龚鹏飞

（1.南京航空航天大学民航学院，南京211106；2.江苏警官学院现代教育技术中心，南京210031）

0 引 言

道路交通事故现场的安全防护不当易引发二次事故，对事故处置现场的交通警察和相关人员的生命、财产安全构成严重威胁。为进一步保护道路交通事故现场，避免过往车辆误入交通事故处置现场造成二次事故，参与交通事故现场处置的车辆应在现场上游来车方向防御性停放。这种防御性停放一方面能够最大限度地保护现场的交通警察和其他工作人员的人身安全；另一方面也尽量减少对经过附近的车辆的影响，保障其行车安全。消防部门提出了消防车的防御性停放方法，即消防车在事故现场的停放位置都是与道路的前进方向成大约30°的夹角，这种停放方式被称之为防御性停放［1-2］。在这种防御性停放方式下，如有过往车辆误闯入，可以通过防御车辆的偏转消耗掉部分冲击力，避免停放在事故现场外围的车辆被闯入事故处置现场，确保事故处置现场人员的人身安全。对于这类二维非完全弹性碰撞问题，理论分析还没有令人满意的方法［3-6］，需要经过仿真分析等方法进行进一步的验证。

本文基于PC-Crash软件，通过对误闯入车辆与防御车辆的碰撞实验，来验证不同种类的车辆在各种停放方式下的防御效果，在此基础上提出交通事故现场处置车辆的防御性停放方法。

1 PC-Crash仿真软件简介

PC-Crash仿真软件是用于模拟交通事故发生前、发生过程和发生后各参与交通事故的车辆的运动轨迹的仿真软件，能够对各种机动车碰撞和其他类型的交通事故进行精确分析［7］。该软件包由PC-Crash和PCRect两部分构成，其中PC-Crash 为事故再现分析系统，其中包含有轨迹、拖车、多刚体模型及碰撞模型等，可实现对常见事故形态的模拟分析［8］，截至目前的最新版本是PC-Crash 12.0；PC-Rect 可将现场拍摄所得图片转换成再现分析系统所需的DXF文件，最新的汉化版本是PC-Rect4.2。PC-Crash以运动学和动力学原理为基础建立多组物理和数学模型，反映事故过程中诸元素相对运动及相互作用状态和内在联系，具有建模方便、仿真结果可靠等优点［9］。近年来，PC-Crash在我国的相关教学、科研和公安交通管理实践中应用非常广泛。周华等［10］针对“汽车事故工程”课程设计了基于PC-Crash的车事故再现实验用于汽车事故教学；杨建军等［11］设计了基于PC-Crash 的人车碰撞事故仿真实验用于本科实验教学。邹铁方等［8-9］基于PC-Crash仿真实现车-人事故再现、车辆侧滑事故再现；黄家城等［12］研究了基于PC-Crash 的事故数字化再现方法；彭娅楠［13］利用PC-Crash 软件对汽车二维碰撞事故进行仿真并推算汽车碰撞前的速度；何烈云［14］将PC-Crash用于直接线性变换法测算车速的误差修正；张诗波等［15］利用PC-Crash 提出了一种具有动力学响应输出的公路避险车道事故三维仿真方法；王宏雁等［16］分析了PC-Crash 仿真时各参数对仿真结果的影响程度。

PC-Crash对交通事故的仿真，有正向法和逆向法两大类。逆向法即根据交通事故现场调查所得的交通事故当事各方的各种信息，反推交通事故发生前瞬间各方的位置和运动状态，即所谓的事故再现，公安机关交通管理部门根据交通事故现场调查所得的资料，利用PC-Crash将事故涉案车辆由碰撞后的终止位置反推回碰撞前的运行状态来分析交通事故的成因，然后根据相关法律规范认定当事人的责任并制作交通事故认定书。正向法是从交通事故各参与方在事故前的运动状态，推演至交通事故发生前瞬间各参与方的运动特征，并最终推算出交通事故参与方最终位置等特征信息［11］。本文提出的交通事故现场处置车辆的防御性停放实验是一种正向法，即先假定交通事故发生前误闯入车辆和防御性车辆的位置和运动状态，推算出误闯入车辆和防御性车辆碰撞后的最终位置等特征信息。

2 仿真实验设计

2.1 仿真实验的目的

如图1 所示，交通事故现场处置车辆即防御1＃车辆，误闯入的为2＃车辆。以误闯入车辆与防御车辆碰撞时的接触点作为平面直角系的坐标原点，本实验的目的是通过PC-Crash 仿真来验证不同类型的防御车辆在不同的停放角度（与道路前进方向的夹角θ）下被误闯入车辆撞击后沿x 轴方向前进的距离（本文称为有效防御距离）来评价防御效果。有效防御距离以x坐标值表示，x值越小，表示防御效果越好，反之，防御效果越差。本仿真采用的软件是PC-Crash 12.0 中文版。

