吳凱麗，王 琰，李京澤，岳永恒

(1.東北林業(yè)大學 交通學院， 哈爾濱 150000；2.國家質檢總局 缺陷產品管理中心， 北京 100000)

道路交通事故再現是交通安全的重要研究內容之一。道路交通事故再現不僅能為交通管理部門對事故的責任認定提供科學的依據，更重要的是能為道路事故預防及道路安全設計提供詳實的數據支撐。道路交通事故再現是研究交通事故形成原因的方法之一，以事故現場車輛終態(tài)位置信息、車輛碰撞痕跡及地面痕跡等信息為基礎，運用動力學、運動學基本原理或計算機仿真軟件等技術分析碰撞車輛初始狀態(tài)及交通事故發(fā)生及發(fā)展的全過程。其中，基于計算機仿真技術的道路交通事故再現方法，因以直觀可見的動畫形式再現交通事故碰撞全過程備受交通安全領域專家關注。在眾多道路交通事故仿真軟件中，奧地利DSD公司開發(fā)的Pc-Crash軟件因專業(yè)化及車輛模型精確化等優(yōu)點在國內外得到了廣泛應用[1-5]。

目前，國內基于Pc-Crash的道路交通事故再現主要集中在人車碰撞等事故方面的研究[6-15]。對于多車碰撞逆向分段仿真在文獻[2]中有詳細的論述，但是對于兩車碰撞事故中，因碰撞導致車輛側滑和翻滾等復雜運動過程的事故類型研究較少。由于仿真需要同時控制車輛碰撞過程、碰撞后側滑過程及側翻過程，因而很難確保事故再現過程與客觀事實的一致性。

鑒于此，本文針對車輛追尾碰撞導致車輛側滑及側翻事故，提出一種基于Pc-Crash軟件的逆向分段事故再現方法，首先逆向仿真車輛側翻運動過程，再仿真車輛碰撞滑移運動過程。根據此案例，詳細演示所提出方法的流程，應用動力學方法推演分析兩車碰撞前車速，并與仿真結果中所獲得車速進行比對分析，驗證逆向分段事故再現方法的正確性。

1 基于Pc-Crash的車輛側翻事故的分布再現流程

通常情況下，以道路交通事故現場痕跡為基礎，應用Pc-Crash軟件再現事故發(fā)生過程。其中事故現場痕跡包括碰撞點、碰撞后滑移痕跡、是否存在側翻痕跡或翻滾痕跡、車輛停止位置等重要信息。首先，在Pc-Crash軟件中導入事故現場圖，并調入車輛模型，將其置于碰撞點位置，反復調整兩車碰撞前速度大小及角度，直到仿真中的車輛運動軌跡與現場痕跡相吻合，且最終停止位置與事故現場車輛終態(tài)位置相一致，以此證明仿真中兩車碰撞前速度為實際事故前車速。此方法的不足之處在于：對于較為復雜的多模態(tài)交通事故，中間變量較多，且相互耦合，因此難于獲得合理的結果。例如：當車輛碰撞、滑移，最后發(fā)生側翻時，由于車輛在運動過程中運動狀態(tài)不斷發(fā)生變化，故難以控制仿真中的車輛運動過程以保證車輛運動軌跡與事故現場痕跡相吻合。對此，可以采用逆向再現的方法，分段仿真事故的全過程，即先仿真車輛側翻運動過程，再仿真車輛碰撞過程和之后的側滑運動過程。具體流程如圖1所示。

2 事故介紹

2015年某月某日，某哈弗與帕杰羅越野車同向行駛于哈爾濱市某景觀大道且發(fā)生追尾事故，事故現場圖如圖2所示，事故現場道路及地面痕跡照片如圖3～5所示。根據現場痕跡可以分析出兩車碰撞后向前行駛，向左滑移至對向車道，帕杰羅車沖上對向車道路緣石后駛入人行道并向右轉向，由于速度過快且轉彎半徑過小，在離心力作用下，帕杰羅車發(fā)生側翻。其中，在圖2標記A處為碰撞點位置，標記B處為帕杰羅車沖上對向車道路緣石的位置，標記C處為帕杰羅車發(fā)生側翻的位置，標記D處為帕杰羅車的最終停止位置。

圖1 車輛側翻事故再現流程

圖2 事故現場圖

圖3 事故現場概覽

圖4 事故現場痕跡(圖2B處)

圖5 事故現場痕跡(圖2B到C處)

3 道路交通事故再現

根據逆向分段事故再現方法所提出的仿真流程：首先在軟件中重建事故現場，再構建并調入兩車的車輛模型，然后仿真帕杰羅車側翻運動過程，最后仿真車與車碰撞過程以及之后的側滑運動過程。

3.1 事故現場重建

將CAD繪制的事故現場圖(圖2)導入到Pc-Crash中，選擇圖2中A處與B處之間的實際距離對其進行縮放，考慮到帕杰羅車在向左滑移至對向車道后，沖上路緣石并駛入人行道，因此需要在道路兩側建立與道路長度相同的路緣石和人行道模型。由于事故發(fā)生道路為干燥平坦路面，故將地面摩擦因數設置為0.8，地面坡度設置為0。

3.2 車輛模型的構建和調入

當事故現場重建后，需要構建兩車車輛模型并調入：首先，對事故車輛的主要參數進行采集；其次，在Pc-Crash中打開車輛數據庫調入車輛模型并修改主要參數，依據所測量的事故車輛變形量修改車輛模型的變形量；最后，打開車輛DXF導入車輛二維模型。

