乘人進行建模，根據事故兩輪車的外形尺寸、車重及甲、乙的體型特征調整對應參數，將兩輪車的長、寬、高和質量分別設置為2 055、730、1 050 mm和130 kg；騎乘人的身高和體重分別為168 cm和69 kg、156 cm和56 kg。本案例中兩輪車及騎乘人模型如圖4 所示。

圖4 兩輪車及騎乘人模型

2.3 再現仿真

按照1.3 節的步驟，通過反復迭代優化以使車、兩輪車及騎乘人四者的最終停止位置與事故現場圖中盡可能一致。最終發現當車速取48 km／h，兩輪車速度取19 km／h，仿真最符合實際情況，車、兩輪車和騎乘人的最終停止位置與現場圖中的對應位置基本吻合（見圖5）。仿真中兩輪車及騎乘人的拋距分別為25.13、29.19 和14.48 m，與實際拋距亦接近。

圖5 仿真中人車最終停止位置

2.4 再現結果分析與驗證

根據1.4 節，先驗證車輛變形情況。圖6、7 分別給出仿真中不同時刻人車相對位置。t＝105 ms 時騎車人頭部碰撞面包車左A 柱及前擋風玻璃，兩輪車碰撞車輛前保險杠左部車燈處，與實際情況中汽車前擋風玻璃和左側大燈碎裂及左A 柱變形情況相符；t＝133 ms時后座乘員碰撞汽車左側車門前端后視鏡處，與實際情況中汽車左側車門變形情況相符。

圖6 t ＝105 ms時仿真中兩輪車及騎乘人與車輛碰撞部位及車輛左A柱變形情況對比

圖7 t ＝133 ms時仿真中兩輪車及騎乘人與車輛碰撞部位及車輛左變形情況對比

表1 為仿真中騎乘人員各部位損傷情況。由表可知，騎車人（頭部傷害準則（Head Injury Criterion，HIC））HIC15 ＝1 280.57，超過頭部損耐受極限；騎車人胸部3 ms加速度超過其安全界限；撞擊側右大腿所受剪切力峰值和右小腿所受剪切力峰值均超過其安全界限，表明騎車人頭部受到嚴重傷害，右大腿及右小腿均骨折，與報告中騎車人因嚴重顱腦損傷死亡和右下肢完全骨折情況相符。乘員頭部和胸部均未受到嚴重傷害，左右下肢均未骨折，與報告中乘員無嚴重傷害，身體表面多處淤青和擦傷情況相符。

表1 騎乘人各部位損傷情況及損傷判斷

據此，可認為此次仿真很好地反映了真實事故情況，仿真結果可靠。

通過對該車-載人兩輪車事故的再現演示，發現仿真中的事故參與者最終停止位置等路面等級、車輛變形及人體損傷痕跡等都能很好地再現，說明利用PCCrash可很好地再現車-載人兩輪車事故。

3 結 語

通過標準化流程再現車-載人兩輪車事故，不僅能保證仿真中路面痕跡與真實情況一致，還能通過比對車輛變形以及人體損傷以保證再現結果的客觀性。仿真結果表明，依照本研究所提仿真流程，不僅可得到客觀、可信的再現結果，還能保證仿真過程的可控性，可按步指導相關學生或研究者據此開展再現與仿真研究。