基于PC-Crash 的二维碰撞事故车辆速度 分析研究＊

彭娅楠

（内蒙古工业大学能源与动力工程学院，内蒙古 呼和浩特 010050）

引言

交通事故的发生往往是突发的、瞬时的，且事故形态具有多样性、复杂性，而传统的计算方法不仅计算过程比较繁琐，同时计算结果与实际情况有一定的偏差。基于PC-Crash的二维碰撞事故车辆速度分析，不仅可以通过软件模拟重现交通事故发生现场，深入形象的了解汽车碰撞的全过程，同时通过软件对车辆运行轨迹进行优化，使模拟的碰撞过程更加接近实际情况，而且车辆速度也是由软件中的统计数据得出，计算结果更加准确[1]。

1 碰撞汽车模型参数确立

PC-Crash软件汽车模型数据库里有五种类型：DSD2006、KBA2006、Vvskocil、ADAC95、DSDJapan2000[2]。首先在数据库中找出与实际碰撞相符合的车型。

其次，确定汽车碰撞的初始位置。交通事故发生后，汽车碰撞的初始位置对于汽车模拟来说至关重要，因为，只有把汽车碰撞的初始位置确定下来，汽车碰撞过程才能进行再现，初始位置是否精准决定了仿真结果准确程度。

对于交通事故再现是否能真正的反应出碰撞的真实过程，除了上述两个因素外，与摩擦系数、驾驶员的反映时间、汽车加速度或减速度、碰撞速度的突变量等因素有关[3]。根据碰撞现场的具体情况进行分析，确定在危险状况即将发生时驾驶员是否意识到危险，是否在面对危险的情况下采取了避险措施，根据碰撞现场遗留下来的轨迹进行分析，判断出驾驶员是否在危机时刻转方向盘，进行方向变换。

确定好汽车的基本参数后，选择三维动力学仿真模型或者运动学模型模拟仿真汽车碰撞事故。

2 碰撞汽车轨迹优化

基本参数确定完成之后，就可以开始进行汽车碰撞仿真，仿真结果与真实的汽车碰撞过程总是存在着无法避免的误差，想要仿真结果更接近于汽车碰撞的真相，轨迹优化是最好的选择。轨迹优化简单的理解就是对碰撞的相关参数优化，例如汽车冲击的速度、碰撞点、碰撞时所接触到的面积、汽车碰撞前后的位置等[4]，最后对优化报告进行分析。

3 汽车碰撞事故案例分析

3.1 案例描述

2016 年3 月的某天，天气晴朗，在内蒙古赤峰市内发生了一起交通事故，甲车由北向南直线行驶，乙车由南向西进行左转，由于在行驶过程中，双方都没有注意到对方。致使甲车车头左侧保险杠与乙车车头右侧翼子板及右侧前轮处发生碰撞；碰撞之后，乙车由于受到甲车的撞击力改变了运动状态，进行旋转运动。乙车车尾右侧翼子板与甲车车尾左侧翼子板再次发生碰撞。碰撞后，乙车旋转约190°后停止，右前轮由于与地面进行摩擦留下印记；甲车碰撞后也由于力的作用最终停在非机动车道，甲车的右前轮胎和都左前轮胎在路面上留下印记。此次交通事故并有没造成人员伤亡。汽车碰撞现场路况良好，沥青路面。

3.2 事故资料调查

（1）在一起交通事故中，对于汽车的受损情况以及轮胎与地面留下的摩擦痕迹勘察统计至关重要，因为受损情况和摩擦痕迹是事故再现不可或缺的一部分[5]。此次交通事故勘查结果是以《道路交通事故痕迹物证勘验》（CA41-2014）为标准[6]。对车体变形的位置和变形量进行统计，为了确定碰撞中心位置。

（2）交通事故的真实情况和碰撞过程只有身为经历者的驾驶人最清楚，因此，我们需要对驾驶员进行访问，了解事故的真相。但是，对于驾驶员所描述事故的真伪还需要工作人员进行判定。

表1 车体痕迹统计结果

对驾驶员进行访问有助于查明真相，分清事故责任，使交通事故能够顺利解决，对于驾驶员的描述，应该按照规定实事求是的做笔录，该笔录可做法律证词，因此不能作假。但是还是有些人素质低，为了逃避法律责任，对于交通事故的陈述只讲对自己有利的事实，甚至更有些人完全扭曲整个事情。

