胡 林，戴興興，黃 晶，陳 強(qiáng)

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車與機(jī)械工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410114； 2.湖南大學(xué)，汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410082；3.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，工程車輛安全性設(shè)計(jì)與可靠性技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410114； 4.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300162)

轎車-行人碰撞事故再現(xiàn)模型參數(shù)敏感性研究?

胡 林1，3，戴興興1，3，黃 晶2，陳 強(qiáng)4

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車與機(jī)械工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410114； 2.湖南大學(xué)，汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410082；3.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，工程車輛安全性設(shè)計(jì)與可靠性技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410114； 4.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300162)

為確定對(duì)轎車行人事故再現(xiàn)結(jié)果有顯著影響的參數(shù)，在動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上建立了轎車與行人的碰撞模型，篩選出影響事故再現(xiàn)結(jié)果的一般敏感性參數(shù)；再運(yùn)用單因素試驗(yàn)方法對(duì)一般敏感性參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)一步篩選出對(duì)再現(xiàn)結(jié)果影響較大的敏感性參數(shù)；在此基礎(chǔ)上采用多因素分析法將敏感性參數(shù)按敏感度大小進(jìn)行排序，參照所得結(jié)果對(duì)一起真實(shí)的車人碰撞事故進(jìn)行再現(xiàn)仿真，所得結(jié)果與實(shí)際相吻合。最終表明，對(duì)再現(xiàn)結(jié)果有顯著影響的參數(shù)為轎車碰撞前速度、駕駛員反應(yīng)時(shí)間、減速度、轎車轉(zhuǎn)彎偏角和接觸位置，針對(duì)性地調(diào)整這些參數(shù)，能提高事故再現(xiàn)的精度。

轎車-行人碰撞；事故再現(xiàn)模型；單因素試驗(yàn)；多因素分析；敏感性

前言

人車碰撞事故是我國(guó)道路交通事故的主要形態(tài)。據(jù)《道路安全全球現(xiàn)狀報(bào)告2013》中指出，行人全年死亡人數(shù)占道路交通總死亡人數(shù)的22%左右。在我國(guó)，大部分道路都是車輛與行人混合通行的模式，從客觀上加劇了作為弱勢(shì)交通參與者的行人的死亡風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，行人事故死亡人數(shù)占總交通事故死亡人數(shù)的25%[1]。因此，人車碰撞事故的分析與再現(xiàn)成為事故鑒定領(lǐng)域需要研究的重點(diǎn)問(wèn)題。

21世紀(jì)初，奧地利的H.Steffan博士開(kāi)發(fā)了PCCrash軟件[2]，用于典型交通事故的模擬。之后國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)了一大批研究者開(kāi)始了對(duì)事故分析與再現(xiàn)的研究。文獻(xiàn)[3]中分析了車對(duì)車碰撞前后階段和碰撞階段的影響因素，建立了敏感性分析模型，并通過(guò)具體的事故案例分析了這些參數(shù)的影響規(guī)律；文獻(xiàn)[4]中利用轎車-行人碰撞中行人損傷信息對(duì)事故過(guò)程進(jìn)行重構(gòu)，提出采用有限元仿真和遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆向推導(dǎo)轎車 行人事故中碰撞參數(shù)的新方法；文獻(xiàn)[5]中針對(duì)車速較高時(shí)汽車與行人接觸部位容易產(chǎn)生過(guò)度穿透等問(wèn)題建立了模擬車、人真實(shí)接觸狀態(tài)的等效接觸模型，提高了事故再現(xiàn)結(jié)果的精度；文獻(xiàn)[6]中運(yùn)用生物力學(xué)的方法建立了人體損傷、碰撞速度和接觸位置的計(jì)算模型，并用此模型來(lái)引導(dǎo)事故分析與重建；文獻(xiàn)[7]中采用蒙特卡羅分析方法，對(duì)汽車碰撞事故的不確定度進(jìn)行了分析。這些研究主要是利用正向的數(shù)學(xué)解析計(jì)算模型來(lái)進(jìn)行參數(shù)分析，在一定程度上明確了影響汽車碰撞速度計(jì)算的參數(shù)，但這樣的碰撞模型適用性不高，具體的碰撞模型只能對(duì)特定的事故類型進(jìn)行分析，且往往要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬與分析，而在運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行事故再現(xiàn)時(shí)，由于事故過(guò)程中包含著很多的不確定參數(shù)，這使對(duì)車輛碰撞速度的鑒定和碰撞事故過(guò)程的分析產(chǎn)生一定的不準(zhǔn)確性。全面系統(tǒng)地分析所有參數(shù)使過(guò)程繁瑣且沒(méi)必要，研究特征參數(shù)，分析各參數(shù)對(duì)再現(xiàn)精度的敏感度，在事故參數(shù)有限的情況下，有利于合理選擇參數(shù)，減小行人事故再現(xiàn)的誤差和縮短仿真時(shí)間。

