常安德 朱晨陽 陳 松

（1.公安部痕跡檢驗鑒定技術(shù)處，遼寧 沈陽110035;2.中國刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽110035）

引言

隨著機動車保有量、駕駛員數(shù)量及道路里程的不斷增加，道路交通安全問題已成為我國最嚴(yán)重的社會難題之一。摩托車作為比較弱勢的交通參與方，在發(fā)生交通事故時通常后果更加嚴(yán)重。對有摩托車參與的交通事故再現(xiàn)，可以為交通事故處理劃分責(zé)任提供合理依據(jù)，同時對事故進(jìn)行再現(xiàn)也有利于總結(jié)經(jīng)驗提高摩托車駕駛?cè)说陌踩雷o(hù)，有效降低交通事故后果的嚴(yán)重性。

PC-CRASH 是奧地利的一款交通事故仿真軟件，其分析過程依據(jù)力學(xué)動量守恒與能量守恒原理，根據(jù)事故現(xiàn)場的車輛、地面等痕跡及其他現(xiàn)場信息，反推車輛碰撞過程。PCCRASH具有豐富的車輛庫與假人模型，其強大的算法可以同時進(jìn)行多輛車的碰撞模擬研究，可以進(jìn)行車輛與車輛、車輛與行人的碰撞模擬研究。

目前對于PC-CRASH 事故仿真的應(yīng)用研究較多。鄒鐵方等提出了一種優(yōu)先模擬出車輛側(cè)滑運動的PC-CRASH 事故仿真方法［1］；伊若愚等提出了一種多車碰撞事故的PC-CRASH 仿真方法［2］；陶孫文等提出了基于PC-CRASH 逆向分步再現(xiàn)仿真方法［3］；吳凱麗等提出了PCCRASH逆向分段事故再現(xiàn)方法［4］。對于小汽車與摩托車的事故仿真，我國學(xué)者也做了研究。冉啟林等利用PC-CRASH 建立了摩托車與小汽車成90°的碰撞模型［5］；胡林等利用PC-CRASH建立了自行車、騎行人和小汽車的交通事故仿真模型［6］。但目前對于小汽車與摩托車交通事故仿真過程的研究較少。

本文將對小汽車與摩托車交通事故仿真方法本身進(jìn)行研究，從而提高此類交通事故仿真方法的可操作性。

1 小汽車與摩托車事故仿真方法

在對小汽車與摩托車交通事故仿真時，如果已知事故后摩托車乘員的最終位置，則需引入多剛體摩托車乘員模型，若直接將其引入會增加仿真的復(fù)雜性，影響仿真效率；同時摩托車的質(zhì)量遠(yuǎn)小于汽車的質(zhì)量，在與汽車發(fā)生碰撞之后，對汽車的行駛軌跡影響較小。因此，本文提出一種基于PC-CRASH 的分步仿真方法，即首先模擬汽車的行駛軌跡，之后引入摩托車乘員多剛體模型進(jìn)行仿真修正。利用該方法可在滿足仿真準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上大大地提高此類事故的仿真效率。

2 實例驗證

2.1 案情簡介

2016年11 月某日早上，某地十字路口發(fā)生一起小汽車與摩托車交通事故。一輛吉利牌小汽車由北向西右轉(zhuǎn)進(jìn)入路口，與一輛由東向西行駛進(jìn)入該路口的雅馬哈牌兩輪輕便摩托車發(fā)生碰撞，由于霧天視線受阻，兩者均未做出相應(yīng)的措施，發(fā)生碰撞后小汽車車主順勢向右前方停車，事故造成摩托車乘客頭部重傷送往醫(yī)院救治，摩托車駕駛?cè)艘驗榕宕靼踩蔽词軅Ｊ鹿尸F(xiàn)場如圖1所示。

