李 昂 王科超 聶振強(qiáng)

（1.沈陽市公安局交通警察局，遼寧 沈陽 110180；2.中國刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽 110035）

引言

1 公路護(hù)欄分類

以碰撞事故為主的公路護(hù)欄事故，由于碰撞位置不確定性大、碰撞類型復(fù)雜、護(hù)欄安全性能不匹配等因素，已成為影響公路交通安全的嚴(yán)重威脅。

公路護(hù)欄的安全性能可以直接影響事故發(fā)生的嚴(yán)重程度。例如：2021 年2 月11 日在湖南G59 呼北高速邵陽段，由于駕駛?cè)似隈{駛，打盹瞬間致車輛失控，車輛在道路上左右碰撞行駛，先刮擦中央護(hù)欄，然后與右側(cè)護(hù)欄發(fā)生碰撞，事故造成1 人受傷、車輛嚴(yán)重變形。此事故中，公路護(hù)欄對保護(hù)交通參與者的安全起著關(guān)鍵作用。因此，在實(shí)務(wù)中對公路護(hù)欄進(jìn)行安全性評價(jià)具有重要意義。

基于對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的了解，PC-Crash仿真可以快速建立車輛與護(hù)欄碰撞模型，分析速度等數(shù)據(jù)變化，可視化模擬整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程。其中效率高，貼合基層實(shí)際應(yīng)用的特點(diǎn)，相比其他方法更適合評價(jià)公路護(hù)欄的安全性［1］。本文基于PC-Crash 軟件，對一起車輛碰撞護(hù)欄的真實(shí)事故進(jìn)行仿真再現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)安全性評價(jià)，為公路護(hù)欄事故微觀分析提供參考。

關(guān)于公路護(hù)欄的分類，國內(nèi)外專家學(xué)者已根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行了詳細(xì)分類［2］，梳理分類情況（見表1）。

表1 公路護(hù)欄分類

2 PC-Crash 軟件介紹

PC-Crash 是奧地利的一款交通事故再現(xiàn)軟件，依據(jù)力學(xué)動(dòng)量守恒與能量守恒的基本理論，可以根據(jù)事故現(xiàn)場信息模擬出交通事故涉事車輛碰撞發(fā)生過程，進(jìn)而推出碰撞前的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，從而分析交通事故成因與交通事故責(zé)任認(rèn)定［3］。

PC-Crash 軟件可以模擬車-車碰撞事故、車-摩托車碰撞事故、車-行人碰撞事故以及單車碰撞事故。用PC-Crash 軟件進(jìn)行事故仿真時(shí)，首先導(dǎo)入事故現(xiàn)場圖與車輛模型，設(shè)定路面摩擦系數(shù)，然后以現(xiàn)場的痕跡與車輛最終停止位置信息為依據(jù)，不斷調(diào)整碰撞速度、碰撞角度、制動(dòng)情況等參數(shù)進(jìn)行仿真，當(dāng)仿真后的車輛最終停止位置與痕跡位置情況與實(shí)際情況相符合時(shí)，就可以認(rèn)為該仿真結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合。

3 公路護(hù)欄安全性評價(jià)

3.1 事故基本情況

2009 年某月某日，某市某農(nóng)村公路線上，駕駛員駕駛大眾牌汽車沿該線由西向東在右側(cè)車道內(nèi)正常行駛。由于方向盤突然失控，不慎與車道南側(cè)的護(hù)欄端頭發(fā)生碰撞，導(dǎo)致駕駛員受傷，車輛及護(hù)欄有不同程度損壞，以下為事故現(xiàn)場圖，如圖1 所示。

圖1 事故現(xiàn)場圖

3.2 事故PC-Crash 仿真

3.2.1 事故信息采集

根據(jù)交通事故現(xiàn)場勘查筆錄及該路段護(hù)欄相關(guān)資料，采集事故現(xiàn)場信息。

（1）環(huán)境信息采集?，F(xiàn)場位于某農(nóng)村公路線上，該路段呈東西走向，單向兩車道。道路兩側(cè)設(shè)有隔離護(hù)欄，標(biāo)志標(biāo)線齊全有效。瀝青干燥路面，平坦寬直，視線良好。夜間無路燈照明。

（2）車輛信息采集。采集的事故車輛信息如表2 所示。

表2 事故車輛信息

車輛受損情況：后保險(xiǎn)杠脫落，右側(cè)B 柱向內(nèi)凹陷0.40，前門、后門彎曲變形，并有黑色漆皮脫落。

（3）護(hù)欄信息采集。采集的事故護(hù)欄信息（見表3）。

表3 事故護(hù)欄信息

3.2.2 仿真參數(shù)輸入

在PC-Crash 軟件庫中調(diào)用道路、車輛和護(hù)欄端頭模型，依據(jù)事故現(xiàn)場信息調(diào)整參數(shù)，使得模型與真實(shí)道路、車輛和護(hù)欄盡可能相符，輸入車輛重心位置、車輛與護(hù)欄碰撞位置等初始參數(shù)。

（1）環(huán)境參數(shù)。根據(jù)采集的環(huán)境信息，路面為瀝青、干燥地面，并設(shè)置路面附著系數(shù)為0.8（dry）。由于事故發(fā)生在平坦寬直的公路上，涉及范圍僅包括由西向東兩車道，不需要詳細(xì)繪制地形，可直接利用PC-Crash 軟件自帶繪圖工具進(jìn)行繪制。

