公路护栏安全性评价实例分析

李 昂 王科超 聂振强

（1.沈阳市公安局交通警察局，辽宁 沈阳 110180；2.中国刑事警察学院，辽宁 沈阳 110035）

引言

1 公路护栏分类

以碰撞事故为主的公路护栏事故，由于碰撞位置不确定性大、碰撞类型复杂、护栏安全性能不匹配等因素，已成为影响公路交通安全的严重威胁。

公路护栏的安全性能可以直接影响事故发生的严重程度。例如：2021 年2 月11 日在湖南G59 呼北高速邵阳段，由于驾驶人疲劳驾驶，打盹瞬间致车辆失控，车辆在道路上左右碰撞行驶，先刮擦中央护栏，然后与右侧护栏发生碰撞，事故造成1 人受伤、车辆严重变形。此事故中，公路护栏对保护交通参与者的安全起着关键作用。因此，在实务中对公路护栏进行安全性评价具有重要意义。

基于对国内外研究现状的了解，PC-Crash仿真可以快速建立车辆与护栏碰撞模型，分析速度等数据变化，可视化模拟整个运动过程。其中效率高，贴合基层实际应用的特点，相比其他方法更适合评价公路护栏的安全性［1］。本文基于PC-Crash 软件，对一起车辆碰撞护栏的真实事故进行仿真再现并实现安全性评价，为公路护栏事故微观分析提供参考。

关于公路护栏的分类，国内外专家学者已根据不同的划分标准对其进行了详细分类［2］，梳理分类情况（见表1）。

表1 公路护栏分类

2 PC-Crash 软件介绍

PC-Crash 是奥地利的一款交通事故再现软件，依据力学动量守恒与能量守恒的基本理论，可以根据事故现场信息模拟出交通事故涉事车辆碰撞发生过程，进而推出碰撞前的运动形态，从而分析交通事故成因与交通事故责任认定［3］。

PC-Crash 软件可以模拟车-车碰撞事故、车-摩托车碰撞事故、车-行人碰撞事故以及单车碰撞事故。用PC-Crash 软件进行事故仿真时，首先导入事故现场图与车辆模型，设定路面摩擦系数，然后以现场的痕迹与车辆最终停止位置信息为依据，不断调整碰撞速度、碰撞角度、制动情况等参数进行仿真，当仿真后的车辆最终停止位置与痕迹位置情况与实际情况相符合时，就可以认为该仿真结果与实际情况基本吻合。

3 公路护栏安全性评价

3.1 事故基本情况

2009 年某月某日，某市某农村公路线上，驾驶员驾驶大众牌汽车沿该线由西向东在右侧车道内正常行驶。由于方向盘突然失控，不慎与车道南侧的护栏端头发生碰撞，导致驾驶员受伤，车辆及护栏有不同程度损坏，以下为事故现场图，如图1 所示。

图1 事故现场图

3.2 事故PC-Crash 仿真

3.2.1 事故信息采集

根据交通事故现场勘查笔录及该路段护栏相关资料，采集事故现场信息。

（1）环境信息采集。现场位于某农村公路线上，该路段呈东西走向，单向两车道。道路两侧设有隔离护栏，标志标线齐全有效。沥青干燥路面，平坦宽直，视线良好。夜间无路灯照明。

（2）车辆信息采集。采集的事故车辆信息如表2 所示。

表2 事故车辆信息

车辆受损情况：后保险杠脱落，右侧B 柱向内凹陷0.40，前门、后门弯曲变形，并有黑色漆皮脱落。

（3）护栏信息采集。采集的事故护栏信息（见表3）。

表3 事故护栏信息

3.2.2 仿真参数输入

在PC-Crash 软件库中调用道路、车辆和护栏端头模型，依据事故现场信息调整参数，使得模型与真实道路、车辆和护栏尽可能相符，输入车辆重心位置、车辆与护栏碰撞位置等初始参数。