圖1 交通事故現(xiàn)場圖

2.2 事故現(xiàn)場信息提取

在利用PC-CRASH 進(jìn)行事故重建過程中，需要對案例中的信息進(jìn)行提取。本案例中對車輛進(jìn)行勘查發(fā)現(xiàn)，小汽車前保險杠左側(cè)距離地面20～30cm，前至后20～40cm 有油漆減層痕跡；距地面60～70cm，前至后50～55cm處有凹陷痕跡；引擎蓋前至后25～30cm，左至右15～20cm 有凹陷痕跡。摩托車右側(cè)車身塑料保護(hù)殼距地面20～30cm，前至后70～100cm 處破損，并伴有油漆增層痕跡；距地面50～80cm，前至后15～30cm 處有塑料減層痕跡。如圖2 所示。第一碰撞點往往受力較大易形成凹陷痕跡，因此可推斷出兩車第一接觸部位為小汽車左前方車頭與摩托車右側(cè)車身。根據(jù)當(dāng)事人陳述，小汽車由右轉(zhuǎn)道駛?cè)肼房?，摩托車沿機動車非機動車道分界線處駛進(jìn)路口，并結(jié)合現(xiàn)場其他痕跡分析可得碰撞發(fā)生的大致范圍。

圖2 車輛受損情況

2.3 事故現(xiàn)場重建

根據(jù)事故現(xiàn)場圖，用autoCAD 進(jìn)行精確繪圖，如圖3 所示。小汽車頭西尾東停在東西走向道路路口西北側(cè)，右前輪、右后輪距路口西口北側(cè)分別為210cm、210cm；右前輪距路口西口人行橫道的東側(cè)邊緣為270cm。摩托車頭西尾東往右側(cè)側(cè)翻倒在小型汽車東側(cè)，前輪、后輪距路口西北側(cè)邊緣分別為590cm、590cm；前輪距小汽車的左后輪的距離為320cm。事故發(fā)生在干燥、瀝青鋪設(shè)的平坦道路上，因此不需要對路面進(jìn)行3D建模，直接把事故圖導(dǎo)入PCCRASH中并進(jìn)行比例尺對標(biāo)即可，地面摩擦系數(shù)取0.8。

圖3 antoCAD繪制的交通事故現(xiàn)場圖

2.4 模型建立

2.4.1 小汽車模型建立

PC-CRASH 有 DSD、KBA、ADAC、VYS?KOCL、DSD JAPAN 5 個單獨的車輛數(shù)據(jù)庫，車輛數(shù)據(jù)庫包括車輛尺寸、質(zhì)量、制造廠商以及行駛參數(shù)等。如果事故車型為合資車或者進(jìn)口車型，可以從PC-CRASH 中找到相應(yīng)車型直接導(dǎo)入；如果事故車輛為國產(chǎn)車，那么需要找到相似車型，然后根據(jù)實車數(shù)據(jù)修改具體參數(shù)。本案例中小汽車型號為吉利牌JL7152L13，修改的參數(shù)主要有：前輪距1490mm、后輪距1470mm、 車 輛 尺 寸 4547mm × 1734mm ×1470mm、軸距2600mm、空載總質(zhì)量1620kg等。

2.4.2 摩托車模型建立

在對小汽車與摩托車進(jìn)行碰撞事故重建時，如果沒有摩托車乘員的最終停止位置，則可直接選擇PC-CRASH 車輛數(shù)據(jù)庫中的摩托車進(jìn)行導(dǎo)入，并修改具體參數(shù)；如果已知摩托車乘員的最終停止位置，則需要導(dǎo)入摩托車乘員多剛體模型。本案例采用后者方法導(dǎo)入MOT多剛體摩托車模型，修改摩托車模型與成員模型的參數(shù)。主要包括摩托車質(zhì)量、長寬高參數(shù)；乘員的質(zhì)量、身高、年齡；以及乘員與地面摩擦系數(shù)、摩托車與地面的摩擦系數(shù)、摩托車及其乘客與汽車的摩擦系數(shù)。