在这起交通案例中两位驾驶员都没有注意到双方，致使甲乙两车发生碰撞。两位驾驶员的陈述已经进行记录，陈述的内容是为仿真过程中需要的参数提供一定帮助。

（3）甲乙两车碰撞现场图

图1 现场CAD 图

3.3 相关参数的确定

（1）根据计算公式可以对甲车的速度v10和乙车的速度v20进行计算，计算过程如下：

现在的速度是根据碰撞现场留下的轨迹进行计算的，但是在真实的碰撞过程中伴随着能量转换，所以在计算车速时要把能量转换考虑进去。在此次碰撞过程中假设甲车向乙车的能量转换为8km/h，因此甲乙两车的碰撞速度如下：

（2）在事故调查资料中了解到，甲乙两车发生碰撞之后，乙车在制动过程中与路面留下了一条清晰的摩擦印迹；而甲驾驶员在碰到紧急状况后，采取转向措施避免碰撞，但是两车依然发生了碰撞，并在碰撞冲击力的作用下在非机动车道停止。因此，我们可以对汽车碰撞的初始位置进行确定。在图1 中汽车的质心位置为：甲车（-3.75，3.20），车头方向为115°；乙车（-1.5，5.60），车头方向为175°。

（3）根据表1 车体痕迹统计结果给出的相关参数，可以知道甲乙两车发生碰撞后变形最大点的位置，甲乙两车在碰撞的瞬间，两车接触的地方会重叠在一起。碰撞点可以在重叠部位任取一点。本案例的重叠初始值设为（-3.4，4.8）。

（4）甲乙两车在行驶的过程中除了驾驶员的重量并没有载重，而驾驶员自身重量对于整个汽车而言可以忽略不计，因此甲乙两车都可以看作空载质量。两车的质心高度可直接从汽车本身参数中采取。经过调查两车质心高度均为0.6m，甲车质心到前端距离为1.275m，乙车为1.38m。

（5）从驾驶员口述的情况来看，乙车碰撞前未采用制动措施，制动减速度为0，碰撞后乙车发生旋转运动，损坏的右轮与地面留下了痕迹，其他车轮未留下痕迹，未制动的汽车在旋转过程中的减速度为3m/s2以下，我们假设为2.4m/s2。甲车在碰撞前也未采取制动措施，而碰撞后采取了制动措施，从轮胎印迹上可以看出，车辆的制性能并为完全发挥作用，也就是说驾驶员未将制动踏板踩到最下端，一般小轿车在干燥路面上的平均制动减速度为5～8m/s2，在这里假设值为6m/s2。

（6）甲乙两名驾驶员都是健康正常的状态下行驶的，反应时间经验值为0.8～1s，在这里假设值为0.9s。

（7）一般车身回弹系数取0.1～0.3，变形量越大，回弹系数越小。这次碰撞中造成的变形一般，取值0.2。

（8）从驾驶员陈述中知道，乙驾驶员采取了转向措施，角度不大，在这里假设为18°，甲车转向角度较大，在这里假设为-32°。

3.4 轨迹优化

图2 轨迹优化报告

从汽车碰撞轨迹优化报告中可以看出来，甲车最后优化出来的速度为20km/h，乙车的最后优化出来的速度为73km/ h。甲车的车头方向为114.7°，乙车的车头方向为175°。碰撞过程中的碰撞点为（-3.55，4.93），摩擦系数为1，回弹系数为0.2。由此可以看出PC-Crash 软件能对交通事故进行初步的分析如图2 所示。

3.5 车速对比

根据碰撞现场的制动痕迹的长度计算得出：甲车的速度为20km/h，乙车的速度为72km/h。与上述汽车的轨迹优化报告中的速度进行对比，得出甲车的计算速度与优化速度一样，而乙车的计算速度比优化速度小，误差为1.3%。甲车的车头方向为115°，乙车的车头方向为175°。与汽车碰撞的轨迹优化报告对比得出：甲车车头的测量方向比优化出的方向小，误差为0.26%，而乙车车头的测量方向与优化的方向完全相同。通过对比得出结论，从整体而言，PC-Crash 软件对汽车碰撞事故的仿真能力大约能够达到98%的精确度。因此，可以说明PC-Crash 软件是能够对交通事故进行仿真再现的，且仿真结果真实可靠。

4 结论

随着汽车数量的增多，交通事故的复杂性和多样性与传统事故计算分析方法的陈旧性和单一性形成严重的不协调，急需利用先进科学的软件对整个交通事故进行判定。本文基于PC-Crash 软件对汽车二维碰撞事故速度进行模拟仿真，根据力学知识对汽车碰撞之前的车速、碰撞前后的位置、摩擦系数、汽车质心等该软件进行汽车碰撞所需要的参数计算方法展开了详细的说明，最后通过对一起典型的汽车碰撞实际案例介绍分析，并对汽车参数进行统计，利用PC-Crash 软件对车辆轨迹进行优化，并将优化结果与计算出的车速进行对比，最终得出PC-Crash 软件处理汽车碰撞事故其结果具有可靠性。