事故再現(xiàn)的關(guān)鍵是確定碰撞速度[8]，本文中以轎車 行人碰撞事故類型為例，利用正向的數(shù)學(xué)力學(xué)解析計(jì)算模型來(lái)分析影響碰撞速度計(jì)算的參數(shù)，再運(yùn)用單因素試驗(yàn)方法和多因素分析法對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行逐層深入的敏感性分析，并將分析結(jié)果應(yīng)用于國(guó)內(nèi)一起真實(shí)的轎車-行人碰撞案例PC-Crash重建，驗(yàn)證了所提方法的有效性。

1 人車碰撞事故一般敏感性參數(shù)的提取

1.1 人車碰撞事故再現(xiàn)過(guò)程

人車碰撞過(guò)程可分為3個(gè)階段：(1)碰撞前階段，駕駛員發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)到車與人剛開(kāi)始接觸；(2)碰撞階段，車與人剛開(kāi)始接觸到開(kāi)始分離；(3)碰撞后階段，車與人開(kāi)始分離到完全停定。在實(shí)際事故再現(xiàn)中，一般先根據(jù)路面的制動(dòng)痕跡、停車位置和道路情況等使用軌跡模型來(lái)估算碰撞后的車輛速度，然后依據(jù)碰撞模型計(jì)算出碰撞時(shí)車輛的速度，最后利用計(jì)算出的結(jié)果和事故現(xiàn)場(chǎng)信息作為仿真軟件的輸入，模擬出碰撞過(guò)程并與事故現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，若不滿意則按優(yōu)化算法調(diào)整初始數(shù)據(jù)重新計(jì)算，也就是逆向計(jì)算來(lái)指導(dǎo)軟件正向模擬。因此，建立合適的碰撞運(yùn)動(dòng)模型計(jì)算出碰撞時(shí)車輛的速度成為人車事故再現(xiàn)的關(guān)鍵。

人車事故的碰撞形態(tài)分為正面碰撞和側(cè)面碰撞。此外還有一種特殊情況，汽車倒車時(shí)尾部撞擊行人，這種情況一般車速較低，極少發(fā)生。公安部交通管理局對(duì)1995-2005年間的汽車行人事故碰撞形態(tài)統(tǒng)計(jì)得出：正面碰撞占行人事故總數(shù)的比例最高，為67.1%[9]。對(duì)CIDAS中心2011-2014年在北京、長(zhǎng)春、威海、寧波、佛山5個(gè)城市采集的358起人車碰撞事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)正面碰撞(占74%)是行人碰撞事故的主要類型。

1.2 人車事故正面碰撞模型

選取轎車與行人的正面碰撞事故為研究對(duì)象，其碰撞模型如圖1所示，行人質(zhì)量為mp，質(zhì)心高度為H，轎車質(zhì)量為mv、初始速度為v，行人被轎車撞擊后拋起，拋射夾角為θ，拋射速度為v0。人體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程有：拋射運(yùn)動(dòng)、撞擊路面、彈跳、滑動(dòng)、滾動(dòng)直至停止。假設(shè)拋射速度v0近似等于v′(碰撞后車輛與行人在某一瞬間達(dá)到完全相同速度時(shí)的值)。

轎車-行人碰撞過(guò)程極其短暫，碰撞時(shí)撞擊力很大。因此可以運(yùn)用動(dòng)量守恒定理計(jì)算碰撞前汽車速度，根據(jù)所給條件可得

再對(duì)行人拋射瞬間進(jìn)行受力分析，結(jié)合牛頓第二定律可得行人的受力情況：

式中：ax和ay分別為加速度在X和Y兩個(gè)方向上的分量；N(t)為行人所受的垂直方向反力，它隨時(shí)間而變化；g為重力加速度；μ為行人與地面摩擦因數(shù)，根據(jù)國(guó)外的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值為0.5～0.7(干燥混凝土或?yàn)r青路面)[10]。而當(dāng)人體在空中做拋射運(yùn)動(dòng)時(shí)，N(t)=0，由式(2)和式(3)得