2.5 事故的仿真與分析

完成事故現(xiàn)場重建、小汽車與摩托車模型導(dǎo)入這2 個步驟后，根據(jù)當(dāng)事人給出的大致速度范圍，與事故信息提取得到的其他信息，根據(jù)參數(shù)敏感度［7］不斷調(diào)整車輛的速度、小汽車與摩托車碰撞位置及其他重要參數(shù)，使仿真中摩托車、摩托車乘員與汽車的接觸部位與汽車的損傷部位相一致。通過不斷的仿真實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小汽車速度為22km·h-1，摩托車速度為18km·h-1時仿真的結(jié)果與實際情況最為接近。小汽車、摩托車、摩托車乘員最終停止位置與實際位置相一致。如圖4所示。

圖4 仿真結(jié)果與實際現(xiàn)場對比圖

當(dāng)碰撞開始時，如圖5 所示，小汽車車頭與摩托車車身右側(cè)發(fā)生碰撞，形成小汽車前保險杠左側(cè)距離地面20～30cm，前至后20～40cm有油漆減層痕跡；距地面60～70cm，前至后50～55cm處有凹陷痕跡以及摩托車右側(cè)車身塑料保護(hù)殼距地面20～30cm，前至70～100cm 處破損，并伴有油漆增層痕跡；距地面50～80cm 前至后15～30cm處有塑料減層痕跡。

圖5 碰撞發(fā)生時仿真畫面

圖6 T=0.38s時仿真畫面

當(dāng)T=0.38s時，如圖6所示，駕駛?cè)祟^帶安全帽與汽車引擎蓋發(fā)生碰撞，與小型汽車引擎蓋前至后25～30cm，左至右15～20cm 有凹陷痕跡相一致。

當(dāng)T=0.75s時，如圖7所示，摩托車后座乘客頭部與地面發(fā)生碰撞，位置與地面血液痕跡所留部位相一致。

圖7 T=0.75s時仿真畫面

圖8 T=0.93s時仿真畫面

當(dāng)T=0.93S時，如圖8所示，摩托車駕駛?cè)伺c摩托車乘客最終停止位置分別位于摩托車兩側(cè)，與當(dāng)事人陳述相符合。

對于乘員損傷分析，損傷評價準(zhǔn)側(cè)是通過與損傷輕度相關(guān)的物理參數(shù)或由幾個物理參數(shù)組成的函數(shù)來定義，它是用來衡量負(fù)載是否超過了耐受極限所對應(yīng)的閥值，從而判定人體某部位產(chǎn)生損傷的可能性。在汽車與摩托車事故中，摩托車駕駛?cè)伺c乘客的頭部最易產(chǎn)生損傷，交通安全方面最常用的頭部損傷評價準(zhǔn)則為韋恩州立大學(xué)WSTC頭部耐受極限曲線、簡明損傷定級法AIS、以及頭部損傷評價準(zhǔn)則HIC［8］。本為主要介紹HIC 的計算方法，HIC 計算公式為：

其中，t0為碰撞初始時刻；te為碰撞結(jié)束時刻；t1為最大HIC 值對應(yīng)的初始時刻；t2為最大HIC 值對應(yīng)的結(jié)束時刻；a 為人體頭部合成加速度。

圖9 為PC-CRASH 仿真整個碰撞過程輸出的頭部加速度時間圖，3 個峰值分別對應(yīng)摩托車駕駛?cè)祟^部與小轎車引擎蓋發(fā)生碰撞、摩托車乘客頭部與地面發(fā)生碰撞以及摩托車駕駛?cè)祟^部與地面發(fā)生碰撞時的加速度。以摩托車乘客頭部與地面發(fā)生碰撞時為例，取這一過程中加速度最大值時刻相鄰36ms區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，帶入公式可以對摩托車乘員的頭部損傷情況進(jìn)行分析，結(jié)果與真實情況相符。

圖9 頭部加速度時間圖

3 結(jié)語

本文提出了一種小汽車與摩托車交通事故再現(xiàn)分步仿真方法，針對一起典型小汽車與摩托車交通事故進(jìn)行了PC-CRASH 仿真再現(xiàn)，驗證了仿真碰撞信息與事故現(xiàn)場的信息的符合性以及仿真所得的損傷情況與乘員受傷情況的一致性，實例驗證結(jié)果證實了仿真方法的可行性。