（1）环境参数。根据采集的环境信息，路面为沥青、干燥地面，并设置路面附着系数为0.8（dry）。由于事故发生在平坦宽直的公路上，涉及范围仅包括由西向东两车道，不需要详细绘制地形，可直接利用PC-Crash 软件自带绘图工具进行绘制。

（2）车辆模型参数。根据采集的车辆信息，导入大众牌小型轿车Jetta 2.0 FSI 模型，调整车长、车宽、车高、空重等参数，设置重心高度为0.55 m，车辆前排乘员质量为126kg，后备箱载质量为35kg，车辆制动迟滞时间为0.18s，制动距离为100m。

（3）护栏端头模型参数。根据采集的护栏信息，导入护栏端头模型，模型初始位置为（20.900,0.000）。

3.2.3 事故过程仿真

根据事故发生情况的具体分析，设置PCCrash 软件仿真操作顺序，定义车辆碰撞点，不断调整车辆行驶速度、行驶方向和碰撞点坐标，使得碰撞仿真过程接近事故真实过程，车辆行驶轨迹和最终停止位置与事故现场图基本吻合。

3.3 提高仿真准确度

在不考虑参数权重的情况下调整各个仿真参数，导致仿真效果与实际事故情况相差较大，同时也增加了车辆碰撞护栏后继续行驶角度及车辆停止位置等的误差，如图2（a）所示。若依据现有车辆碰撞护栏事故仿真参数敏感性分析得到的参数权重有针对性地优先调整敏感性较强的参数，微调敏感性较弱的参数，则能够在较短时间内得到与实际事故情况大致符合的仿真效果［4］，如图2（b）所示。由于车辆碰撞护栏后继续行驶角度的误差值控制在3%左右，故在误差允许的范围内认为利用PC-Crash软件对车辆碰撞护栏全过程的仿真结果合理，提高了该事故仿真的准确度［5］。

图2 仿真效果图

3.4 仿真结果分析

3.4.1 护栏端头防撞性分析

（1）护栏端头吸能性分析。护栏端头模型在0.43s 时吸收能量值最大，为10.1kJ。未达到我国二级护栏70 kJ 的碰撞吸收能量，说明事故护栏端头在事故车辆碰撞时不能满足吸能要求（见图3）。

（2）护栏端头横向永久位移分析。护栏端头模型的横向永久位移值约为15cm，小于规范值50cm。结合事故现场照片上护栏变形情况，如图4 所示，事故护栏端头的横向永久位移满足护栏端头防护的变形要求。

图4 事故现场照片（护栏变形情况）

3.4.2 护栏端头导向性分析

根据事故现场照片和碰撞仿真过程，可以判断由于方向盘失控，车辆在碰撞护栏端头前开始横转，直至车辆最终停止横转。由于无法按照标准设置导向驶出框，且车辆最终停止位置容易发生二次碰撞事故，故不能满足护栏标准段导向功能的基本要求。

3.4.3 车载乘员安全性分析

车辆模型沿侧向的加速度为质心加速度最大分量，数值为1.14g，如图5 所示，即车辆各个方向的质心加速度均小于规范值20g，满足车载乘员的安全性要求。

图5 车辆模型质心加速度

综合上述，护栏端头防撞性分析、导向性分析和车载乘员安全性分析三个方面可知，事故护栏端头若不具有较好的安全防护性能，在车辆碰撞时可能会造成车辆损坏和乘员受伤。同时根据事故车辆技术检验报告和医院诊断书，验证该事故护栏端头的现实安全性确实不满足公路防护需求，建议该路段重新选择、更换护栏端头。

4 结论

本文对一起车辆碰撞护栏事故实例深入分析，利用PC-Crash 软件对小型轿车碰撞直立式波形梁护栏端头过程进行了仿真，依据仿真结果从防撞性、导向性以及车载乘员安全性展开分析，综合评价了该路段护栏安全性并提出优化建议。