基于PC Crash的摩托车行人碰撞事故分析重建

童小波，刘盛雄，尹志勇，罗 疆，刘 鑫

(1.重庆理工大学 药学与生物工程学院， 重庆 400054；2.第三军医大学 大坪医院 交通医学研究所， 重庆 400042)

在科技的推动下，机动车逐渐融入人们的生活，已成为日常生活不可或缺的一部分。据统计分析[1]，2016年我国机动车保有量达到2.95亿辆，其中摩托车8 244万辆，而且机动车总保有量在2011—2015年以每年5.8%的幅度递增。机动车保有量的持续增加，在给人们带来便捷的同时，也带来了一系列安全及财产隐患，道路交通事故发生率一直居高不下。在2011—2015年[2]，尽管事故发生的绝对数量呈缓慢下降趋势，但交通事故依旧给人们生命财产安全造成了极大威胁。据国家统计局统计，2015年交通事故发生总数为187 781起，其中有摩托车参与的交通事故为37 608起。一年内，交通事故造成的伤亡人数为25.80万人(其中总死亡人数为5.80万人，摩托车参与的事故死亡人数为1.04万人)，直接财产损失超过十亿元。

在缺乏监控录像的道路交通事故处理中，责任判定的依据主要是现场痕迹、口供、法医鉴定[3]、车速计算结果[4-5]，最终通过直观认知以及经验知识对事故责任进行判定和划分。这种处理方法虽然能在一定程度上推导出事故发生的总体过程，但难以将事故发生的诸多关键细节予以描述与展示，从而导致事故双方产生纠纷，甚至产生不稳定社会因素。此外，机动车事故中，摩托车事故占比约为20%。相较于汽车而言，摩托车在事故中制动、翻转、碰撞等鉴定内容是司法鉴定的一个难点[6]，这也就体现了事故仿真软件在摩托车事故分析中的重要性。随着科技的发展，交通事故仿真软件也更多地被用来鉴定事故发生的具体情况，其中PC Crash这款以运动学与动力学为基础的道路交通事故仿真软件也越来越多地被大众所熟知。PC Crash软件在事故重建过程中，涉及的人车运动轨迹均按照运动学规律形成，基本消除了主观猜想[7]，有助于交通执法部门确切地判定事故原因并进行责任划分，可为国家车辆事故深度调查体系(National Automobile Accident In-depth Investigation System，NAIS)的相关研究提供一定的基础数据[8]。

目前，在国内外鲜有专家学者利用PC Crash软件对摩托车事故进行相关的研究。本文通过收集1起摩托车与行人碰撞事故中的现场痕迹以及事故双方伤情，通过PC Crash软件仿真，最终再现了事故的整个过程。

1 事故分析

交通事故痕迹是在交通事故中各参与者及道路设施在相对运动过程中发生相互接触所形成的所有相关痕迹的总括，包括车体痕迹、地面痕迹、人体痕迹及其他痕迹[9]。在一场交通事故中，痕迹收集完善与否关乎到事故鉴定的准确性，更有甚者，若资料收集不完全或者有偏差可能导致对事故责任的误判。因此，在痕迹采集时要保证数据的准确性与完整性。

1.1 事故介绍

2017年8月某日上午，驾驶员甲驾驶普通两轮摩托车从家赶往工作的地方，途中在一段笔直道路上撞上横穿马路的乙，造成甲当场死亡，乙在救治过程中也不幸身亡。事发当日为晴天，现场道路为干燥且无明显坑洼的沥青路面。事故发生后，事故现场除事故双方散落杂物外未发现其他物件。摩托车最终停止位置为行驶方向右侧的路肩上，右侧倒地，车头朝着行驶方向；驾驶员甲最终倒地位置为摩托车后方路肩上，其头盔已经脱落，如图1所示。行人乙最终位置在右侧路肩以外的草地上，事发后送至医院救治。