图1 PC-Crash仿真实验设计示意图

2.2 仿真参数

（1）防御车辆。处理道路交通事故的车辆，通常有警车和清障车（拖车），根据人员伤亡、火灾、道路及基础设施损坏等情形还可能有救护车、消防车、工程救险车等。其中，救护车因为其“救死扶伤”的特性，显然不宜作防御车辆，剩下的警车、清障车、消防车及工程救险车中，警车多为小轿车，清障车、消防车和工程救险车多为大型车辆。为表述方便，本文把防御车辆分为2 类：一类是小型车辆（警车）、另一类是大型车辆（消防车、工程救险车或者清障车）。小型车辆从PC-Crash的车辆数据库中选取VW-Jetta 2，车质量设为1 500 kg、重心高度设为0.5 m，摩擦系数取0.5，其他参数见图2。大型车辆从PC-Crash的车辆数据库中选取VW-LT 35D，车重设为15 t、重心高度设为0.7 m，摩擦系数取0.5，其他参数见图3。

图2 小型防御车辆参数设置示意图

图3 大型防御车辆参数设置示意图

（2）误闯入车辆。对于误闯入车辆，本文考虑比较危险的误闯入情况，假设一辆总质量15 t的大型车辆闯入，误闯入车辆的其他参数的设置同大型防御车辆（见图3）。

2.3 仿真步骤

根据《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》的规定，在没有道路中心线的城市道路，车辆的限速为不超过30 km／h；同方向只有1 条机动车道的城市道路，车辆的限速为不超过50 km／h；城市快速路的限速通常不超过80 km／h。因此本仿真假定误闯入车辆的车速分为30、50、80 km／h 3 种情况；防御车辆分为小型车辆和大型车辆两类；防御车辆的停放角度θ（见图1）从0° ～90°，间隔5°作为仿真步长；共计3 ×2×19 ＝114 种情况。

3 仿真结果及分析

3.1 仿真结果

（1）以小型车辆作为防御车辆，误闯入车辆的车速分为30、50、80 km／h时防御车辆的停放角度θ与防御车辆在被撞击后最终停止位置在x 轴的坐标如图4所示。

图4 小型防御车辆在不同的停放角度θ下被不同车速车辆撞击后最终停止位置

（2）以大型车辆作为防御车辆，误闯入车辆的车速分为30、50、80 km／h时防御车辆的停放角度θ与防御车辆在被撞击后最终停止位置在x 轴的坐标如图5所示。

3.2 仿真结果比较分析

根据仿真结果，误闯入车辆以不同的车速撞击小型防御车辆及大型防御车辆时，有效防御距离的最大值xmax、最小值xmin及对应停放角度θ之间的关系见表1、2。

图5 大型防御车辆在不同的停放角度θ下被不同车速车辆撞击后最终停止位置

表1 小型车辆的防御效果对比表

表2 大型车辆的防御效果对比表

从仿真结果可以看出，采用小型车辆作为防御车辆时，当误闯入的大型车辆的速度是30 km／h时，最佳的防御角度θ ＝40°；当误闯入的大型车辆的速度是50 km／h时，最佳的防御角度θ ＝30°；当误闯入的大型车辆的速度是80 km／h时，最佳的防御角度θ ＝10°。采用大型车辆作为防御车辆时，当误闯入的大型车辆的速度是30 km／h 时，最佳的防御角度θ ＝35°；当误闯入的大型车辆的速度是50 km／h 时，最佳的防御角度θ ＝30°；当误闯入的大型车辆的速度是80 km／h时，最佳的防御角度θ ＝20°。因此，无论是采用小型车辆或是大型车辆作为防御车辆，当防御车辆一定的时候，最佳的防御角度都是随误闯入车辆的速度增加而减少的。无论采用哪种车辆作为防御车辆，当以中速（50 km／h时）相撞时，最佳的防御角度都接近30°。对比图4、5 可见，采用大型车辆作为防御车辆的效果明显优于小型车辆作为防御车辆。由表1、2 可见，在误闯入车辆、防御车辆和撞击速度都一定的情况下，防御车辆采取合适的停放角度θ能使有效防御距离减少20.2% ～47.4%，说明仅改变防御车辆的停放角度也能有效提高防御效果。

4 结 语

本文采用PC-Crash 12.0 中文版软件，通过模拟误闯入交通事故处置现场的车辆与防御车辆的碰撞仿真，来验证不同种类的车辆在不同的停放方式下的防御效果。仿真结果表明：大型车辆的防御效果要明显优于小型车辆；当防御车辆一定时，最佳的防御角度都是随误闯入车辆的速度增加而减少的；当误闯入车辆的速度位于中速（50 km／h）时，防御车辆与道路前进方向的夹角在30°左右时防御效果最佳；在误闯入车辆、防御车辆和撞击速度都一定的情况下，防御车辆仅采取合适的停放角度θ 能使有效防御距离减少20.2% ～47.4%。因此，当交通事故现场处置车辆中有消防车、工程救险车或者清障车等大型车辆时，要把这些大型车辆停放在处置现场最外围的位置进行防御。如果只有警车等小型车辆，要根据道路的设计车速，提高防御距离（防御车辆停放位置到事故处置现场之间的距离），在没有道路中心线的城市道路、同方向只有1 条机动车道的城市道路以及城市快速路的防御距离分别不少于5、15 和35 m。防御车辆应与道路前进方向成30°左右夹角，在设计车速较高的城市快速路上时，可以适当减少夹角。