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人车碰撞事故再现技术综述

发布时间:

汽车工程 2009年(第3l卷)第11期
Automotive Engineering

2009(VoL 31)No.11

2009206

人车碰撞事故再现技术综述
许骏,李一兵
(清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084)

[摘要]

对国内外人车碰撞事故再现技术进行了综述,分析了目前各种方法的优缺点,并指明了人车事故再

现技术的发展方向。

关键词:人车碰撞;事故再现技术;综述 An Overview the Technique of Accident Reconstruction

on

for Pedestrian—Vehicle Crash
Xu Jun&Li Yibing
Tsinghua Univetsity.State Key Laboratory

ofAutomotive Safety and Energy。8e日h嗨100084

[Abstract]The

technique of pedestrian—vehicle crash accident reconstruction

at

home

and
are

abroad is

over-

viewed.The advantages and drawbacks of various accident reconstruction techniques at present development direction of the technique is also pointed out. Keywords:pedestrian—vehicle crash;accident reconstruction technique;overview

analyzed and the

行人——●——●■—■■■●■■—■—■

前言
道路交通事故是错综复杂的众多因素耦合失调 的结果,具有随机性和不确定性。汽车一行人碰撞 事故(人车事故)是道路交通事故的一种重要类型。 2007年我国因交通事故死亡81 649人,其中人车事 故导致行人死亡的人数占道路交通总死亡人数的 25.58%…;2006年美国、欧洲的交通事故统计数据 显示,行人死亡的人数分别占全部死亡人数的 11.2%旧1和14%¨J。图l为我国不同交通参与者 死亡人数所占比例统计图…。 从图1可看出,在所有交通参与者中,行人死亡 所占比重最高;且每1个行人受伤就对应1.38个行 人死亡…,致死率远高于其他交通方式引起的事故 伤亡比例。如此高的死亡人数和致死率使得对人车 事故再现和事故鉴定提出了较高的要求。因此,对 人车事故再现方法和技术进行研究显得尤为重要。 作者将对国内外目前人车事故再现方法进行总结, 并提出今后的发展方向。

非机动车乘员■

非机动车驾驶能———●—■■■■l
其他机动车驾驶员l 拖挖机驾驶员_

机动车乘61■—●■●■●■■■■■—■■_

摩托车驾驶‘!■——●■■■■■■■■——■■

汽车驾驶员——■——l L.......,.......一————.‘.,.............●.........-.-.-._L...............‘............一
0 j 1lJ 15 20 25

30

比例,%

图1

我国不同交通参与者死亡人数所占比例统计图

1基于路面遗留信息的再现方法
人车事故再现的最主要手段之一是:根据路面 遗留的印迹和撒落物对碰撞前的车速进行估算。人 车事故的路面遗留信息主要包括车辆轮胎印迹、人 体抛距(包括挫痕)和路面撒落物3类。 1.1利用轮胎印迹的再现方法 车辆轮胎印迹可分为制动印、侧滑印、压印等。 根据车辆制动试验可知,不同的车型、车况、轮胎新

原稿收到日期为2009年3月2日,修改稿收到日期为2009年4月13日。

万方数据  

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2009年(第3l卷)第11期

旧程度都对应着不同的轮胎一路面摩擦因数。根据 能量守恒定理可得印迹起点处的瞬时速度为

vault)和翻跟斗(somersault)。后3种人车碰撞事故 很少发生,且由于人体、地面和汽车三者相互耦合作 用,无法得到有效抛距。表l中的公式主要是针对 向前抛射。由于在卷绕型人车事故中存在二次碰 撞,故有学者提出了专门适用于卷绕型人车事故的 车速估算公式,见表2。 表1车速一人体抛距公式总结
文献 文献[13] 模型

vo=厮

(1)

式中%为印迹起点处的瞬时速度,肛为不同印迹类 型选取的轮胎一路面摩擦因数,g为重力加速度,s 为印迹长度。 由于车辆制动试验能够较为准确地模拟车辆发 生事故过程中的轮胎行为,因此获取的摩擦因数值 较为准确。但是随着汽车主动安全技术的发展, ABS在车辆上的广泛应用,轮胎很难在路面遗留印 迹;在雨雪天气情况下,路面轮胎印迹更是难以判断

