小汽车与摩托车交通事故仿真方法研究*

2020-11-17常安德朱晨阳

广东公安科技 2020年3期

常安德朱晨阳陈松

（1.公安部痕迹检验鉴定技术处，辽宁沈阳110035;2.中国刑事警察学院，辽宁沈阳110035）

引言

随着机动车保有量、驾驶员数量及道路里程的不断增加，道路交通安全问题已成为我国最严重的社会难题之一。摩托车作为比较弱势的交通参与方，在发生交通事故时通常后果更加严重。对有摩托车参与的交通事故再现，可以为交通事故处理划分责任提供合理依据，同时对事故进行再现也有利于总结经验提高摩托车驾驶人的安全防护，有效降低交通事故后果的严重性。

PC-CRASH 是奥地利的一款交通事故仿真软件，其分析过程依据力学动量守恒与能量守恒原理，根据事故现场的车辆、地面等痕迹及其他现场信息，反推车辆碰撞过程。PCCRASH具有丰富的车辆库与假人模型，其强大的算法可以同时进行多辆车的碰撞模拟研究，可以进行车辆与车辆、车辆与行人的碰撞模拟研究。

目前对于PC-CRASH 事故仿真的应用研究较多。邹铁方等提出了一种优先模拟出车辆侧滑运动的PC-CRASH 事故仿真方法［1］；伊若愚等提出了一种多车碰撞事故的PC-CRASH 仿真方法［2］；陶孙文等提出了基于PC-CRASH 逆向分步再现仿真方法［3］；吴凯丽等提出了PCCRASH逆向分段事故再现方法［4］。对于小汽车与摩托车的事故仿真，我国学者也做了研究。冉启林等利用PC-CRASH 建立了摩托车与小汽车成90°的碰撞模型［5］；胡林等利用PC-CRASH建立了自行车、骑行人和小汽车的交通事故仿真模型［6］。但目前对于小汽车与摩托车交通事故仿真过程的研究较少。

本文将对小汽车与摩托车交通事故仿真方法本身进行研究，从而提高此类交通事故仿真方法的可操作性。

1 小汽车与摩托车事故仿真方法

在对小汽车与摩托车交通事故仿真时，如果已知事故后摩托车乘员的最终位置，则需引入多刚体摩托车乘员模型，若直接将其引入会增加仿真的复杂性，影响仿真效率；同时摩托车的质量远小于汽车的质量，在与汽车发生碰撞之后，对汽车的行驶轨迹影响较小。因此，本文提出一种基于PC-CRASH 的分步仿真方法，即首先模拟汽车的行驶轨迹，之后引入摩托车乘员多刚体模型进行仿真修正。利用该方法可在满足仿真准确性的基础上大大地提高此类事故的仿真效率。

2 实例验证

2.1 案情简介

2016年11 月某日早上，某地十字路口发生一起小汽车与摩托车交通事故。一辆吉利牌小汽车由北向西右转进入路口，与一辆由东向西行驶进入该路口的雅马哈牌两轮轻便摩托车发生碰撞，由于雾天视线受阻，两者均未做出相应的措施，发生碰撞后小汽车车主顺势向右前方停车，事故造成摩托车乘客头部重伤送往医院救治，摩托车驾驶人因为佩戴安全帽未受伤。事故现场如图1所示。

图1 交通事故现场图

2.2 事故现场信息提取

在利用PC-CRASH 进行事故重建过程中，需要对案例中的信息进行提取。本案例中对车辆进行勘查发现，小汽车前保险杠左侧距离地面20～30cm，前至后20～40cm 有油漆减层痕迹；距地面60～70cm，前至后50～55cm处有凹陷痕迹；引擎盖前至后25～30cm，左至右15～20cm 有凹陷痕迹。摩托车右侧车身塑料保护壳距地面20～30cm，前至后70～100cm 处破损，并伴有油漆增层痕迹；距地面50～80cm，前至后15～30cm 处有塑料减层痕迹。如图2 所示。第一碰撞点往往受力较大易形成凹陷痕迹，因此可推断出两车第一接触部位为小汽车左前方车头与摩托车右侧车身。根据当事人陈述，小汽车由右转道驶入路口，摩托车沿机动车非机动车道分界线处驶进路口，并结合现场其他痕迹分析可得碰撞发生的大致范围。

图2 车辆受损情况

2.3 事故现场重建

根据事故现场图，用autoCAD 进行精确绘图，如图3 所示。小汽车头西尾东停在东西走向道路路口西北侧，右前轮、右后轮距路口西口北侧分别为210cm、210cm；右前轮距路口西口人行横道的东侧边缘为270cm。摩托车头西尾东往右侧侧翻倒在小型汽车东侧，前轮、后轮距路口西北侧边缘分别为590cm、590cm；前轮距小汽车的左后轮的距离为320cm。事故发生在干燥、沥青铺设的平坦道路上，因此不需要对路面进行3D建模，直接把事故图导入PCCRASH中并进行比例尺对标即可，地面摩擦系数取0.8。