對(duì)式(4)進(jìn)行積分，可得速度分量關(guān)系式為

對(duì)式(4)二重積分，得到位移分量關(guān)系式為

當(dāng)t=0時(shí)，x=0，y=H，vx=v0cosθ，vy=v0sinθ，可求解出C1和C2的值。

C1=v0(cosθ+μsinθ)，C2=μH，把C1和C2代入式(5)和式(6)得

上述各公式中包括了人體在空中的拋射運(yùn)動(dòng)、滑行以及滾動(dòng)這一系列運(yùn)動(dòng)過(guò)程。當(dāng)人體在空中拋射運(yùn)動(dòng)時(shí)，Ny(t)=0，則速度分量和位移分量分別為

因此可得到行人在空中做拋射運(yùn)動(dòng)所經(jīng)的距離，也即第一次著落后拋距Xf和時(shí)間tf分別為

當(dāng)人體經(jīng)過(guò)拋射，與路面碰撞、滾動(dòng)和滑動(dòng)這幾個(gè)過(guò)程之后，最終靜止，應(yīng)滿足vx=0，vy=0，y=0，x=X，t=ttotal等條件，由式(9)和式(10)得

從而得出拋射速度v0為

結(jié)合式(1)和式(15)得出轎車初始速度v為

由式(16)可知，碰撞前轎車的速度及其影響因素可表示為v=f(mv，mp，μ，H，θ)。

本文中運(yùn)用PC-Crash軟件進(jìn)行事故仿真，而操作PC-Crash進(jìn)行仿真時(shí)需要輸入很多參數(shù)，這些參數(shù)很多是由操作者憑經(jīng)驗(yàn)選定的，這勢(shì)必會(huì)對(duì)結(jié)果造成誤差，且需要較多的時(shí)間，因此，須對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行敏感性分析。通過(guò)對(duì)碰撞速度的分析，結(jié)合PC-Crash軟件優(yōu)化計(jì)算器中的可設(shè)置參數(shù)項(xiàng)以及文獻(xiàn)[11]中理論分析方法獲得的參數(shù)，首先確定了20個(gè)對(duì)轎車-行人碰撞結(jié)果產(chǎn)生影響的一般敏感性參數(shù)：轎車碰撞前速度、碰撞前的方向、制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間、駕駛員反應(yīng)時(shí)間、整車質(zhì)量、轎車質(zhì)心高度、車身碰撞還原系數(shù)、減速度、制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)時(shí)間、路面摩擦因數(shù)、轎車轉(zhuǎn)彎偏角、轉(zhuǎn)向時(shí)間、車身強(qiáng)度、前后排乘客質(zhì)量、接觸位置、行人步行速度、行人質(zhì)量、行人與地面摩擦因數(shù)、行人質(zhì)心高度和行人朝向。

2 參數(shù)敏感性研究

對(duì)于篩選的20個(gè)一般敏感性參數(shù)進(jìn)行循序漸進(jìn)、層層剖析。

第一步：對(duì)20個(gè)一般敏感性參數(shù)運(yùn)用單因素試驗(yàn)方法，根據(jù)實(shí)際情況，在其可能取值的范圍內(nèi)選取不同的值，通過(guò)相關(guān)分析得到該參數(shù)的變化對(duì)事故再現(xiàn)結(jié)果的影響，從而進(jìn)一步篩選出對(duì)再現(xiàn)結(jié)果影響重要的敏感性參數(shù)。雖然此時(shí)各參數(shù)的敏感度仍未定，但可大致比較出各參數(shù)對(duì)再現(xiàn)結(jié)果影響程度的大小。

第二步：針對(duì)第一步確定的最為重要的參數(shù)，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，通過(guò)方差分析得出敏感度排序。

2.1 單因素試驗(yàn)方法

基于某一例真實(shí)案例建立了典型的轎車-行人碰撞模型。在碰撞瞬間，01轎車車速45km/h，02行人步速3km/h，接觸位置和碰撞后停止位置情況如圖2所示。

運(yùn)用單因素試驗(yàn)方法單獨(dú)改變上文中提取的其中一個(gè)一般敏感性參數(shù)，觀察分析其變化對(duì)模擬結(jié)果的影響(以01轎車和02行人的再現(xiàn)結(jié)果為主)。單因素試驗(yàn)方法中參數(shù)的取值基于真實(shí)情況和參數(shù)特征，在可能范圍內(nèi)選取，由于參數(shù)較多，僅以轎車碰撞后減速度a為例進(jìn)行分析。