（2）車輛模型參數(shù)。根據(jù)采集的車輛信息，導(dǎo)入大眾牌小型轎車Jetta 2.0 FSI 模型，調(diào)整車長、車寬、車高、空重等參數(shù)，設(shè)置重心高度為0.55 m，車輛前排乘員質(zhì)量為126kg，后備箱載質(zhì)量為35kg，車輛制動(dòng)遲滯時(shí)間為0.18s，制動(dòng)距離為100m。

（3）護(hù)欄端頭模型參數(shù)。根據(jù)采集的護(hù)欄信息，導(dǎo)入護(hù)欄端頭模型，模型初始位置為（20.900,0.000）。

3.2.3 事故過程仿真

根據(jù)事故發(fā)生情況的具體分析，設(shè)置PCCrash 軟件仿真操作順序，定義車輛碰撞點(diǎn)，不斷調(diào)整車輛行駛速度、行駛方向和碰撞點(diǎn)坐標(biāo)，使得碰撞仿真過程接近事故真實(shí)過程，車輛行駛軌跡和最終停止位置與事故現(xiàn)場圖基本吻合。

3.3 提高仿真準(zhǔn)確度

在不考慮參數(shù)權(quán)重的情況下調(diào)整各個(gè)仿真參數(shù)，導(dǎo)致仿真效果與實(shí)際事故情況相差較大，同時(shí)也增加了車輛碰撞護(hù)欄后繼續(xù)行駛角度及車輛停止位置等的誤差，如圖2（a）所示。若依據(jù)現(xiàn)有車輛碰撞護(hù)欄事故仿真參數(shù)敏感性分析得到的參數(shù)權(quán)重有針對性地優(yōu)先調(diào)整敏感性較強(qiáng)的參數(shù)，微調(diào)敏感性較弱的參數(shù)，則能夠在較短時(shí)間內(nèi)得到與實(shí)際事故情況大致符合的仿真效果［4］，如圖2（b）所示。由于車輛碰撞護(hù)欄后繼續(xù)行駛角度的誤差值控制在3%左右，故在誤差允許的范圍內(nèi)認(rèn)為利用PC-Crash軟件對車輛碰撞護(hù)欄全過程的仿真結(jié)果合理，提高了該事故仿真的準(zhǔn)確度［5］。

圖2 仿真效果圖

3.4 仿真結(jié)果分析

3.4.1 護(hù)欄端頭防撞性分析

（1）護(hù)欄端頭吸能性分析。護(hù)欄端頭模型在0.43s 時(shí)吸收能量值最大，為10.1kJ。未達(dá)到我國二級護(hù)欄70 kJ 的碰撞吸收能量，說明事故護(hù)欄端頭在事故車輛碰撞時(shí)不能滿足吸能要求（見圖3）。

（2）護(hù)欄端頭橫向永久位移分析。護(hù)欄端頭模型的橫向永久位移值約為15cm，小于規(guī)范值50cm。結(jié)合事故現(xiàn)場照片上護(hù)欄變形情況，如圖4 所示，事故護(hù)欄端頭的橫向永久位移滿足護(hù)欄端頭防護(hù)的變形要求。

圖4 事故現(xiàn)場照片（護(hù)欄變形情況）

3.4.2 護(hù)欄端頭導(dǎo)向性分析

根據(jù)事故現(xiàn)場照片和碰撞仿真過程，可以判斷由于方向盤失控，車輛在碰撞護(hù)欄端頭前開始橫轉(zhuǎn)，直至車輛最終停止橫轉(zhuǎn)。由于無法按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置導(dǎo)向駛出框，且車輛最終停止位置容易發(fā)生二次碰撞事故，故不能滿足護(hù)欄標(biāo)準(zhǔn)段導(dǎo)向功能的基本要求。

3.4.3 車載乘員安全性分析

車輛模型沿側(cè)向的加速度為質(zhì)心加速度最大分量，數(shù)值為1.14g，如圖5 所示，即車輛各個(gè)方向的質(zhì)心加速度均小于規(guī)范值20g，滿足車載乘員的安全性要求。

圖5 車輛模型質(zhì)心加速度

綜合上述，護(hù)欄端頭防撞性分析、導(dǎo)向性分析和車載乘員安全性分析三個(gè)方面可知，事故護(hù)欄端頭若不具有較好的安全防護(hù)性能，在車輛碰撞時(shí)可能會(huì)造成車輛損壞和乘員受傷。同時(shí)根據(jù)事故車輛技術(shù)檢驗(yàn)報(bào)告和醫(yī)院診斷書，驗(yàn)證該事故護(hù)欄端頭的現(xiàn)實(shí)安全性確實(shí)不滿足公路防護(hù)需求，建議該路段重新選擇、更換護(hù)欄端頭。

4 結(jié)論

本文對一起車輛碰撞護(hù)欄事故實(shí)例深入分析，利用PC-Crash 軟件對小型轎車碰撞直立式波形梁護(hù)欄端頭過程進(jìn)行了仿真，依據(jù)仿真結(jié)果從防撞性、導(dǎo)向性以及車載乘員安全性展開分析，綜合評價(jià)了該路段護(hù)欄安全性并提出優(yōu)化建議。