图3 antoCAD绘制的交通事故现场图

2.4 模型建立

2.4.1 小汽车模型建立

PC-CRASH 有 DSD、KBA、ADAC、VYS⁃KOCL、DSD JAPAN 5 个单独的车辆数据库，车辆数据库包括车辆尺寸、质量、制造厂商以及行驶参数等。如果事故车型为合资车或者进口车型，可以从PC-CRASH 中找到相应车型直接导入；如果事故车辆为国产车，那么需要找到相似车型，然后根据实车数据修改具体参数。本案例中小汽车型号为吉利牌JL7152L13，修改的参数主要有：前轮距1490mm、后轮距1470mm、车辆尺寸 4547mm × 1734mm ×1470mm、轴距2600mm、空载总质量1620kg等。

2.4.2 摩托车模型建立

在对小汽车与摩托车进行碰撞事故重建时，如果没有摩托车乘员的最终停止位置，则可直接选择PC-CRASH 车辆数据库中的摩托车进行导入，并修改具体参数；如果已知摩托车乘员的最终停止位置，则需要导入摩托车乘员多刚体模型。本案例采用后者方法导入MOT多刚体摩托车模型，修改摩托车模型与成员模型的参数。主要包括摩托车质量、长宽高参数；乘员的质量、身高、年龄；以及乘员与地面摩擦系数、摩托车与地面的摩擦系数、摩托车及其乘客与汽车的摩擦系数。

2.5 事故的仿真与分析

完成事故现场重建、小汽车与摩托车模型导入这2 个步骤后，根据当事人给出的大致速度范围，与事故信息提取得到的其他信息，根据参数敏感度［7］不断调整车辆的速度、小汽车与摩托车碰撞位置及其他重要参数，使仿真中摩托车、摩托车乘员与汽车的接触部位与汽车的损伤部位相一致。通过不断的仿真实验发现，当小汽车速度为22km·h-1，摩托车速度为18km·h-1时仿真的结果与实际情况最为接近。小汽车、摩托车、摩托车乘员最终停止位置与实际位置相一致。如图4所示。

图4 仿真结果与实际现场对比图

当碰撞开始时，如图5 所示，小汽车车头与摩托车车身右侧发生碰撞，形成小汽车前保险杠左侧距离地面20～30cm，前至后20～40cm有油漆减层痕迹；距地面60～70cm，前至后50～55cm处有凹陷痕迹以及摩托车右侧车身塑料保护壳距地面20～30cm，前至70～100cm 处破损，并伴有油漆增层痕迹；距地面50～80cm 前至后15～30cm处有塑料减层痕迹。

图5 碰撞发生时仿真画面

图6 T=0.38s时仿真画面

当T=0.38s时，如图6所示，驾驶人头带安全帽与汽车引擎盖发生碰撞，与小型汽车引擎盖前至后25～30cm，左至右15～20cm 有凹陷痕迹相一致。

当T=0.75s时，如图7所示，摩托车后座乘客头部与地面发生碰撞，位置与地面血液痕迹所留部位相一致。

图7 T=0.75s时仿真画面

图8 T=0.93s时仿真画面

当T=0.93S时，如图8所示，摩托车驾驶人与摩托车乘客最终停止位置分别位于摩托车两侧，与当事人陈述相符合。

对于乘员损伤分析，损伤评价准侧是通过与损伤轻度相关的物理参数或由几个物理参数组成的函数来定义，它是用来衡量负载是否超过了耐受极限所对应的阀值，从而判定人体某部位产生损伤的可能性。在汽车与摩托车事故中，摩托车驾驶人与乘客的头部最易产生损伤，交通安全方面最常用的头部损伤评价准则为韦恩州立大学WSTC头部耐受极限曲线、简明损伤定级法AIS、以及头部损伤评价准则HIC［8］。本为主要介绍HIC 的计算方法，HIC 计算公式为：

其中，t0为碰撞初始时刻；te为碰撞结束时刻；t1为最大HIC 值对应的初始时刻；t2为最大HIC 值对应的结束时刻；a 为人体头部合成加速度。

图9 为PC-CRASH 仿真整个碰撞过程输出的头部加速度时间图，3 个峰值分别对应摩托车驾驶人头部与小轿车引擎盖发生碰撞、摩托车乘客头部与地面发生碰撞以及摩托车驾驶人头部与地面发生碰撞时的加速度。以摩托车乘客头部与地面发生碰撞时为例，取这一过程中加速度最大值时刻相邻36ms区间内的数据，带入公式可以对摩托车乘员的头部损伤情况进行分析，结果与真实情况相符。