車輛行人事故碰撞速度重建技術研究

車興平，謝靜茹，黃 云，明健雄，邱金龍，趙 輝

（陸軍軍醫大學第三附屬醫院野戰外科研究所車輛／生物碰撞安全重慶市重點實驗室，重慶 400042）

2016年，我國發生車輛與行人交通事故48 006起，造成16 525人死亡，40 114人受傷。事故起數和死亡人數占比達22.55%和26.19%［1］。行人作為弱勢交通參與方，損傷嚴重度較高，根據交通事故數據統計，行人事故的重傷和死亡比例達80%［2］。車輛行駛速度的準確重建對事故責任認定、保險理賠、人體損傷生物力學研究具有重要意義。相較于其他類型的交通事故，車輛行人事故現場痕跡、車輛變形痕跡、散落物較少，加之駕駛員采取制動、避讓措施和行人本身的應急反應，使得行人事故車速準確重建仍具有較大的難度和不確定性。

目前車輛行駛速度重建通常按照國家標準GB／T 33195—2016《道路交通事故車輛速度鑒定》實施，其中包括制動痕跡法和行人拋距法。制動痕跡法是根據輪胎在地面留下的制動拖印、壓印或側滑痕跡進行計算，但由于現有的車輛普遍配備ABS系統，事故現場往往難以留下明顯的制動痕跡。行人拋距法是根據碰撞點與人體最終停止點的距離計算車速，由于行人事故現場散落物、路面痕跡少，難以確定碰撞點的位置，而且現有方法只適用于卷繞拋射和向前拋射［3］，因此行人拋距法的應用范圍也很有限。

除了上述兩類方法外，許多研究者也利用新技術、新方法對車輛行人事故車速重建進行了研究。有學者根據行人與擋風玻璃、燈罩等易碎部件發生碰撞后形成的范圍分布場，通過散落物運動方程計算車輛行駛速度，但模型中試驗參數需要通過參數擬合確定，魯棒性較低，因此由擬合參數帶來的誤差較大［4］。人車事故中，平頭車或高速行駛的長頭車往往導致人體頭部與擋風玻璃發生碰撞，可以利用風窗玻璃凹陷變形深度和裂紋半徑計算車輛行駛速度［5］。Jun Xu等［6］基于沖擊動力學和薄板理論建立了擋風玻璃凹陷變形深度-碰撞速度模型。劉文君等［7］利用有限元模擬仿真和遺傳神經網絡，通過行人損傷信息對車輛碰撞速度進行估計。總之方法很多，但有效性并未經過大量真實案例的驗證。

包絡距離（wrap around distance，WAD）是指車輛前保險杠正下方的地面到行人頭部與車輛接觸位置所包繞的曲線長度［8］，WAD值顯然是與車輛碰撞速度有相關性的，而且車輛與成年行人碰撞后，一般都可以測量到WAD值，這為人車事故車速重建提供了一種新的方法。

事故數據記錄器（event data recorder，EDR）也稱為汽車中的“黑匣子”，它可以記錄豐富的事故信息，包括碰撞前5 s內車輛的行駛速度、碰撞瞬間速度、碰撞過程中速度變化量、采取制動的時間、駕駛員轉向操作、安全帶是否使用等多項數據。EDR記錄的碰撞速度對傳統車速重建方法的驗證和新方法的研究有重要意義。本文的研究目的是利用采集到的具有EDR數據的人車事故，對行人拋距法的準確性進行驗證，并建立基于行人包絡距離的車速重建計算方法。

1 方法

1.1 數據資料

通過交通事故深度調查，采集具有EDR數據的典型人車碰撞事故案例。典型案例定義為車輛與行人接觸后，行人運動狀態為卷繞拋射和向前拋射的事故，排除側面刮撞、人從車頂翻過和碾壓等非典型事故。數據來源于重慶市八益交通事故司法鑒定中心、重慶市交巡警總隊和重慶市交通行政執法總隊。采集的信息包括EDR數據、制動痕跡長度、行人拋距、行人身高和WAD值。統計學分析采用SPSS18.0軟件進行，檢驗水準α＝0.05，以P＜0.05為有統計學意義。

1.2 WAD標準化

為消除行人身高對WAD值的影響，定義包繞比（wrap-around ratio，WRR）為 WAD值除以行人身高，計算公式如下：

1.3 行人拋距計算模型

行人拋距法計算模型來源于國家標準GB／T 33195—2016《道路交通事故車輛速度鑒定》，計算公式如下：

式中：v為交通事故瞬間汽車車速（m／s）；ψ為行人滑動附著系數；x為碰撞接觸點到人體質心最終停留位置的直線距離（m）；h為碰撞時行人質心高度（m）。

2 結果

2.1 事故基本信息

采集到27例有EDR數據的典型案例，其中有路面制動痕跡的案例4起；可明確行人拋距的事故11起；可明確WRR值的事故22起。

2.2 拋距法驗證

在11起可明確拋距的事故中，排除1起車輛拖行行人導致拋距存在較大誤差的案例。計算中瀝青路面行人滑動附著系數取1.1，碰撞時行人質心高度取行人身高的0.56倍。經統計分析，拋距法計算誤差最大值為24 km／h，最小值為1 km／h，相對誤差最大值為36.7%，最小值為1.5%，平均相對誤差7.1%（圖1）。