在PC-Crash中改變轎車碰撞后減速度a，分別計(jì)算仿真結(jié)果中01轎車和02行人最終位置(分別用其質(zhì)心坐標(biāo)表示)與實(shí)際位置之間的位移y1和y2(以下簡(jiǎn)稱位移)隨轎車碰撞后減速度的變化量ab的變化，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

圖2 轎車-行人碰撞模型

表1y1和y2隨ab的變化

表1中：ab變量為連續(xù)型隨機(jī)變量，服從正態(tài)分布；而對(duì)y1和y2變量進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)得到Wy1= 0.95565，Py1=0.7807＞0.05，Wy2=0.96813，Py2= 0.8847＞0.05；說(shuō)明y1和y2變量均服從正態(tài)分布，故可利用SAS軟件進(jìn)行Pearson乘積-矩相關(guān)分析(若相關(guān)性分析的兩變量不服從雙變量正態(tài)分布，則進(jìn)行Spearman秩相關(guān)分析)，得到分析結(jié)果如表2所示。

表2 Pearson乘積-矩相關(guān)分析結(jié)果

根據(jù)文獻(xiàn)[12]中相關(guān)分析的分析標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)假設(shè)檢驗(yàn)的結(jié)果為P＜0.05且r2＞0.5時(shí)，研究的兩個(gè)定量變量之間的直線關(guān)系不僅具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而且具有較大的實(shí)際意義，r2越接近1，其實(shí)際意義越大。從表2可以得出，ab與y1之間的相關(guān)系數(shù)r2= 0.96646＞0.5，P＜0.0001，說(shuō)明轎車碰撞后減速度a的變化對(duì)01轎車再現(xiàn)結(jié)果有著明顯的影響。同樣ab與y2之間的相關(guān)系數(shù)r2=0.95504＞0.5，P＜0.0001，說(shuō)明轎車碰撞后減速度a的變化對(duì)02行人再現(xiàn)結(jié)果也有著明顯的影響，為敏感性參數(shù)。按上述方法，對(duì)20個(gè)一般敏感性參數(shù)都設(shè)計(jì)一個(gè)單因素試驗(yàn)，依次進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表3所示。

表3 相關(guān)性分析結(jié)果

續(xù)表3

由表可見(jiàn)，對(duì)再現(xiàn)結(jié)果有明顯影響的8個(gè)敏感性參數(shù)為轎車碰撞前速度、駕駛員反應(yīng)時(shí)間、減速度、轎車轉(zhuǎn)彎偏角、接觸位置、行人步行速度、行人與地面摩擦因數(shù)和行人朝向。

2.2 多因素試驗(yàn)方法

多因素分析試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)完成。

2.2.1 因素水平表設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)化試驗(yàn)，選取改變參數(shù)后01轎車和02行人的最終位置與實(shí)際最終位置(分別用其質(zhì)心坐標(biāo)表示)的位移s1和s2作為指標(biāo)，對(duì)于8個(gè)敏感性參數(shù)，每個(gè)參數(shù)設(shè)定3個(gè)水平，各水平的取值根據(jù)實(shí)際情況，在可能的范圍內(nèi)選取，見(jiàn)表4。

表4 因素水平表

2.2.2 選取正交表和按試驗(yàn)方案獲得試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)因素水平表，不考慮因素間的相互作用選擇正交表L27(38)，按試驗(yàn)序號(hào)在PC-Crash軟件中對(duì)應(yīng)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行模擬仿真，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5L27(38)正交表

續(xù)表5

2.2.3 方差分析

方差分析可把試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)總的波動(dòng)分解為反映因素水平變化引起的波動(dòng)和反映試驗(yàn)誤差引起的波動(dòng)兩部分，然后將它們的平均波動(dòng)進(jìn)行比較，作出因素對(duì)指標(biāo)作用效果是否顯著的結(jié)論。即把觀測(cè)數(shù)據(jù)的總偏差平方和SST分解為反映必然性的各個(gè)因素的偏差平方和(SSA，SSB，SSK)和反映偶然性的誤差偏差平方和SSe，并計(jì)算比較它們的平均偏差平方和MS。此值越大，表示參數(shù)敏感度越大，其影響也越大。據(jù)此找出對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)起決定性影響的因素(即顯著或高度顯著因素)[12]。

