彭婭楠

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

引言

交通事故的發(fā)生往往是突發(fā)的、瞬時的，且事故形態(tài)具有多樣性、復(fù)雜性，而傳統(tǒng)的計算方法不僅計算過程比較繁瑣，同時計算結(jié)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(xiàn)交通事故發(fā)生現(xiàn)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(yōu)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(tǒng)計數(shù)據(jù)得出，計算結(jié)果更加準確[1]。

1 碰撞汽車模型參數(shù)確立

PC-Crash軟件汽車模型數(shù)據(jù)庫里有五種類型：DSD2006、KBA2006、Vvskocil、ADAC95、DSDJapan2000[2]。首先在數(shù)據(jù)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(fā)生后，汽車碰撞的初始位置對于汽車模擬來說至關(guān)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(xiàn)，初始位置是否精準決定了仿真結(jié)果準確程度。

對于交通事故再現(xiàn)是否能真正的反應(yīng)出碰撞的真實過程，除了上述兩個因素外，與摩擦系數(shù)、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(guān)[3]。根據(jù)碰撞現(xiàn)場的具體情況進行分析，確定在危險狀況即將發(fā)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(jù)碰撞現(xiàn)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(zhuǎn)方向盤，進行方向變換。

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

2 碰撞汽車軌跡優(yōu)化

基本參數(shù)確定完成之后，就可以開始進行汽車碰撞仿真，仿真結(jié)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(jié)果更接近于汽車碰撞的真相，軌跡優(yōu)化是最好的選擇。軌跡優(yōu)化簡單的理解就是對碰撞的相關(guān)參數(shù)優(yōu)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(yōu)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(nèi)蒙古赤峰市內(nèi)發(fā)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(zhuǎn)，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(cè)保險杠與乙車車頭右側(cè)翼子板及右側(cè)前輪處發(fā)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(tài)，進行旋轉(zhuǎn)運動。乙車車尾右側(cè)翼子板與甲車車尾左側(cè)翼子板再次發(fā)生碰撞。碰撞后，乙車旋轉(zhuǎn)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(xiàn)場路況良好，瀝青路面。

3.2 事故資料調(diào)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(tǒng)計至關(guān)重要，因為受損情況和摩擦痕跡是事故再現(xiàn)不可或缺的一部分[5]。此次交通事故勘查結(jié)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(tǒng)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(jīng)歷者的駕駛?cè)俗钋宄?，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?zhèn)芜€需要工作人員進行判定。

表1 車體痕跡統(tǒng)計結(jié)果

對駕駛員進行訪問有助于查明真相，分清事故責(zé)任，使交通事故能夠順利解決，對于駕駛員的描述，應(yīng)該按照規(guī)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(zhì)低，為了逃避法律責(zé)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(fā)生碰撞。兩位駕駛員的陳述已經(jīng)進行記錄，陳述的內(nèi)容是為仿真過程中需要的參數(shù)提供一定幫助。

（3）甲乙兩車碰撞現(xiàn)場圖

圖1 現(xiàn)場CAD 圖

3.3 相關(guān)參數(shù)的確定

（1）根據(jù)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(xiàn)在的速度是根據(jù)碰撞現(xiàn)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(zhuǎn)換，所以在計算車速時要把能量轉(zhuǎn)換考慮進去。在此次碰撞過程中假設(shè)甲車向乙車的能量轉(zhuǎn)換為8km/h，因此甲乙兩車的碰撞速度如下：

（2）在事故調(diào)查資料中了解到，甲乙兩車發(fā)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(zhuǎn)向措施避免碰撞，但是兩車依然發(fā)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(zhì)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(jù)表1 車體痕跡統(tǒng)計結(jié)果給出的相關(guān)參數(shù)，可以知道甲乙兩車發(fā)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(shè)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(zhì)量。兩車的質(zhì)心高度可直接從汽車本身參數(shù)中采取。經(jīng)過調(diào)查兩車質(zhì)心高度均為0.6m，甲車質(zhì)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(fā)生旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)過程中的減速度為3m/s2以下，我們假設(shè)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(fā)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(shè)值為6m/s2。

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

（7）一般車身回彈系數(shù)取0.1～0.3，變形量越大，回彈系數(shù)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(zhuǎn)向措施，角度不大，在這里假設(shè)為18°，甲車轉(zhuǎn)向角度較大，在這里假設(shè)為-32°。

3.4 軌跡優(yōu)化

圖2 軌跡優(yōu)化報告

從汽車碰撞軌跡優(yōu)化報告中可以看出來，甲車最后優(yōu)化出來的速度為20km/h，乙車的最后優(yōu)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(shù)為1，回彈系數(shù)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(jù)碰撞現(xiàn)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(yōu)化報告中的速度進行對比，得出甲車的計算速度與優(yōu)化速度一樣，而乙車的計算速度比優(yōu)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(yōu)化報告對比得出：甲車車頭的測量方向比優(yōu)化出的方向小，誤差為0.26%，而乙車車頭的測量方向與優(yōu)化的方向完全相同。通過對比得出結(jié)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?qū)煌ㄊ鹿蔬M行仿真再現(xiàn)的，且仿真結(jié)果真實可靠。

4 結(jié)論

隨著汽車數(shù)量的增多，交通事故的復(fù)雜性和多樣性與傳統(tǒng)事故計算分析方法的陳舊性和單一性形成嚴重的不協(xié)調(diào)，急需利用先進科學(xué)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(jù)力學(xué)知識對汽車碰撞之前的車速、碰撞前后的位置、摩擦系數(shù)、汽車質(zhì)心等該軟件進行汽車碰撞所需要的參數(shù)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(shù)進行統(tǒng)計，利用PC-Crash 軟件對車輛軌跡進行優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)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(jié)果具有可靠性。