基于PC-Crash的载人两轮车事故再现仿真

刘朱紫，刘阳阳，谢丽琴，邹铁方

（1.长沙民政职业技术学院医学院，长沙 410004；2.长沙理工大学汽车与机械工程学院，长沙 410114）

0 引 言

事故再现是指根据事故现场遗留痕迹并参考证人证言等证据逆向推导碰撞车速及事故发生的全过程［1］，再现结果可应用于法医学研究［2］、事故责任认定［3］及车辆被动安全设计［4-5］、智能车测试［6-7］等诸多领域。事故再现已成为当前研究热点。

道路交通事故有车撞人［8］、车撞车［9］、车撞两轮车［10］、单车［11-12］、多车碰撞［13］以及复杂多形态耦合［14］等很多类型，如何再现不同类型事故已有诸多讨论。总体来说均是先重建事故现场及事故参与者，再反复优化以获得与痕迹最为吻合的仿真结果，再分析结果以反馈、优化仿真而获得更为可信的最终再现结果［13-15］。每一类事故又有其自身固有特征，很难拿一套流程或标准去解决所有问题，这也是迄今有诸多研究基于PC-Crash的事故再现方法［16］的原因。

随着素质教育在高等教育中的全面推进，大学理论课时被严重压缩，以期给学生更多时间开展自主学习，更好地开展个性化教育培养学生的创新意识和实践能力。课时压缩并不等价于知识点压缩，为更好地传授知识，需开发大量实验仿真，使学生从仿真中获得知识、掌握技能、提高能力，实现从要我学到我要学的转变。以交通安全类教学为例，相关课程不仅需教授人、车、路、环境及管理等道路交通安全基础知识以及相关的道路交通安全法规，还需确保学生掌握事故现场调查及事故再现的相关技术。受课时限制，需要流程清晰地针对不同事故形态的仿真，以降低学生学习难度并保证教学效果。

注意到我国载人两轮车现象极为普遍，甚至还有摩的这一职业［10］，学生必须在课程中掌握此类事故的再现技术。加之载人两轮车事故与一般交通事故不同，它有骑车人和乘员共2 人，具体到仿真中则有两轮车加骑乘人共3 组多刚体，导致仿真极难。如不能科学合理实施再现，极难得到理想结果，会显著降低学生的学习热情而影响教学效果。为更好地再现此类事故，本文将在现有研究基础上，总结载人两轮车事故的清晰再现流程，并用实际事故案例对所提流程进行演示和验证。

1 基于PC-Crash 的载人两轮车事故再现流程

运用PC-Crash 软件再现汽车碰撞载人两轮车事故时，分4 个步骤：事故现场重建；事故参与者建模；再现仿真；结果与分析。流程和步骤如图1 所示。

图1 基于PC-Crash的载人两轮车事故再现流程图

1.1 事故现场重建

事故现场重建是事故再现的基础。重建事故现场通常以事故现场信息及事故现场草图为依据，利用相关绘图软件（如Auto CAD）绘制出事故现场图，然后将其导入PC-Crash，并按相应比例进行缩放。绘制事故现场图的方法有：

（1）利用相关绘图软件（如Auto CAD）根据事故现场草图绘制事故现场图。

（2）利用PC-Crash 软件内自带的绘图工具“Edit DXF Drawing”绘制事故现场图，通过这种方法绘制的事故现场图可直接使用，无须再进行缩放。

（3）利用PC-Rect对所拍摄的事故现场图片进行转换后获得俯视图，得到事故现场图。

当完成二维事故现场图建立后，若事故发生在平坦干燥的路面上只需再建立如护栏、行道树等其他事故参与者；若事故发生在三维道路时，则还需利用PCCrash自带的三维道路模型重建三维道路及周边环境。

1.2 事故参与者建模

车-载人两轮车事故参与者包含汽车、两轮车及骑乘人。针对车辆建模，PC-Crash 内的车辆数据库可以获得不同车辆模型，如小轿车、SUV、MPV、大型客车、摩托车等机动车以及电动两轮车等非机动车。若已知事故车辆品牌信息则只需从车辆数据库中调出对应车辆模型；若未知车辆品牌信息或数据库中无对应车型，则可找到与之外形相似的车辆侧视图，将其导入PCCrash软件，利用软件内测量工具获得车辆尺寸参数，然后修改车辆轮廓参数。修改车辆参数信息时需格外注意轴距、轮距、车重及车头等参数。

针对两轮车及骑乘人建模，该软件内包含很多多刚体模型，包括两轮车、驾驶员、后座乘员和行人等模型，可根据实际情况调用，依据事故信息中的两轮车信息、人体尺寸及形态等参数进行调整，使其尽量与实际情况一致。

1.3 再现仿真

完成事故现场重建及对事故参与者建模后，便可进行事故再现：

步骤1依据事故现场图确定碰撞前车辆与载人两轮车的碰撞位置。

步骤2根据事故调查信息输入仿真初始参数，如车辆及两轮车碰撞速度、碰撞位置、碰撞角度、制动减速度及摩擦系数等。

步骤3开始仿真，并对比仿真中车辆、两轮车及骑乘人路面痕迹与实际情况的吻合度，若吻合度低，回到步骤2 步，调整仿真初始参数后再仿真；反复迭代优化直至吻合度高。

1.4 再现结果与分析

为保证再现结果的有效性，最后还需将车辆变形、骑乘人损伤等痕迹与实际情况逐一对比，若仿真与实际情况相符，则认可并输出再现结果；否则返回到步骤2，重新开始仿真，通过迭代优化直至获得与实际情况高度吻合的仿真结果为止。