依據(jù)文獻(xiàn)[12]中方差分析的基本步驟進(jìn)行計(jì)算，8個(gè)重要參數(shù)對(duì)01轎車和02行人位移指標(biāo)的方差分析結(jié)果分別如表6和表7所示。

表6 轎車位移方差分析表

由表6可見(jiàn)，轎車位移對(duì)各參數(shù)的敏感度大小依次為轎車碰撞前速度、減速度、駕駛員反應(yīng)時(shí)間、轎車轉(zhuǎn)彎偏角、行人朝向、行人步行速度、行人與地面摩擦因數(shù)和接觸位置；由表7可見(jiàn)，行人位移對(duì)各參數(shù)的敏感度大小依次為減速度、接觸位置、駕駛員反應(yīng)時(shí)間、轎車碰撞前速度、行人與地面摩擦因數(shù)、行人朝向、汽車轉(zhuǎn)彎偏角和行人步行速度；將表6和表7中Fα與F的值進(jìn)行比較可以得出，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著的因素有表4中的A，B，C，D和E，即在設(shè)計(jì)試驗(yàn)選擇的8個(gè)因素中轎車碰撞前速度、駕駛員反應(yīng)時(shí)間、減速度、轎車轉(zhuǎn)彎偏角和接觸位置對(duì)再現(xiàn)結(jié)果影響較為顯著。

表7 行人位移方差分析

3 案例驗(yàn)證

3.1 事故描述

2015年9月1日4時(shí)00分，劉某駕駛京JC????轎車自東向西沿著南四環(huán)內(nèi)環(huán)主路行駛，行至北京市豐臺(tái)區(qū)南四環(huán)內(nèi)環(huán)主路花鄉(xiāng)橋東側(cè)時(shí)，轎車前部與自北向南橫穿主路的陳某左側(cè)相撞，造成轎車損壞、陳某死亡的交通事故。

事故發(fā)生時(shí)，天氣晴朗，道路為瀝青路面。事故造成車輛左大燈開(kāi)裂，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋左前方有很明顯的變形，風(fēng)窗玻璃下沿靠左有放射性裂紋。法醫(yī)尸檢報(bào)告顯示：行人頭部有嚴(yán)重的片狀挫傷，頭顱有裂紋，顱內(nèi)有積血，胸腹部可見(jiàn)散在條片狀搓擦傷，胸部的肋骨骨折，左大腿有骨擦感，左小腿開(kāi)放性骨折。頭部和胸部受到劇烈的撞擊是造成行人當(dāng)場(chǎng)死亡的主要原因。圖3為道路交通事故現(xiàn)場(chǎng)位圖，圖中顯示了事故發(fā)生的位置、散落物位置、事故發(fā)生后的行人倒地位置和事故車輛的最終停止位置。

圖3 事故現(xiàn)場(chǎng)位圖

3.2 位置誤差驗(yàn)證

依據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)獲得的信息，在PC-Crash中輸入轎車和行人的接觸位置、車速、行人步速等初始參數(shù)，在沒(méi)有針對(duì)性地去調(diào)整各個(gè)參數(shù)時(shí)，得到的再現(xiàn)結(jié)果與實(shí)際相差較大，轎車行人碰撞后停定位置誤差較大，見(jiàn)圖4。若按照前文參數(shù)敏感度的大小來(lái)微調(diào)初始輸入，獲得的碰撞后停定位置與實(shí)際情況基本吻合，見(jiàn)圖5。

圖4 未針對(duì)性調(diào)整的碰撞過(guò)程模擬圖(二維)

通常情況下，由簡(jiǎn)單測(cè)量或計(jì)算獲得的事故現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)都有較大的誤差，但一個(gè)高質(zhì)量的事故調(diào)查組會(huì)盡可能地使系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差降低至最小。本研究選取的事故案例是經(jīng)過(guò)了CIDAS項(xiàng)目組的專業(yè)事故調(diào)查人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查獲得的，可確保事故現(xiàn)場(chǎng)的評(píng)估準(zhǔn)確性。交通道路二維再現(xiàn)結(jié)果的總體平均相對(duì)誤差在5%左右[13]。表8為仿真結(jié)果與事故現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值的誤差，從表中可以看出，仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值的誤差在允許的誤差范圍內(nèi)。

3.3 損傷驗(yàn)證

頭部傷害程度主要采用美國(guó)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)

圖5 針對(duì)性調(diào)整的碰撞過(guò)程模擬圖(二維)