铲弘佤‘小p+等一再1
≈e=√叠h P七2噬dt一江p

文献[14】 文献[14]

和保留。单纯根据轮胎印迹来估算车速的可行性越
来越小。 1.2利用人体抛距估算的再现方法 文献[4]将人车事故碰撞分为3个阶段:人车接 触、人体抛出以及人体在路面的滑移,见图2。对人 车接触阶段影响较大的因素是碰撞速度和车体前端 的几何构形;人体抛出阶段主要的影响因素是汽车 的制动强度;最后的人体在路面的滑移直接取决于 人车分离瞬间的速度、方向以及路面情况。

”埘觚(一籍±撼-o.喇。)
%=、厕肛=0.66—1.2)
扣丢+ot。,嘶

文献[14]

文献[14】 文献[14] 文献[[14] 文献[14]

”zn(一争±√争剧。)
”c/’吐一m=一如××+哗)m。) ”。=∥百了乃_=i『一4.7

表2卷绕型车速一人体抛距公式总结
文献 模型

图2人车碰撞事故3阶段

文献[17]

铲如幽:。+淼…叠。×

20世纪60年代,很多学者已经开始研究人车
事故中行人的运动学响应归J。因此,假人一汽车碰 撞试验便蓬勃开展起来。自从文献[6]和文献[7] 首次进行成年假人和3、6岁假人与汽车碰撞试验以 后,更多的假人(尸体)一汽车碰撞试验相继被报 道。涉及汽车车速从≤10~79km/h,对象包括成年 人、假人儿童和尸体18。1 2I。由于人体相对于车辆质 量较小,因此人车事故中可将人体视为一质点。研 究人员利用实验室或者室外假人试验得到的结果, 基于抛体运动公式,提出了许多经验公式,见表1。 表l中%为汽车碰撞速度,z。为行人翻倒距 离,p为摩擦因数,g为重力加速度,d。为行人的抛 出距离,d。为行人的滑行距离,h。为行人的抛出高 度,o为平均减速度,m。为汽车质量,m。为行人质 量。 文献[15]和文献[16]根据人体碰撞后不同的 运动形态将人车事故分为5类:卷绕(wrap)、向前抛 射(projection)、碾压(fender vault)、上车顶(roof

(警)∥t叱c似)
口。=11.3屑一0.3
口。=9.84dlo
57 6

文献[18] 文献[19] 文献[20] 文献[21] 注:0为行人抛出的角度。

F。=8.360 4dto.604

%=12.7毋~一2.6

利用人体抛距公式估算车速存在以下问题:(1) 无论是利用轮胎印迹还是人体抛距来估算碰撞时车 速,都需要首先确定人车路面接触位置,但是这个问 题在人车事故中尚难以解决并容易被忽略或遗 漏Ll引;(2)至今未对碾压、翻跟斗等人车事故做过试

验,更无法从运动学上进行建模分析;(3)人体与车辆
二次甚至更多次接触导致人体抛距会发生较大变化。 1.3利用路面撒落物的再现方法 由于路面印迹难以获取,撒落物信息便成为人 车事故再现的又一有力手段。国内外有关专家对风 窗玻璃、侧风窗玻璃、车大灯玻璃碎片痕迹及其分布 场与碰撞车速的关系进行了较为深入的研究。由于

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人车事故与车车碰撞事故不同,玻璃碎片的运动不 会受到碰撞对手的大面积遮挡,如果参与事故汽车 的碰撞速度与被碰撞玻璃碎片抛距的定量关系已 知,则汽车碰撞速度就可通过确定的玻璃碎片抛距 求出。当其他参数不十分可靠,特别是只有玻璃碎 片场存在时,就可利用玻璃碎片场参数推算汽车的 碰撞速度¨…。 文献[22]对玻璃碎片抛撒距离做了大量试验, 试验变量包括平头汽车和长头汽车,结果证明两种 类型的汽车玻璃碎片抛距没有明显区别。根据试验 结果,对应不同的风窗玻璃离地高度和几何尺寸,总 结出一系列玻璃碎片抛距线性经验计算公式,详见