2 案例演示

事故介绍：2020 年8 月某天下午，一辆搭载甲（骑车人）乙（后座乘员）两人（均未佩戴安全头盔）、自北向南行驶的无牌照两轮车于十字路口违反交通信号灯，与一辆自东向西行正常行驶的面包车发生碰撞，事故造成两轮车上甲当场死亡、乙受伤及两车不同程度损坏。两轮车上两人与车辆发生碰撞后被抛出，两轮车及骑乘人抛距分别为23.5、27.5 和13.5 m。根据事故调查报告，甲因头部受到撞击造成颅脑严重损伤而死亡、且其右下肢完全骨折，乙身体表面多处擦伤及瘀青；面包车前保险杠脱落，左侧车门前端有刮擦痕迹，左A柱严重变形且留有血迹，前挡风玻璃及左侧大灯碎裂。事故现场如图2 所示。

图2 事故现场示意图（m）

2.1 事故现场重建

事故发生在路面干燥且平坦的十字路口，可将事故现场图直接导入PC-Crash，再按现场图中所标注的道路尺寸进行缩放即可完成事故现场重建。

2.2 车辆、两轮车及骑乘人建模

从PC-Crash内调用模型，根据事故车辆信息修改车型参数，将其长、宽、高和车重分别设置为4 500、1 615、1 900 mm和1 370 kg，车头参数可将事故车辆侧视图输入软件通过缩放后测量获得，本案例事故车辆外形轮廓参数见图3。

图3 事故车辆轮廓参数

采用PC-Crash 多刚体模型对两轮车和骑乘人进行建模，根据事故两轮车的外形尺寸、车重及甲、乙的体型特征调整对应参数，将两轮车的长、宽、高和质量分别设置为2 055、730、1 050 mm和130 kg；骑乘人的身高和体重分别为168 cm和69 kg、156 cm和56 kg。本案例中两轮车及骑乘人模型如图4 所示。

图4 两轮车及骑乘人模型

2.3 再现仿真

按照1.3 节的步骤，通过反复迭代优化以使车、两轮车及骑乘人四者的最终停止位置与事故现场图中尽可能一致。最终发现当车速取48 km／h，两轮车速度取19 km／h，仿真最符合实际情况，车、两轮车和骑乘人的最终停止位置与现场图中的对应位置基本吻合（见图5）。仿真中两轮车及骑乘人的抛距分别为25.13、29.19 和14.48 m，与实际抛距亦接近。

图5 仿真中人车最终停止位置

2.4 再现结果分析与验证

根据1.4 节，先验证车辆变形情况。图6、7 分别给出仿真中不同时刻人车相对位置。t＝105 ms 时骑车人头部碰撞面包车左A 柱及前挡风玻璃，两轮车碰撞车辆前保险杠左部车灯处，与实际情况中汽车前挡风玻璃和左侧大灯碎裂及左A 柱变形情况相符；t＝133 ms时后座乘员碰撞汽车左侧车门前端后视镜处，与实际情况中汽车左侧车门变形情况相符。

图6 t ＝105 ms时仿真中两轮车及骑乘人与车辆碰撞部位及车辆左A柱变形情况对比

图7 t ＝133 ms时仿真中两轮车及骑乘人与车辆碰撞部位及车辆左变形情况对比

表1 为仿真中骑乘人员各部位损伤情况。由表可知，骑车人（头部伤害准则（Head Injury Criterion，HIC））HIC15 ＝1 280.57，超过头部损耐受极限；骑车人胸部3 ms加速度超过其安全界限；撞击侧右大腿所受剪切力峰值和右小腿所受剪切力峰值均超过其安全界限，表明骑车人头部受到严重伤害，右大腿及右小腿均骨折，与报告中骑车人因严重颅脑损伤死亡和右下肢完全骨折情况相符。乘员头部和胸部均未受到严重伤害，左右下肢均未骨折，与报告中乘员无严重伤害，身体表面多处淤青和擦伤情况相符。

表1 骑乘人各部位损伤情况及损伤判断

据此，可认为此次仿真很好地反映了真实事故情况，仿真结果可靠。

通过对该车-载人两轮车事故的再现演示，发现仿真中的事故参与者最终停止位置等路面等级、车辆变形及人体损伤痕迹等都能很好地再现，说明利用PCCrash可很好地再现车-载人两轮车事故。

3 结 语

通过标准化流程再现车-载人两轮车事故，不仅能保证仿真中路面痕迹与真实情况一致，还能通过比对车辆变形以及人体损伤以保证再现结果的客观性。仿真结果表明，依照本研究所提仿真流程，不仅可得到客观、可信的再现结果，还能保证仿真过程的可控性，可按步指导相关学生或研究者据此开展再现与仿真研究。