圖1 拋距計算方法誤差圖

2.3 碰撞速度－WRR模型

以碰撞速度為橫坐標，WRR為縱坐標繪制散點圖，圖2（a）表明隨碰撞速度增加，WRR值增加，兩者之間具有明顯正相關性，Pearson相關系數r＝0.65。將車輛按照車型不同分為轎車組與SUV組，圖2（b）顯示不同車型分組間具有差異，在相同的碰撞速度下，轎車組WRR值高于SUV組。

對轎車組和SUV組分別進行曲線擬合，結果表明：轎車組Pearson相關系數 r＝0.74；SUV組Pearson相關系數 r＝0.85（圖3）。

圖2 WRR-碰撞速度關系

圖3 轎車組與SUV組擬合曲線

以碰撞速度速度（km／h）為因變量，WRR和發動機罩前緣高度（m）為自變量做多元線性回歸，建立回歸方程：

統計結果表明：P＝0.000＜0.05，R2＝0.77，有統計學意義。

3 討論

在27例人車事故中，4起有車輛制動痕跡，僅占事故總數15%。這是因為行人事故多發生于城市道路，事故車型以小型汽車為主，ABS的作用導致現場很少留下制動痕跡，因此制動痕跡法在多數情況下無法適用。事故中行人拋距的計算依賴于碰撞點的位置，27例事故中，交警部門均無法明確碰撞點的具體位置，只能依靠第一散落物的起點近似作為碰撞點，但也僅有37%的事故可以明確行人拋距。經過EDR數據驗證，拋距法平均相對誤差為7.1%，最大相對誤差達36.7%，在交通事故司法鑒定領域，車速的準確重建涉及到責任認定，這樣的結果也是不夠理想的。而典型人車碰撞中，均可以通過車輛勘察確定WAD值，因此包繞率法具有更廣泛的應用范圍。

WRR值與碰撞速度具有相關性，隨碰撞速度增加，WRR值增加，其他研究者通過尸體實驗和計算機模擬仿真實驗也得出了同樣的結論［9-10］。但同時發動機罩前緣高度也是影響碰撞速度計算的一個重要參數，經過對不同車型進行分組擬合后，轎車組和SUV的相關系數分別提高到了0.74和0.85。說明經過車型分組后，擬合效果更好，并且在相同的碰撞速度下，發動機罩前緣高度較高的車型導致的WRR值更低。

Feng等［11］根據有監控視頻的交通事故對車輛行人事故中WAD與碰撞速度的關系進行了研究，他的研究中未考慮發動機前緣高度的影響，且碰撞發生前駕駛員通常采取了制動措施，因此通過監控視頻無法得出精確的碰撞速度值。本研究中車輛碰撞速度直接來源于EDR數據，而EDR記錄的碰撞速度誤差不超過3 km／h［12］，因此建立的模型具有更高的準確度。前期研究中我們對108例具有EDR數據的案例進行統計發現，事發前駕駛員普遍采取了制動措施，平均制動時間為1.74 s，車輛平均行駛速度由82 km／h降低至63 km／h，因此在后續的研究中可以對有監控視頻的事故案例進行修正，來擴大樣本數量，有助于建立更高精度的回歸方程。

Wood等［13］利用計算機模型對卷繞拋射行人碰撞中WRR與碰撞速度的關系進行了研究。研究結果表明：當碰撞速度小于40 km／h時，WRR與碰撞速度呈良好線性關系，而當碰撞速度大于40 km／h時，隨碰撞速度增加，WRR值增加幅度逐漸減小。本文研究表明：當碰撞速度達到100 km／h時，碰撞速度與WRR仍具有較好的線性關系。本研究是基于EDR記錄的真實碰撞速度，因此較計算機模擬仿真具有更高的精度。

除了行人身高和發動機罩前緣高度這2個主要影響因素外，質心高度與發動機罩前緣高度的關系也有重要影響。研究表明，成年人在高速碰撞下具有更高的WAD值，但并不適用于兒童假人［14］，這表明在建立WRR-碰撞速度模型的時候還應考慮質心高度是否高于發動機罩前緣高度。因此，上述因素對碰撞速度重建精度的影響還需要進一步研究。

4 結束語

本文通過具有EDR數據的27例典型案例對碰撞速度重建技術進行了研究。結果表明，制動痕跡法具有很大的應用限制，拋距法相對誤差最大值為36.7%，最小值為1.5%，平均相對誤差為7.1%，重建精度也不夠理想。然后，研究了發動機罩前緣高度對WRR值的影響，發現在相同的碰撞速度下，發動機罩前緣高度較高的車型導致的WRR值更低，在此基礎上建立了車輛碰撞速度與WRR值和發動機罩前緣高度的回歸方程，本研究利用EDR數據對典型車輛行人碰撞事故碰撞速度重建方法進行了重要補充。