史季青，曹文娟

（長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

汽車正面碰撞事故車速預(yù)測模型仿真研究

史季青，曹文娟

（長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

為了能有效準(zhǔn)確地根據(jù)事故現(xiàn)場情況預(yù)測出碰撞前車輛的運(yùn)行車速情況，文章利用反推算法，遵循相關(guān)物理定律，構(gòu)建正面碰撞事故中車輛相關(guān)參數(shù)及道路條件與車速的函數(shù)關(guān)系，并基于Visual Basic平臺搭建車速預(yù)測模型并進(jìn)行實(shí)測驗(yàn)證。結(jié)果表明，所構(gòu)建模型的誤差率較低，所構(gòu)建模型、系統(tǒng)是正確高效的，可用于正面碰撞事故的車速預(yù)測研究工作。

事故再現(xiàn)；汽車交通事故；Visual Basic；速度再現(xiàn)

CLC NO.:U467.14Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)03-44-03

前言

近些年，我國汽車保有量持續(xù)增加，其中引發(fā)的一個問題就是道路交通安全事故的頻繁發(fā)生[1]，為了輔助鑒定事故當(dāng)事人的責(zé)任，準(zhǔn)確、快速事故再現(xiàn)有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。針對應(yīng)用情況，交通事故再現(xiàn)的方法分為反推法與正推法[1]；從體系來分，交通事故再現(xiàn)方法包括理論計算以及軟件模擬與分析[3-4]；從手段來分，交通事故再現(xiàn)方法包括經(jīng)驗(yàn)公式與數(shù)值模擬[5]由于在道路交通安全事故中，人車事故再現(xiàn)受到較多學(xué)者同僚的研究，而有關(guān)車輛間碰撞的研究少之又少。所以，對車輛見碰撞的研究有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

本文旨在根據(jù)車輛碰撞位置和停止位置以及車體上碰撞位置的形變特性，采用反推算法，結(jié)合現(xiàn)場勘查得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行科學(xué)的分析，經(jīng)過大量的案例分析對比，利用力學(xué)知識研究分析汽車碰撞，建立汽車正面碰撞的物理、數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建正面碰

撞事故中車輛相關(guān)參數(shù)及道路條件與車速的函數(shù)關(guān)系，并基于VB平臺搭建車速預(yù)測模型并進(jìn)行實(shí)測驗(yàn)證。

1、模型的初步建立

車輛間的碰撞事故屬隨機(jī)事件，全部過程時間僅有0.1～0.2s[1]，因而無論當(dāng)事人或目擊者，都很難準(zhǔn)確詳實(shí)地說明事故發(fā)生的全過程。只有通過車輛本身的參數(shù)，通過現(xiàn)場勘查得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行科學(xué)的分析，經(jīng)過大量的案例分析對比，才能得到切合實(shí)際的分析模型。

1.1 數(shù)據(jù)采集

事故現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集部分主要包括以下部分：

1）汽車基本參數(shù)：包括車身外廓尺寸、載質(zhì)量、是否裝備ABS等；

2）汽車碰撞接觸變形量：包括碰撞變形部位的凹陷深度、左右側(cè)剩余長度、剩余寬度及事故后汽車剩余軸距等；

3）灑落物情況：包括撒落物名稱(如風(fēng)檔玻璃、大燈玻璃、轉(zhuǎn)向燈或小燈玻璃或塑料塊、保險杠等)及其灑落分布情況。

4）道路情況及路面遺留痕跡：包括路面摩擦系數(shù)(由路面種類、新舊情況及天氣情況等推算)、制動拖印、碰撞造成的制動拖印轉(zhuǎn)折、因碰撞或轉(zhuǎn)彎形成的弧狀橫滑擦痕、車體與路面的劃痕等。

1.2 事故再現(xiàn)的方法

碰撞速度是事故處理和鑒定的一項(xiàng)重要指標(biāo)，每一種事故再現(xiàn)方法都是以某一特殊前提和特定假設(shè)為依據(jù)的。事故再現(xiàn)方法可以分為碰撞計算（反推算法）、運(yùn)動方程計算（前推算法）以及以碰撞計算為理論基礎(chǔ)的圖解法三種方法。通常，車輛碰撞事故再現(xiàn)技術(shù)一般可按下述步驟進(jìn)行：

本文采用反推算法。利用反推算法確定碰撞速度的計算方法的基本物理定律包括：動量守恒定律，角動量守恒定律和能量守恒定律。計算碰撞速度所必需的數(shù)據(jù)包括：碰撞后車輛最終靜止位置、事故印跡、損壞、碰撞后運(yùn)動距離、碰撞狀態(tài)、碰撞前制動和滑移印跡。這些數(shù)據(jù)能夠給出車輛碰撞前的運(yùn)動狀態(tài)的大致變化范圍，從而可以得到碰撞前速度的一個大致變化范圍。