图1 摩托车、驾驶员甲最终位置

1.2 伤情分析

1.2.1 驾驶员甲伤情

尸检报告显示：摩托车驾驶员甲面部见片状擦挫伤，右眉弓见裂创，深及颅骨，双侧鼻腔见血性液体溢出，牙齿折断，上颌骨骨折，符合颅脑损伤死亡，初步判定事故过程中甲的损伤是由从摩托车上抛跌至地面，其身体与摩托车自身部件及地面接触所致，未见明显与其他车辆接触所致的伤情。

1.2.2 行人乙伤情

行人乙骶骨右侧、右耻骨下支、右髋臼、右髂骨后下部分、腰2～5横突骨折，右胫腓骨远端粉碎性骨折，右臀后外侧现约0.5 cm×1.5 cm的孔状创口，右膝后外侧现长约5 cm的缝合创口。根据摩托车高度及行人损伤部位高度，结合创口周边未见明显与地面摩擦导致的条纹状擦伤，该损伤符合摩托车车头前方部件撞击行人身体右侧所致的伤情。根据以上情况初步判定，行人在被撞前瞬间是右侧朝向摩托车头。

此外，行人乙右锁骨及左侧第4肋骨骨折，右顶枕现高密度影，右枕部现低密度影。根据摩托车高度及行人损伤部位高度可见，该损伤应为行人乙倒地后与路面碰撞及摩擦形成的。

1.3 痕迹分析

1.3.1 事故现场痕迹

事发当天为晴天，路面为干燥的沥青路面。摩托车、驾驶员甲以及行人乙在路面的划痕都较为完整，图2为事发当天的现场路面痕迹照片。

图2 事故现场摩托车与行人痕迹照片

图3为此案例的交通事故现场。如图3所示：摩托车划痕长度为2 960 cm，由靠近右侧车道中间位置延伸到车辆行驶方向的前方右侧路肩上。在摩托车痕迹的右后方为行人乙与路面摩擦产生的痕迹，其长度为750 cm，痕迹方向也为右前方，最终停止在路肩外面的草丛里面。根据该事故现场痕迹，结合动量守恒定理，可以初步判断出摩托车在碰撞前瞬间速度存在向右的分量。此外，在事故现场摩托车最终停靠位置右侧的树上存在新鲜的刮擦痕迹，由此可初步断定摩托车最终是与树碰撞后停止滑动。

图3 交通事故现场

1.3.2 摩托车车身痕迹

摩托车车身痕迹鉴定结果显示：摩托车质量约为120 kg，高度为0.98 m，长度为1.56 m，宽度为 0.6 m，事故发生后，摩托车车头部位仪表盘脱落，右后视镜脱落，前挡泥板破裂，右侧手刹起始端断裂末端存在刮擦痕迹如图4所示。车身部位前防护板右侧存在明显的倒地刮擦痕迹，驾驶员右侧踏板外缘存在刮擦痕迹，后排成员右侧踏板外缘存在碰撞刮擦痕迹，如图5所示。此外，尾部载物架右侧面存在碰撞刮擦痕迹，排气管末端(单排气管，在车身右边)外缘存在刮擦痕迹。摩托车左侧未发现新鲜痕迹，因此碰撞后摩托车向右侧倒地后未发生翻滚现象。

图4 摩托车车头部位损坏痕迹

图5 摩托车车身损坏痕迹

1.3.3 事故现场其他痕迹

摩托车最终停止滑动位置的外侧有1棵周长为78 cm的景观树，树干离地30～50 cm有新鲜的刮擦痕迹，结合现场摩托车停止的位置，此痕迹可判定为摩托车碰到树后留下来的，现场拍摄见图6、7。因此，在设计仿真过程时应考虑树对摩托车最终位置的影响。

