汽车正面碰撞事故车速预测模型仿真研究

史季青，曹文娟

（长安大学，陕西 西安 710064）

汽车正面碰撞事故车速预测模型仿真研究

史季青，曹文娟

（长安大学，陕西 西安 710064）

为了能有效准确地根据事故现场情况预测出碰撞前车辆的运行车速情况，文章利用反推算法，遵循相关物理定律，构建正面碰撞事故中车辆相关参数及道路条件与车速的函数关系，并基于Visual Basic平台搭建车速预测模型并进行实测验证。结果表明，所构建模型的误差率较低，所构建模型、系统是正确高效的，可用于正面碰撞事故的车速预测研究工作。

事故再现；汽车交通事故；Visual Basic；速度再现

CLC NO.:U467.14Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)03-44-03

前言

近些年，我国汽车保有量持续增加，其中引发的一个问题就是道路交通安全事故的频繁发生[1]，为了辅助鉴定事故当事人的责任，准确、快速事故再现有着非常重要的现实意义[2]。针对应用情况，交通事故再现的方法分为反推法与正推法[1]；从体系来分，交通事故再现方法包括理论计算以及软件模拟与分析[3-4]；从手段来分，交通事故再现方法包括经验公式与数值模拟[5]由于在道路交通安全事故中，人车事故再现受到较多学者同僚的研究，而有关车辆间碰撞的研究少之又少。所以，对车辆见碰撞的研究有一定的现实意义。

本文旨在根据车辆碰撞位置和停止位置以及车体上碰撞位置的形变特性，采用反推算法，结合现场勘查得到的数据，进行科学的分析，经过大量的案例分析对比，利用力学知识研究分析汽车碰撞，建立汽车正面碰撞的物理、数学模型，构建正面碰

撞事故中车辆相关参数及道路条件与车速的函数关系，并基于VB平台搭建车速预测模型并进行实测验证。

1、模型的初步建立

车辆间的碰撞事故属随机事件，全部过程时间仅有0.1～0.2s[1]，因而无论当事人或目击者，都很难准确详实地说明事故发生的全过程。只有通过车辆本身的参数，通过现场勘查得到的数据，进行科学的分析，经过大量的案例分析对比，才能得到切合实际的分析模型。

1.1 数据采集

事故现场的数据采集部分主要包括以下部分：

1）汽车基本参数：包括车身外廓尺寸、载质量、是否装备ABS等；

2）汽车碰撞接触变形量：包括碰撞变形部位的凹陷深度、左右侧剩余长度、剩余宽度及事故后汽车剩余轴距等；

3）洒落物情况：包括撒落物名称(如风档玻璃、大灯玻璃、转向灯或小灯玻璃或塑料块、保险杠等)及其洒落分布情况。

4）道路情况及路面遗留痕迹：包括路面摩擦系数(由路面种类、新旧情况及天气情况等推算)、制动拖印、碰撞造成的制动拖印转折、因碰撞或转弯形成的弧状横滑擦痕、车体与路面的划痕等。

1.2 事故再现的方法

碰撞速度是事故处理和鉴定的一项重要指标，每一种事故再现方法都是以某一特殊前提和特定假设为依据的。事故再现方法可以分为碰撞计算（反推算法）、运动方程计算（前推算法）以及以碰撞计算为理论基础的图解法三种方法。通常，车辆碰撞事故再现技术一般可按下述步骤进行：

本文采用反推算法。利用反推算法确定碰撞速度的计算方法的基本物理定律包括：动量守恒定律，角动量守恒定律和能量守恒定律。计算碰撞速度所必需的数据包括：碰撞后车辆最终静止位置、事故印迹、损坏、碰撞后运动距离、碰撞状态、碰撞前制动和滑移印迹。这些数据能够给出车辆碰撞前的运动状态的大致变化范围，从而可以得到碰撞前速度的一个大致变化范围。

1.3 制动距离与车速关系

汽车在正常行驶过程中，驱动力F必须大于行驶阻力，在小于或等于附着力时，轮胎无滑转，当驱动力大于附着力时，地面施加于汽车的驱动力等于附着力，而剩余的力通过轮胎与地面之间的滑转摩擦所消耗，故可列出下列等式：

式中： m—汽车的质量 kg；a—汽车的加速度m/ s2；μ—滚动阻力系数；W—驱动轴荷重 N；

frW—车辆总重 N；k—驱动轴占总轴数比 （后轴驱动时k≈0.5，全轮驱动时k=1）。

据相关研究，当时间为0-1.2s，a=1.63t（m/s）；1.2s后， a=1.96（m/s）。基于此，经相关理论及数学变换，可得到：

2、模型构建

2.1 正面碰撞等效模型

设正面碰撞的两车是同型车，即质量m1=m2。此时，碰撞后两车的运动状态和变形量是相同的，两车在对称面上，各点的运动均为零，这样就可将对称面完全等效为刚性墙壁。

如果两车不是同型车，即m1≠m2，A车和B车碰撞时速度分别为v01、v02，可得到碰撞后两车的速度：

式中ve1和ve2为有效碰撞速度。

2.2 正面碰撞前后的车速

汽车正面碰撞时，相互作用的时间极短，而冲击力却极大，故其他外力的作用可以忽略不计。根据动量守恒定律可求得碰撞后的速度：

由式(5)和(6)可得到事故车辆正面碰撞速度，其步骤如下图所示：

3、模型应用实例

利用Visual Basic 构建汽车交通事故速度再现系统。该系统可根据事故现场所采取的相关数据及正面碰撞等效模型，推算出正面碰撞前两车的运行车速。其界面如图3所示。

根据相关事故数据报告，进行仿真验证，得到结果如下：

表1 模型仿真验证结果

4、结论

(1)文中车对车碰撞事故再现系统采用Visual Basic计算机语言编写,可在Windows操作系统下直接运行，环境适应性强。

(2)文中所构建模型设置参数包括事故车辆的载质量、制动印迹长度、附着系数、塑形变形量和制动轮数，这些参数可有效的描述事故现场，为事故还原奠定基础。

(3)文中所构建模型的平均预测误差为12.70%，可有效用于正面碰撞事故的车速预测研究。

[1] 许洪国，道路交通事故分析与处理[M].人民交通出版社.2004.10.

[2] 魏朗，陈涛.车辆碰撞事故空间模拟再现系统开发研究[J].中国公路学报. 2003, 16(4):813-818.

[3] 袁泉.交通事故再现的几个关键问题探讨[J].汽车科技,2001,(2):26.

[4] 袁泉，李一兵.车辆碰撞事故再现技术研究的现状与发展方向[J].公路交通科技.2002, 19(2):11-12.

[5] 袁泉，张高强，郭锐，等.交通事故车速分析理论方法的研究进展[J].交通运输工程与信息学报.2009, 7(2):21-26.

Reconstruction simulation of vehicle frontal collision accidents

Shi Jiqing, Cao Wenjuan
（Chang’ an University, Shaanxi Xi’ an 710064）

In order to effectively and accurately predict vehicle running speed before collision according to the scene of the accident, by virtual of back stepping, this paper follow the principle of Physics, constructed the function between vehicle frontal collision related parameters, the road conditions and vehicle speed. Based on the Visual Basic, we have set up speed prediction model and testified in practice. The results show that, the error of constructed model rate is low, the model and system is correct and efficient, which can be used to predict the speed of frontal collision accident research.

accident reconstruction；motor vehicle accident；Visual Basic；reproduction speed

U467.14

A

1671-7988(2014)03-44-03

史季青，硕士研究生，就读于长安大学。