3.3 車輛側翻運動再現

當事故現場重建完畢且調入事故車輛模型后，首先仿真帕杰羅車側翻運動過程，在事故現場圖(圖2)中選擇兩車碰撞后側滑軌跡上的某一點，在保證兩車運動軌跡與現場痕跡重合的基礎上，不斷調整兩車的初始速度、相對位置及角度，直至仿真中帕杰羅車的側翻位置與事故現場圖(圖2)中標記的實際側翻位置(C處)相同，且最終停止位置與事故現場車輛終態(tài)位置(D處)相一致。經過反復調整，當帕杰羅車和哈弗車速度分別為87.3 km/h和68 km/h時，仿真中帕杰羅車側翻位置與實際情況相符，如圖6所示，且帕杰羅車最終停止位置與實際停止位置一致(見圖7)。此致認定車輛側翻運動仿真過程是成功的。其中，選取的兩車初始運動狀態(tài)參數如圖8所示。

圖6 帕杰羅車側翻位置(三維)

圖7 帕杰羅車最終停止位置(二維)

圖8 兩車初始運動狀態(tài)參數

3.4 車-車碰撞及之后的側滑運動再現

當再現了帕杰羅車側翻運動后，需要對車車碰撞過程及之后的側滑運動過程進行仿真再現。依據圖1的流程，選取一個合理的時刻作為本次仿真的結束時刻。為保證兩次仿真過程的連續(xù)性，將兩車速度87.3 km/h和68 km/h作為本次仿真結束時的速度。其次，將車輛模型置于碰撞點位置，不斷調整兩車的碰撞前速度和初始相對位置，直到仿真中車輛側滑軌跡與現場痕跡相吻合，且在某時刻兩車的速度分別為87.3 km/h和68 km/h。經過反復調整，當仿真時間為3.80 s時，車輛運動情況符合要求(見圖9)。由此，可以認為車與車碰撞過程和之后的側滑運動過程仿真符合要求，此時帕杰羅車和哈弗車的碰撞前速度分別為80.4 km/h和118.2 km/h(見圖10)。本次仿真中車輛碰撞前運動狀態(tài)參數如圖11所示。

圖9 3.80 s時兩車運動狀態(tài)(三維)

圖10 碰撞前兩車的位置(三維)

4 運用動力學模型推演分析兩車碰撞前車速

根據現場痕跡得知兩車發(fā)生碰撞后，帕杰羅車向對向車道方向滑移距離約120 m，最終停止位置距離車輛與路緣石碰撞點約50 m。哈弗車向對向車道方向滑移約220 m。由采集的車輛信息可知，帕杰羅車的車寬為1.875 m，車高為1.9 m，總質量為2 285 kg；哈弗車總質量為1 836 kg，等效塑性變形量為0.22 m。

圖11 碰撞前兩車的運動狀態(tài)參數

帕杰羅碰撞后行駛速度計算公式為

(1)

式中：重力加速度g=9.8m/s2；S11=120m為帕杰羅碰撞后滑行距離；S12=50m為帕杰羅側翻后滑行距離；B和h分別為帕杰羅車寬和車高；φ11=0.97×0.01+0.08為帕杰羅滑行時橫向附著系數；φ12=0.4為帕杰羅車身滑動摩擦因數。因此，由式(1)可得帕杰羅碰撞后行駛速度v1=26.56m/s，即93.62km/h。

哈弗車碰撞后行駛速度計算公式為

2S2gφ21φ22=0

(2)

式中：重力加速度g=9.8 m/s2;t=3×0.75 s為駕駛員反應時間；φ21=0.225為哈弗車左前輪制動等效附著系數；φ22=0.65為哈弗車制動等效附著系數；S2=220 m為哈弗車碰撞后滑行距離。因此，由式(2)可得哈弗碰撞后行駛速度v2=26.1 m/s，即93.96 km/h。

哈弗碰撞前行駛速度計算公式為

式中：m1為帕杰羅的整備質量；m2為哈弗的整備質量；L=0.22m為哈弗的等效塑性變形量。因此，由式(3)可得哈弗碰撞前行駛速度v20=32.84m/s，即118.22km/h。

帕杰羅碰撞前行駛速度計算公式為

式中：m1為帕杰羅的整備質量；m2為哈弗的整備質量。因此，由式(4)可得帕杰羅碰撞前行駛速度v10=21.23m/s，即76.43km/h。

通過分析計算得出，帕杰羅車和哈弗車的碰撞前速度分別為76.43km/h和118.22km/h。

綜上所述，對于帕杰羅車碰撞前速度，依據Pc-Crash的仿真結果與推演分析結果基本一致；對于哈弗車碰撞前速度，依據Pc-Crash的仿真結果與運用動力學模型推演分析的結果完全一致。因此，驗證了事故再現正確性。

5 結束語

本文所提出的逆向分段事故再現方法可以降低復雜多模態(tài)交通事故仿真難度，提高仿真結果的準確性。本文案例再現分析表明：仿真結果可滿足所有事故現場痕跡信息，且仿真分析中車輛碰撞前速度與基于力學分析推演的兩車碰撞前車速基本相同，因此仿真結果可信度較高。

逆向分段事故再現方法為其他類型的多模態(tài)交通事故仿真分析和研究提供了一個新思路，可為交通管理部門進行責任認定提供有效的技術支撐。

致謝

感謝岳永恒老師、東北林業(yè)大學交通學院實驗室老師和李忠康同學的熱心指導與幫助。