基于PC-CRASH的汽车与行人碰撞事故再现仿真研究(6)

第二章汽车与行人碰撞事故特点研究２１是膝关节的骨骼结构破裂及韧带和肌腱的撕裂；小腿的损伤机理是过大的剪切力、轴向力和弯折力矩引起的胫骨、腓骨骨折；大腿的损伤机理是内侧一外侧方向的弯折引起骨折。经过统计分析得到小腿骨的弯曲力矩界限如图２．６所示。２．４本章小结本章针对汽车与行人碰撞事故的特点，对行人运动特点和事故中行人的致伤机理与评价指标进行了分析。首先总结了汽车与行人碰撞事故中行人受伤害的比例，考虑了行人保护的重要性，分析了不同人群的运动特点和在事故中所占比例大小。对于行人事故发生的规律性，阐述了行人事故流行病学原理以及国内外汽车与行人碰撞事故流行病学的特征。在事故中，行人的致伤特点对分析事故原因起到了很大的作用，所以，本章还对行人损伤的机理和评价指标做了详细介绍。２２第三章汽车与行人碰撞事故再现理论基础第三章汽车与行人碰撞事故再现理论基础３．１汽车与行人碰撞事故再现的内容３．１．１行人事故再现的目的和意义事故再现是进行事故鉴定或事故原因分析的主要方法之一，用来解释说明事故发生的整个过程或其中的某一片段。它主要透过相关事故迹证调查、鉴识分析、当事人和证人的陈述，并运用车辆运动、碰撞行为、驾驶行为相关的数学与物理原理，对事故的发生情况加以判断。其目的在于翔实的描述或鉴定事故碰撞时空关系，包括碰撞过程的第一次接触及损害造成前后、瞬间的一系列时间段或空间分析。交通事故再现是综合性的边缘科学，与工程力学、车辆构造、车辆动力学、汽车理论、交通工程、计算机技术等学科密切相关，同时，事故再现又离不开丰富的事故现场勘查经验。道路交通事故再现的方法通常是以运动学、动力学原理，如牛顿定律、动量守恒、能量守恒原理等基础理论，建立多组物理和数学模型，进而反映事故过程中诸元素的相对运动及相互状态的内在联系。同典型的汽车与汽车交叉碰撞事故相比，人们对涉及行人的交通事故的认识较肤浅。因此，在很多情况下，碰撞行人的交通事故颇为复杂，更需要人们去探索。行人事故再现主要包括推算汽车的初始速度、汽车的碰撞速度、反应地点（时刻）、碰撞点、行人的行走速度和方向。行人事故再现的基础数据是从事故现场痕迹和证词中提取的。像对汽车等机动车之间的碰撞事故分析一样，透彻的了解碰撞行人事故的碰撞或初始接触的过程是分析行人交通事故的重要环节。可惜在汽车碰撞行人事故的分析中经常出现失误，原因是有关行人事故的证据提取比其他事故的要难且不充分，从而为事故分析带来了一定的难度。人们可能经常在事故案卷里看到这样的叙述：某行人进入车道，被汽车碰撞倒地。在事故再现实际工作时，这不能满足分析问题的最基本要求，而知道行人如何进入车道是较为复杂的问题。事故再现专家必须仔细研究事故现场图和案卷，并需要研讨：行人从何处进入车道，如何进入车道，汽车在何处碰撞行人，汽车行驶与行人运动方向之间的角度关系，行人在车的何处，如何倒向汽车以及抛出倒地。此外，行人的行进速度也应在考虑范围之内。行人事故过程的过分简化可能会导致事故分析结论的错误。行人事故的事故前阶段可用紧急制动过程中驾驶员的反应阶段划分来分析。事故前阶段可划分为第三章汽车与行人碰撞事故再现理论基础２３感知、反应和结果三个基本阶段。感知阶段依时间序列可具体分解为：危险（即行人）进入驾驶员视野，驾驶员看见行人，危险被辨识。假设行人已被观察并辨识到，则在此期间行人已经运动到可能被驾驶员看到的位置，并认识到将发生危险。但是，此时刻不一定是驾驶员或行人“真正”相互看见和辨识的位置，而只是“潜在”的可见位置。然后才是驾驶员和行人相互被看见，并辨识到危险。３．１．２行人事故再现的任务事故再现是以事故现场的事故车辆损坏情况、停止状态，人员伤害情况和各种形式的痕迹为依据，参考当事人和证人（目击者）的陈述，对事故发生的全部经过做出推断的过程。对每一起事故进行正确而全面的再现分析，就相当于进行了一次“实车碰撞”实验，从中可获得许多用其他方法难以或者无法得到的宝贵资料。事故再现的关键在于发现、提取事故现场上遗留的各种物证，并做出科学、合理的解释。为了正确地进行事故再现，必须掌握与事故有关的各种数学、力学、工程学的基本原理。但必须注意，数学、力学和工程学的计算结果只能在符合经验和常识的基础上，才能发挥其重要作用。事故再现的重要依据是事故现场上的各种证物。有时事故分析专家并不能出席现场。因此，事故现场的取证就是一件非常细致而重要的工作。交通事故物证主要分为事故附着物、事故散落物和事故痕迹三类。事故附着物，是指附着在事故车辆、人体及其他物体表面，且能证明事故真实情况的物质，如油漆、油脂、塑料、橡胶、毛发、纤维、血迹、人体组织等。事故散落物，是指散落在交通事故现场能证明事故真实情况的物质。如损坏脱落的车辆零部件、玻璃碎片、油漆碎片及车辆装载物等。