图6 现场景观树树身的痕迹1

图7 现场景观树树身的痕迹2

2 事故重建

2.1 事故现场分析

根据现场测量的数据，事故路段为双车道，路面总宽度为13.6 m，其中两边各1条宽度为1 m的路肩，即每条车道宽度为5.8 m。根据测量结果显示，该路段基本为水平路面，坡度可忽略不计，且路面为干燥沥青路面，较为平整，没有明显的坑洼或破损情况。此外，在摩托车最终停止滑动位置的外侧的景观树树干存在刮擦痕迹，因此在设计仿真过程时应考虑该景观树对摩托车最终位置的影响。

2.2 碰撞模型分析

根据在现场收集以及法医提供的数据，行人乙为女性，年龄为67岁，身高为150 cm，体质量为40 kg左右；驾驶员甲年龄为45岁，身高为170 cm，体质量约为60 kg；摩托车车身高100 cm，质量约为120 kg。在干燥沥青路面上，摩托车倒地后与地面的摩擦因数为0.55～0.7，行人与地面的摩擦因数为0.6～1.4，实际数值根据现场情况而定[10-11]。

2.3 仿真过程

2.3.1 对碰撞前瞬间摩托车速度大小及方向的计算分析

1) 运用动量守恒定理计算碰撞前车速

根据事故当天对现场的分析，除了摩托车最终停靠位置的景观树外，未发现可改变整个事故过程中行人、驾驶员以及摩托车速度方向的障碍物。根据动量守恒定理可得：

mMvM0+mDvD0+mPvP0=mMvM1+mDvD1+mPvP1

(1)

其中：mM、mD、mP分别为驾驶员甲、摩托车以及行人乙的质量；mM0、mD0、mP0分别为驾驶员甲、摩托车以及行人乙碰撞前瞬间的速度；mM1、mD1、mP1分别为驾驶员甲、摩托车以及行人乙碰撞后瞬间的速度。

若定义x为顺着公路的方向且指向与摩托车行驶方向一致，y方向与道路延伸方向垂直且指向摩托车行驶方向右侧，根据现场鉴定结果，行人乙倒地后留下的痕迹长为L=7.5 m，y向移动距离分量为Ly=3.9 m，行人乙与地面摩擦因数μρ=1.1,根据能量守恒定律：

(2)

(3)

代入数据得到碰撞后瞬间行人速度vp1=45.78 km/h，其方向与道路延伸方向夹角θP=31.3°。

同理，根据现场痕迹显示，摩托车路面划痕S=29.6 m，其y方向分量Sy=3.1 m。摩托车与路面摩擦因数μM=0.65，将数据代入式(4)(5)：

(4)

(5)

计算得出摩托车倒地瞬间速度大小为69.91 km/h，其方向与道路延伸方向夹角为6.0°。

若假定：摩托车从碰撞后到到底前速度损失为零，即vM1=vM2；碰撞后瞬间驾驶员甲的速度与摩托车一致；碰撞前瞬间行人乙速度为0，式(1)可变为：

(6)

计算得出vM1=79.23 km/h，其方向与x方向夹角θM0=9.1°。因对条件进行了简化，实际速度应比该数值略大。

2) 运用能量定理检验碰撞前车速

若假定：摩托车从碰撞后到到底前速度损失为0，即vM1=vM2；事故碰撞瞬间能量损失忽略不计；碰撞后瞬间驾驶员甲的速度与摩托车一致；假定碰撞前瞬间行人乙速度为0。根据能量守能定理，可得以下公式：

(7)

计算得出vM1=73.17 km/h，因忽略了2个过程的相对较小的能量损失，计算出速度略微小于运用动量定理计算出的速度，符合实际情况。

2.3.2 仿真模拟与调试过程

本文已进行了对数据的收集工作，此外，对碰撞过程也有初步分析，然而这只是仿真过程的前期工作，要达到仿真结果与事故现场完全拟合，还需要建立与事实相符的仿真模型以及不断地仿真与调试。以下为此次仿真过程的步骤：