1.3 制動距離與車速關(guān)系

汽車在正常行駛過程中，驅(qū)動力F必須大于行駛阻力，在小于或等于附著力時，輪胎無滑轉(zhuǎn)，當(dāng)驅(qū)動力大于附著力時，地面施加于汽車的驅(qū)動力等于附著力，而剩余的力通過輪胎與地面之間的滑轉(zhuǎn)摩擦所消耗，故可列出下列等式：

式中： m—汽車的質(zhì)量 kg；a—汽車的加速度m/ s2；μ—滾動阻力系數(shù)；W—驅(qū)動軸荷重 N；

frW—車輛總重 N；k—驅(qū)動軸占總軸數(shù)比 （后軸驅(qū)動時k≈0.5，全輪驅(qū)動時k=1）。

據(jù)相關(guān)研究，當(dāng)時間為0-1.2s，a=1.63t（m/s）；1.2s后， a=1.96（m/s）?；诖耍?jīng)相關(guān)理論及數(shù)學(xué)變換，可得到：

2、模型構(gòu)建

2.1 正面碰撞等效模型

設(shè)正面碰撞的兩車是同型車，即質(zhì)量m1=m2。此時，碰撞后兩車的運(yùn)動狀態(tài)和變形量是相同的，兩車在對稱面上，各點(diǎn)的運(yùn)動均為零，這樣就可將對稱面完全等效為剛性墻壁。

如果兩車不是同型車，即m1≠m2，A車和B車碰撞時速度分別為v01、v02，可得到碰撞后兩車的速度：

式中ve1和ve2為有效碰撞速度。

2.2 正面碰撞前后的車速

汽車正面碰撞時，相互作用的時間極短，而沖擊力卻極大，故其他外力的作用可以忽略不計。根據(jù)動量守恒定律可求得碰撞后的速度：

由式(5)和(6)可得到事故車輛正面碰撞速度，其步驟如下圖所示：

3、模型應(yīng)用實(shí)例

利用Visual Basic 構(gòu)建汽車交通事故速度再現(xiàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)事故現(xiàn)場所采取的相關(guān)數(shù)據(jù)及正面碰撞等效模型，推算出正面碰撞前兩車的運(yùn)行車速。其界面如圖3所示。

根據(jù)相關(guān)事故數(shù)據(jù)報告，進(jìn)行仿真驗(yàn)證，得到結(jié)果如下：

表1 模型仿真驗(yàn)證結(jié)果

4、結(jié)論

(1)文中車對車碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)采用Visual Basic計算機(jī)語言編寫,可在Windows操作系統(tǒng)下直接運(yùn)行，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

(2)文中所構(gòu)建模型設(shè)置參數(shù)包括事故車輛的載質(zhì)量、制動印跡長度、附著系數(shù)、塑形變形量和制動輪數(shù)，這些參數(shù)可有效的描述事故現(xiàn)場，為事故還原奠定基礎(chǔ)。

(3)文中所構(gòu)建模型的平均預(yù)測誤差為12.70%，可有效用于正面碰撞事故的車速預(yù)測研究。

[1] 許洪國，道路交通事故分析與處理[M].人民交通出版社.2004.10.

[2] 魏朗，陳濤.車輛碰撞事故空間模擬再現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)研究[J].中國公路學(xué)報. 2003, 16(4):813-818.

[3] 袁泉.交通事故再現(xiàn)的幾個關(guān)鍵問題探討[J].汽車科技,2001,(2):26.

[4] 袁泉，李一兵.車輛碰撞事故再現(xiàn)技術(shù)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].公路交通科技.2002, 19(2):11-12.

[5] 袁泉，張高強(qiáng)，郭銳，等.交通事故車速分析理論方法的研究進(jìn)展[J].交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報.2009, 7(2):21-26.

Reconstruction simulation of vehicle frontal collision accidents

Shi Jiqing, Cao Wenjuan
（Chang’ an University, Shaanxi Xi’ an 710064）

In order to effectively and accurately predict vehicle running speed before collision according to the scene of the accident, by virtual of back stepping, this paper follow the principle of Physics, constructed the function between vehicle frontal collision related parameters, the road conditions and vehicle speed. Based on the Visual Basic, we have set up speed prediction model and testified in practice. The results show that, the error of constructed model rate is low, the model and system is correct and efficient, which can be used to predict the speed of frontal collision accident research.

accident reconstruction；motor vehicle accident；Visual Basic；reproduction speed

U467.14

A

1671-7988(2014)03-44-03

史季青，碩士研究生，就讀于長安大學(xué)。