事故痕迹，是指在事故车辆、人体、现场路面及其他物体表面形成的印迹，如撞击痕迹、刮擦痕迹等。事故再现的基本目的在于研究一个具体事故的特殊性，从空间和时间上确定事故每个阶段的过程，并对其进行分析和评价。为了对事故运动过程进行再现，需要关于位移和地点（如接触点、受力方向、碰撞后的分离方向）、速度（如车辆开始速度和碰撞速度）以及时间（如反应时间）等的数据。因此事故再现的任务是尽可能清楚的描述事故的运动学过程。汽车与行人碰撞事故再现规律的应用基础是痕迹，特别是下述痕迹：●事故车辆的静止位置；●碰撞地点位置；２４第三章汽车与行人碰撞事故再现理论基础?被撞行人的静止位置；●制动印迹；◆挫痕位置、大小和形状；●汽车的损坏情况；?汽车上的擦痕的位置、大小和形状；●路面状况；?路面摩擦力（或滚动阻力、附着系数）；?受伤分布图；?行人的受伤种类；?衣服的损坏和衣着痕迹；?痕迹的不规则性等。在汽车碰撞行人的交通事故中，被害者需要急救，并要求尽快地恢复交通，现场勘测有一定的困难。所以，交通警察会在现场证物没有被破坏、见证人没有离开之间尽早地进行勘测。特别是应注意碰撞接触地点的确认，这个问题对行人事故尚是难以解决的问题并容易被忽略或遗漏。３．２汽车与行人碰撞事故再现的主要方法３．２．１实车碰撞实验国外从很早以前就开始应用实车碰撞实验这一方法来进行事故再现的研究。国内起步较晚，但现在也有较广泛的应用。汽车与行人碰撞实验需要用到的是实验车和模拟人（标准假人）。模拟人是汽车碰撞实验最基本的用具。模拟人最初用于飞机座椅弹出试验，１９６０年美国开发了汽车碰撞试验模拟假人ＶＩＰ。美国汽车工程师协会标准ＳＡＥ对５０ｔｈ模拟假人（即第５０百分位的假人一按统计，美国５０％男子的体重和座高等体格参数比该假人低）的尺寸、重量、弹簧常数等进行了规定。用于撞车实验的模拟假人所要求的性能如下：（１）尺寸、重量分布、关节的活动、胸部等各部分在受载荷时的变形特征应与人体很相似；（２）应能对人体相对应的各部分的加速度、负荷等参量进行测定；（３）个体间的差异小，反复再现性好，并且具有优良的耐久性。模拟人大多采用金属与塑料制作，其胸腔是钢制的，肩胛骨是铝制的，盆骨是塑料的。模拟人不仅具有和真人一样的外形和内脏，还有复杂的脊柱、肋骨和合成肌肉。在模拟人的身体上，遍布着各种各样的传感器，最多可以为１８０多个信道提供数据，并以每秒２０００次的速度刷新数据。第三章汽车与行人碰撞事故再现理论基础２５应用模拟人与实车进行碰撞实验，可以得到最接近于事实的数据，准确的再现事故发生过程。３．２．２计算机虚拟仿真相比实车碰撞实验，更为经济、高效的方法则是计算机虚拟仿真，通过建立计算机仿真模型来分析再现事故。事故再现模型主要根据交通事故现场所遗留的种种迹证（如：碰撞后车辆位移、滑行角度、损毁程度、刹车痕长度、路面特性、车辆特性等），运用弹塑性力学和运动学等相关理论对事故发生过程进行理论推演与印证。前者以碰撞前的动量总和与碰撞后的动量总和相等为基础，在车辆的重量为已知的情况下，考虑其行驶方向与碰撞后相关位置，借以推导碰撞前后车速的变化及碰撞角度；后者根据事故发生后车辆位移、损毁程度、碰撞后落差与位能的变化，导出碰撞前、后车速的变化及碰撞角度。针对车辆碰撞过程进行分析，人们利用动量冲量、能量、动力学和实体的弹塑性质等理论建立了许多具有代表性的模型，以其为基础的著名事故再现软件系统有ＣＲＡＳＨ、ＳＭＡＣ、ＰＣ－ＣＲＡＳＨ等。由于这些模型要适用于多种典型的碰撞类型，具有普遍的意义，因此称这种建模方法为统一模型方法。统一模型方法大都由直接描述碰撞阶段特性的特征参数出发，建立联立方程，这些参数包括碰撞中心、接触面的摩擦系数、恢复系数和车辆变形特性等。如动力学方法使用车辆之间的挤压特性，能量方法使用碰撞阶段车辆的变形与刚度值，动量冲量方法使用接触面的回弹系数或摩擦系数以及碰撞中心的位置。这些特征参数描述了特定碰撞阶段的实质及作用效果，反映速度变化，是碰撞阶段最直接的属性。碰撞中心表示碰撞阶段等效力的作用位置，回弹系数与摩擦系数表示接触面法向与切向的相互作用，汽车变形特性则表示接触面的力与变形关系。碰撞阶段不同，这些参数的取值就不同，而且差别较大。为了更加准确地再现交通事故，需要事故分析人员合理选取这些参数特征值。国外做了大量的实车碰撞试验，这些试验数据可以辅助事故分析人员确定这些参数的取值。如针对ＣＲＡＳＨ中需要确定变形刚度Ａ、Ｂ，ＳＭＡＣ中需要确定刚度ＫＶ，ＮＨＴＳＡ（美国道路交通安全管理局）提供了相应的试验数据值；动量冲量方法需要确定回弹系数的值，ＪＡＲＩ（日本汽车研究所）也为此做出了大量的试验，结果供研究参考。各种碰撞模型一直在不断地改进和完善，基于各种先进理论方法的新模型取代旧模型，促进了事故再现技术的发展。国内也正在兴起探索对车辆碰撞事故模型的研究。比如西安公路交通大学与日本汽车研究所合作开发了车对车碰撞事故