1) 案发现场路面布局：案发现场路面布局相对简单，双车道，每条车道宽5.8 m，外侧各有1 m宽路肩，无坡度，路面参数设置如图8所示。此外，在事发现场的远端路面外侧有1颗直径为78 cm的景观树。

2) 模型数据导入：将收集到的数据分别导入到仿真模型中，如图9所示。

图8 路面布局参数设置

图9 模型数据导入

3) 初次接触所在位置确定：行人乙与摩托车在事故现场路面留有痕迹，在痕迹延长线的交汇处可认定为摩托车与行人首次接触的位置。

4) 相对位置的确定：由于事故现场行人乙留下痕迹与x方向夹角大于摩托车留下痕迹的夹角，因此可认定为行人乙碰撞前位置在车头前面偏右侧的位置。

5) 摩托车车身倾角及车速大小、方向的调整：本文已分析得出车速指向x轴偏y轴正向，车身向右存在一定倾角，车速应略微大于之前计算得到的未修正的车速。

6) 反复修改步骤4)、5)中的数据，最终实现模拟情景与事故现场痕迹完全拟合。

3 结果分析

法医鉴定结果显示：行人乙右臀后外侧现约0.5 cm×1.5 cm的孔状创口，孔状创口无法与平整的地面摩擦形成，根据事发时摩托车行进方向，提示此伤为事发时摩托车车头前部及右侧碰撞行人右后侧身体所致；此外，右膝后外侧见长约5 cm的缝合创口，创口周边未见明显与地面摩擦导致的条纹状擦伤痕迹，亦表明该损伤应为摩托车部件撞击行人身体右侧所致。因此，可以断定，事故发生时，行人应为右侧身体朝向摩托车来车方向，但无法确定更为具体的碰撞形态。

根据法医提供的已有分析数据及具体事故情形，本文将PC Crash软件的仿真结果与具体事故现场最终形态进行比对，根据误差情况，不断微调摩托车模型与行人模型的相对位置、形态，最终使得仿真结果与事故现场情形一致。结果显示：行人乙在碰撞前应位于摩托车右前方，摩托车车身向右倾斜且速度偏向行驶方向右侧，碰撞前相对位置如图10所示。

图10 碰撞前瞬间人车相对位置

从仿真的结果来看，摩托车右前部位与行人右后部位发生接触，该结果也与人体右后部位的损伤一致，如图11所示。

图11 行人右臀及右小腿损伤情况

图12 仿真结果

本次仿真实验最终完成了对现场痕迹的拟合(人车最终位置等)，如图12所示。

仿真后生成的视频文件清晰地再现了事故发生的整个过程。为了保证仿真结果的准确性，本文结合传统的事故鉴定方法，利用现场痕迹、口供、法医鉴定结果先将事故过程进行了详细的分析，然后将分析结果运用于仿真实验，将仿真结果与传统鉴定结果进行了比较，确保了仿真实验结果的准确性。研究结果表明：事故仿真可以获得传统的研究方法无法得到的事故细节，诸如人车接触位置、接触角度等信息，从而可对事故进行全面还原与再现。

对事故责任进行准确判定和划分可避免事故双方产生纠纷，亦可避免产生不稳定社会因素，有助于交通执法部门准确地判定事故原因并进行责任划分，为国家车辆事故深度调查体系(National Automobile Accident In-depth Investigation System，NAIS)的相关研究提供一定的基础数据[8]。

4 结束语

PC Crash仿真软件可根据现场痕迹，重建摩托车交通事故过程，清晰再现碰撞事故中的关键细节，从而弥补传统鉴定方法可能遗漏的关键信息。不仅如此，在摩托车事故中，摩托车碰撞前车身倾角、车头转向情况等形态在一定程度上反映出碰撞前驾驶员是否有避让事故的行为，而在现场痕迹充足的情况下，PC Crash可较为准确地再现碰撞前瞬间摩托车的行驶状态，这在一定程度上为摩托车事故中的责任划分提供了依据。

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