汽车与交通安全设施的碰撞事故分析

徐云清

天津市交通教育培训中心 天津 300012

在我们的生活中，交通安全设施随处可见，例如：护栏、交通标志、交通标线、桥梁护网等，起作用就是对使用者进行主动引导、被动防护。而在交通运输领域中，设置交通运输安全设施是为了提高使用者的行车安全。据相关数据显示，汽车与护栏或标志牌立柱等路侧安全设施碰撞事故已经占交通事故的三分之一，这一数据表明汽车与交通安全设施的碰撞事故已成为交通事故的主要类型之一，已经引起国内外的高度重视。

1 交通安全设施概述

1.1 交通安全设施的定义

交通安全设施是道路沿线设置的人行地道、护栏、标柱等设施总称。设置交通安全设施是为了确保车和人的安全性和有序性，使道路作用充分发挥，属于基础设施。目前，生活中随处可见的安全设施有：标线、护栏、隔离栅等。交通安全设施不仅可以减轻事故严重度，还有助于排除各种干扰，为使用者提供路侧保护和视线诱导，同时还有助于改善道路景观[1]。

1.2 设置交通安全设施的现状

公路安全设施的设置需要结合要道路交通运行的实际情况，以实现为驾驶员提供安全的驾驶环境，同时提高道路交通运行整体的安全性与有序性。交通安全设施具有提高交通运行安全性和降低事故发生率的作用。在分析交通设施安全性时，不能只停留在理论层次，要深入到区域实际的地质条件、自然环境等因素当中，了解当地的气候条件以及地质灾害等情况，才能做出可行的安全设施设置方案。但就我国的实际情况来看，我国的交通安全设施尚且存在一定的不足，影响了整体质量。现如今，影响我国交通事故居高不下的主要因素就是交通安全设施，从设置的合理与否和实施的品质高低来看，都落后于发达国家。目前，在我国因交通安全设施设置不合理而导致汽车与护栏碰撞事故经常发生，因此对其进行深入的分析，具有十分重要的现实意义。

2 汽车与交通安全设施的碰撞事故分析

在日常生活中，汽车碰撞各种安全设施的事件时有发生，而本文在其进行分析时，主要是以汽车碰撞护栏事故为例进行分析。

2.1 汽车碰撞护栏运动分析

汽车碰撞护栏过程分为三个阶段，一是碰撞前运动阶段，二是碰撞阶段，三是碰撞后运动阶段，这三个阶段是连续进行的。碰撞前运动通常是指为避免汽车与护栏碰撞通过转向盘的制动和操纵等措施阻止碰撞发生的运动。碰撞阶段是汽车与护栏的接触，这一过程的持续时间通常在0．1 秒到0．6 秒，这是汽车、护栏之间能量交换的过程，以汽车或护栏的变形的方式消耗掉部分动能。在两者初步碰撞后，汽车还会进行其他运动，如：转向、停止、冲破护栏、翻转等。在两者碰撞之后，除发生变形损坏外，还会导致速度过高的汽车发生反弹，进而引发二次碰撞事故。与前者相比，这一阶段的伤害性更大。

2.2 建立汽车碰撞护栏模型

建立汽车碰撞护栏模型共分为三步，分别是：护栏多刚性模型、汽车的有限元模型、车内假人及其约束系统模型[2]。

第一步，护栏多刚性模型。在建立模型时，最难确定的就是护栏的截面形状和几何尺寸，而截面形状和几何尺寸的作用确是至关重要的，不仅能够避免汽车越过护栏，还能够使帮助汽车转向，并且通过吸收碰撞能量来减少汽车损坏和人员伤亡。目前，我国主要是采用NJ 型混凝土护栏结构，其多刚体模型如下图图1 所示：

第二步，汽车有限元模型。汽车有限元模型建立对仿真结果的影响较大。研究对象不同汽车模型也自然不同，既可是整车模型，也可是某部分，而本次研究中汽车有限元模型的建立选择的是整车模型，但计算成员输出参数时却是建立的车厢模型。如下图图2 所示为汽车有限元模型，模型参数如下表表1 所示：

图1 护栏多刚体模型

图2 汽车有限元模型

表1 汽车有限元模型参数

第三步，车内假人及约束模型。在进行车内仿真时，乘员为50百分位假人HYBRID，同时配备安全带。利用37个刚体组成模型，整个假人共有53 个椭球，分别使用不同刚体来进行模拟外部形状，假人的所受的力为假人于接触表面之间的接触，利用模型能够描述汽车与护栏碰撞时假人运动学、动力学特征，在满足生物逼真度，还同时还能够提供准确的伤害值。

2.3 汽车碰撞护栏系统计算模拟条件

车碰撞护栏系统计算模拟条件共有六点。第一，在进行试验时，不考虑护栏在碰撞中的变形破坏和移位。第二，为简化模型，本次的车轮滚动是通过车轮平移进行代替的，故在分析时不需要考虑车辆运行下车轮滚动的影响。第三，在分析时需要考虑碰撞摩擦影响，空气阻力影响不计。第四，需要重点考虑碰撞时主要部位发生的破坏和断裂。第五，为保证车辆的整体性，假设车辆连接良好、关键部分强度够，并且没有大的变形和破坏。第六，在分析时不需要考虑两者之间的端部碰撞。

2.4 结果与分析

在碰撞时，汽车质心处的加速度在X、Y、Z 三个方向呈现出不同结果，其中x 和y 方向加速度最大，因此是重要考虑因素，z方向最小。若碰撞时汽车的速度相同，加速度峰值会随碰撞角度的增加而增加；若碰撞角度相同，汽车加速度峰值会随碰撞速度的增加而增加。从人员受伤角度来看，大角度碰撞时，乘员头部和胸部受的伤害较大[3]。

3 结语

综上所述，目前，汽车与护栏发生碰撞的事件时常发生，严重时还会因此失去生命。常见的碰撞主要有前碰和侧碰两种，但无论是哪种都应该引起人们的重视，并通过采取相关有效措施减少事故的发生。虽然近几年我国汽车主被动安全技术实现了快速的发展，使道路交通安全情况得到了很好的改善，使交通事故的死亡率不断下降，但还需要在汽车设计、道路设计及管理等方面持续努力，利用现代技术和手段尽最大的努力维护交通秩序，以提高人们的出行安全，同时推动道路交通的良好发展。