轎車與行人碰撞事故再現研究

揭國順　范凡

摘 要：本文選取最新的一個真實事故案例進行了建模和仿真，分別從車輛和行人的身高、體重還有碰撞速度三個方面角度來分析其對行人拋距的影響，將仿真結果中導出的數據參量與實際發生事故的數據進行了對比，通過分析驗證了仿真模型的精度和仿真再現的可行性。根據所驗證的事故建模和再現方法，對NAIS數據庫里的10起案例進行再現從而得出行人拋距、頭部碰撞參數和行人損傷評價指標的擬合曲線和回歸方程，指出在我國交通事故中，頭部損害造成行人死亡的主要原因。以此為交通管理部門能夠準確、客觀地處理道路交通事故提供了良好的方法，供交通事故管理部門對事故發生的全過程進行了解和分析。

關鍵詞：交通安全 事故深度調查 PC-Crash 事故再現技術

1 引言

隨著全球各種類型的機動車保有量的迅速增長，汽車給人類社會帶來了巨大物質文明利益的同時，也給人類社會帶來了難以磨滅的傷害和痛苦，道路交通安全事故隨著交通運輸業的快速發展也成為世界首位公共衛生熱點話題。日本的汽車研究所（JARI）開發出了一種可供人車碰撞事故使用的JARI假人模型，這種模型在行人保護設計和事故鑒定分析[1]方面起到重大作用。加拿大的ARAS科技公司在2010年推出了一款名為ARAS 360 HD[2]的事故模擬仿真分析軟件。重慶交通大學的蔣工亮，通過研究在發生交通事故碰撞時所產生的留在路面的車輛制動痕跡、散落物等，利用PC通過痕跡與行人傷情來判斷事故發生前人車分別處于什么樣的運動方向和運動狀態[3]。西南交通大學的張詩波，定義了頂推型和拱推型兩種人車碰撞形態，并建立了新的卷繞型、頂推型、拱推型等三種行人拋距公式[4]。綜上所述，多剛體仿真不僅具有操作方便、效率高的特點，而且其計算結果較為精確。

2 轎車與行人碰撞事故再現

在轎車與行人碰撞事故中，特別是車速較高的時候，往往會發生不同程度的碰撞事件，所以人體損傷程度中蘊含著豐富的事故信息。通過對交通事故進行深度調查所得到的結果、醫院診斷報告，可以獲取到車輛損壞程度及行人的損傷詳細信息[5]，但目前就資料記載來看，使用頻率最高的方法就是利用軟件進行模擬仿真再現。而現階段主要有MADYMO和PC-Crash這兩款具有代表性的應用于模擬轎車與行人碰撞事故的仿真軟件。

3 事故再現案例概述

在文中所用到的事故再現仿真的案例全部來自于NAIS數據庫，該數據庫中共有發生在2017年7月至2019年8月間人車碰撞事故案例30起，其中60%的事故是由于行人不遵守交通規則私自橫穿馬路，與正在行駛的轎車發生碰撞。相關研究表明此類碰撞事故也是導致行人傷亡的主要類型。因此，本文將從這18起案例中選取了10起包含詳細事故調查信息，包括事故現場道路信息、車輛損壞勘測信息、交通事故參與者調查以及醫院行人傷亡記錄等的案例，利用PC-Crash軟件對這10起案例進行事故再現仿真研究。

4 再現案例模型仿真

事故再現仿真時，首先要根據事故案例深度調查報告信息，繪制并導入事故現場圖，根據實際案例信息建立碰撞模型并設置好相應參數開始進行仿真重現。評判仿真結果的準確性與否主要是根據碰撞點的位置、運動軌跡、事故參與方最終停止位置等仿真結果同真實事故的吻合程度來判斷。

4.1 車輛碰撞速度與行人拋距的關系

經過比較測試，發現與冪函數相比，二次項式函數的擬合程度更好，相關系數R2更大，如圖1行人拋距的擬合曲線和表1回歸方程所示。

4.2 車輛碰撞速度與行人頭部碰撞參數的關系

由圖2、圖3擬合曲線和表2回歸方程可知，頭部碰撞速度隨著碰撞車速的增大而呈增大的趨勢，而頭部碰撞時間隨著碰撞車速的增大而呈減小趨勢。

4.3 車輛碰撞速度與行人損傷評價指標的關系

由圖4擬合曲線和表3回歸方程可知，頭部HIC值、胸部加速度和小腿剪切力與碰撞車速的相關性均很高，相關系數R2都高于0.72，且隨著碰撞車速的不斷增大，頭部HIC值和胸部加速度亦有增大的趨勢。進一步分析小腿剪切力二次多項式回歸方程可知，在碰撞車速為45km/h時，小腿所受的剪切力最小約為1000N。

經上述對比分析，行人拋距、損傷部位和程度均與事故客觀事實相吻合，同時也驗證了仿真再現方法和碰撞模型的可靠性。總體來看，行人頭部損傷仍是造成行人傷亡的主要原因。這是因為相較于歐美人群，我國人體整體身材較為瘦小，很多情況下在下肢或肩部與發動機引擎蓋發生碰撞后，頭部會與車輛前端發動機蓋發生碰撞，從而造成嚴重的頭部傷害，繼而引發行人死亡。

5 結語

本文以車人碰撞事故為研究對象，靈活運用交通事故深度調查結果，構建面向道路交通事故分析的轎車與行人碰撞事故再現方法體系，使用仿真軟件PC-Crash進行轎車與行人的建模仿真事故再現。根據所驗證的事故建模和再現方法，對NAIS數據庫里的10起案例進行再現從而得出行人拋距、頭部碰撞參數和行人損傷評價指標的擬合曲線和回歸方程，表明頭部損傷已經成為我國交通事故中人員傷亡的主要原因。以此為交通管理部門能夠準確、客觀地處理道路交通事故提供了良好的方法。

課題：南通理工學院2023屆“優秀畢業設計（論文）培育計劃”（BS202209）。

參考文獻：

[1] 曹弋.二維碰撞事故車輛軌跡再現模型研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2007.

[2] KENNEDY M，HETHERINGTON P. Accuracy evaluation of the ARAS HD angular momentum solution in relation to the RICSAC staged crash events [N]. white-papers，2019-01-04.

[3]庹永恒，蔣工亮，黃勇，郝海生.汽車與行人碰撞事故再現仿真研究[J].背景汽車，2010，76（5）：26-28.

[4] 張詩波.道路交通人車碰撞事故再現關鍵技術研究[D].成都：西南交通大學，2019.

[5] 李丹.基于事故再現的人車碰撞時行人狀態分析[D].成都：西華大學.2016.