撞击中心离较近的玻璃边框距离的乘积除以前风窗 玻璃中心离玻璃边框距离乘积;口为待定系数。 在此基础上,文献[29]和文献[30]从动力学的 角度出发,利用冲击动力学和断裂力学的相关理论, 针对3种裂纹类型,分别提出了3种模型来估算人 车事故的碰撞车速。 (1)基于风窗玻璃最大凹陷量的车速估算模型 为

秽。=f胆P1日
其中

(4)

日:垃!兰掣晕坚龃
扣(搿,Y)丌4E2IWL
.m1T芒.凡耵

(5)

文献[23]。由于风窗玻璃离地高度及几何尺寸对
玻璃碎片分布场影响很大,故利用该方法推算车速 存在较大误差。文献[24]和文献[25]在此基础上 建立了玻璃碎片广义抛距模型的表达式为 L==A3[1)2+(29H)]^4+Al[秽

P=———■专葡_i磊9"1———一

2√T07虿1

42+

A5[秽2+(29H)]/gexp[一A6(∥日)]

(2)

耋耋需前幽铲平

式中£,和何有不同物理意义的组合,而对应的参数 A。~A。也可有不同的取值。由于该模型输入参数 较多,计算结果稳定性欠佳,故在实际交通事故再现 和鉴定中很少使用。为此,文献[26]通过实车碰撞 试验,分析了一定初始条件下大灯碎片偏移角度、抛 距随碰撞速度的相瓦关系,并提出了基于大灯碎片 分布场的车速估算模型,但尚未经过大量真实案例 检验。

(6) 式中w(x,Y)为任意坐标点的风窗玻璃凹陷量,E: 为夹层风窗玻璃弹性模量,,为风窗玻璃惯性矩, 形、L为风窗玻璃长、宽尺寸,亭、叼为人体头部碰撞 中心距风窗玻璃边缘的横向、纵向距离。 (2)基于风窗玻璃最大环形裂纹半径的车速估 算模型为

铲舞E(m。也)R;+m。h2p]半(7) 了(7) %2蕊c棚,洱+
其中

2基于人车信息的事故再现方法
2.1利用风窗玻璃破损信息的再现方法 在人车事故中,尤其是在高车速情况下,往往发 生行人头部与汽车风窗玻璃相碰撞事件(卷绕人车 碰撞类型),因此,风窗玻璃的破损信息中蕴含着丰 富的事故信息,汽车碰撞车速便是其中之一。风窗 玻璃在受到行人头部冲击后产生的裂纹主要为:环 形裂纹、放射状裂纹和锥形裂纹旧7‘。文献[28]通过 定义环形裂纹的最大半径,利用51例真实人车事故

A-:—』堕型≥丁

=——————————————了——丁一

(8)
L 6,

阳1一务2一手)卜

式中M为行人头部质量,n 7为风窗玻璃的接触集合 特性,可查表,s“1.435,a为应力达到最大的时 间,c。为等效接触半径。 (3)基于风窗玻璃最长裂纹的分段区间车速估 算模型为

』?=丢≯1405舢EI{1r一去)
间,二为某一速度区间。 2.2利用人体损伤的再现方法

j‘2虿丁+。4 pA\万一刀J
L移。.(彳)=aizf+bf,i=1,2,3,…

(9)

案例数据,提出了最大环形裂纹半径一碰撞车速的
统计学公式为

式中f为裂纹长度,E为夹层风窗玻璃的等效弹性


%2———m万_一ai+O—ilg
c九D 十

(m。+mP)蟛+,rich"e.

,¨ u’

模量,∥为风窗玻璃抗弯系数,下标i为第i个区

式中R。为行人的转动惯量,r为环形裂纹最大半径, 口;、bj为待定系数,"为撞击中心远离程度,定义为

通过法医的尸检报告以及医院的诊断报告,可

万方数据  

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得到行人伤害的具体部位、程度,但目前在理论上仍 无法将受伤程度和受伤类型与受力联系起来。因 此,目前采用的方法就是软件模拟和统计方法推断。 用于模拟人车事故的代表性软件有PC.CRASH 和MADYMO。PC-CRASH中的行人模型是基于多 刚体动力学构建的,整个人体分为15段,由16个关 节铰接起来∞1l。文献[32]利用PC.CRASH建立虚 拟仿真实验场,将车速一人体抛距进行了拓展。多年 来清华大学、吉林大学使用PC—CRASH,并结合人体 损伤部位,对实际人车事故进行事故鉴定,取得了较 好的社会效益。MADYMO的行人模型是基于多刚 体动力学的混III假人模型,具有较高的精度。因 此,有些学者利用PC—CRASH和MADYMO耦合进 行人车事故分析,取得了不错的效果∞3|。文献[34] 和文献[35]基于MADYMO软件,使用分析法与模 拟法相结合的优化方法研究人车事故再现,仿真结 果与法医鉴定的人体伤害结果基本吻合。文献 [36]将序列线性优化的方法应用到MADYMO软件 中模拟人车事故,达到优化再现事故过程的目的。 利用成熟的商用软件进行人车事故分析,能够在很 大程度上提高人车事故再现精度,拓展人车事故鉴 定范围,但软件模拟本身需要大量确定性的信息输 入,但输入参数只能靠经验和估计确定,这本身是一 对矛盾。另外,使用软件进行人车事故模拟分析的 时间和人力代价较高。 基于统计方法推断的基本思想是:根据以往真 实案例的人体受伤部位、受伤程度(MAIS/AIS值) 来推断现有事故的碰撞车速。文献[37]建立了可 用于人车事故再现的统计数据源,能够通过典型特 征参数,如车辆前端特征参数、行人的年龄、性别、身 高以及人体损伤程度等推断碰撞车速。文献[38] 在其他学者研究的基础上∽枷1进一步阐明了基于 统计意义的人体损伤关于碰撞车速函数的物理意 义,并提出了改进的数学模型。丰富的人车事故案 例能够从统计的角度对人车事故进行分析,但再现 效果取决于数据源是否足够准确和充足。

推广的能力;事故再现用的人车事故案例数据源尚 未构建完成。因此,现有的人车事故再现技术和方 法尚需进一步发展和完善。 纵观国内外人车事故再现研究的发展历程,可 发现4个趋势:(1)逐渐由运动学方面的探讨转向动 力学方面的研究;(2)对事故现场遗留的痕迹越来 越注重;(3)更多的方法联合应用进行人车事故再 现;(4)多信息融合技术的应用。现分述如下。 (1)进行深入的动力学方面讨论采用运动学 进行研究,解决的只是车辆和人体的运动现象;而进 行动力学研究则是探求车辆和人体运动状态的原 因。无论是将车辆进行有限元建模还是将人体看作 多刚体模型,目的在于进行动力学方面的研究来阐 明汽车碰撞瞬时的速度与现场相关痕迹,例如人体 抛距等之间的定量关系。显然,只有深入探究人车 碰撞过程的本质因素,才能科学、合理地再现事故。 (2)注重事故现场痕迹 实践证明,单纯从人

体抛距或者汽车轮胎印迹是无法准确再现人车事故 的,因此考虑其他现场痕迹便成为重要的解决途径。 保险杠、发动机罩、风窗玻璃、A柱等与人体发生碰 撞部位的痕迹,人体损伤情况以及地面遗留的风窗 玻璃碎片、车灯碎片、鞋等撒落物的相关空间位置都 是进行深入分析得到再现手段的有用信息。 (3)注重多模型的联合应用单一的事故再现 模型无法满足现有再现研究和分析工作的精度要 求,必将求助于多模型的联合应用。由于交通事故 现场采集的数据具有一定的偏差范围,相关参数和

信息的推断和确定也存在一定的取值范围,且不同
的模型能够得到不同的信息。因此需要通过多模型 进行互为输入输出,互相验证,求出最小交集以便最 大程度地逼近准确值。 (4)多信息融合技术 实时监测/数据记录技

术越来越受到汽车研发和交通管理部门的重视。例 如,在长途客运车上已经普遍加装行驶记录仪;高等 级公路上摄像记录装置已经较为完善。通过这些设 备记录的数据和信息,能够对人车事故的车速确定 起到重要的补充作用。随着汽车技术的发展,多信 息融合技术将会逐渐应用到人车事故再现中。 参考文献
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人车碰撞事故再现技术综述
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 许骏, 李一兵, Xu Jun, Li Yibing 清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084 汽车工程 AUTOMOTIVE ENGINEERING 2009,31(11)

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