表8 仿真結(jié)果與事故現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值的誤差

(FMVSS)中提出的傷害指標(biāo)HIC來(lái)評(píng)價(jià)[14]，即

式中：a(t)為頭部質(zhì)心合成加速度；t1和t2為HIC達(dá)到最大值時(shí)間間隔的初始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻。

圖6為假人頭部加速度曲線。從圖6看出，當(dāng)t=60ms時(shí)，假人頭部與風(fēng)窗玻璃的碰撞導(dǎo)致頭部合成加速度第1次達(dá)到峰值，約為264.6g。之后行人落地，與路面發(fā)生碰撞，并在路面滑行時(shí)，頭部受到了二次傷害，其間最大合成加速度約為163.9g。

由式(17)計(jì)算得到仿真中HIC=1783，發(fā)生在假人頭部與風(fēng)窗玻璃的碰撞時(shí)間段。此值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了安全界限值1 000[15]。

圖6 假人頭部加速度曲線

圖7為假人胸部的加速度曲線，從圖中看出，假人的胸部加速度有兩次較大的峰值，分別為107.5g和85.1g。第1次是開(kāi)始碰撞時(shí)胸部受到了車輛的急劇撞擊造成的，第2次是因?yàn)閺目罩新涞卦斐傻?。兩次胸部合成加速度均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)界限60g[15]，與實(shí)際中陳某胸部嚴(yán)重受損情況相符。

圖7 假人胸部加速度曲線

圖8為假人左小腿的加速度曲線。圖8顯示當(dāng)t=20ms時(shí)，左小腿與轎車保險(xiǎn)杠發(fā)生劇烈撞擊，加速度達(dá)到峰值477.2g，超過(guò)了人體小腿耐受極限值150g[15]，與實(shí)際中陳某左小腿開(kāi)放性骨折情況符合。

綜上所述，假人頭部、胸部和左小腿的損傷值均超出人體的安全界限值，陳某頭部和胸部受到劇烈的撞擊是造成其當(dāng)場(chǎng)死亡的主要原因，這與法醫(yī)的尸檢報(bào)告相吻合。結(jié)合位置誤差結(jié)果和損傷結(jié)果印證了參照敏感性因素操作軟件再現(xiàn)能較精確地獲得再現(xiàn)結(jié)果。

4 結(jié)論

為研究轎車-行人事故再現(xiàn)模型內(nèi)參數(shù)的敏感性，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型、單因素試驗(yàn)法和多因素分析法相結(jié)合的事故再現(xiàn)模型參數(shù)敏感性分析方法獲得了對(duì)再現(xiàn)結(jié)果影響顯著的參數(shù)，并通過(guò)真實(shí)的行人案例對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

(1)對(duì)轎車-行人事故再現(xiàn)結(jié)果有顯著影響的參數(shù)為汽車碰撞前速度、駕駛員反應(yīng)時(shí)間、減速度、轎車轉(zhuǎn)彎偏角和接觸位置。在應(yīng)用PC-Crash進(jìn)行轎車 行人碰撞事故再現(xiàn)模擬時(shí)，若轎車的最終位移誤差較大，可針對(duì)性地調(diào)整轎車碰撞前速度、駕駛員反應(yīng)時(shí)間、減速度、轎車轉(zhuǎn)彎偏角；若行人的最終位移誤差較大，可把減速度、接觸位置作為首選調(diào)節(jié)參數(shù)，以快速得到滿意的仿真結(jié)果。

(2)行人與地面摩擦因數(shù)、行人步行速度、行人朝向作為影響事故再現(xiàn)結(jié)果的敏感性參數(shù)，可分別通過(guò)行人服裝與路面狀況、行人特征、碰撞后行人最終位置得到初步的取值范圍，在多次調(diào)整顯著敏感性參數(shù)后事故再現(xiàn)結(jié)果精度還不夠高時(shí)，在其取值范圍內(nèi)針對(duì)性地調(diào)整這3個(gè)參數(shù)可再次提高事故再現(xiàn)的精度。

(3)轎車-行人事故的類型多樣，現(xiàn)僅對(duì)轎車行人的正面碰撞類型做了研究，結(jié)論僅對(duì)此類碰撞適用。另外，應(yīng)用多因素分析法進(jìn)行參數(shù)敏感性分析時(shí)，僅考慮了單個(gè)參數(shù)對(duì)事故再現(xiàn)模型的敏感性，未計(jì)及各參數(shù)之間的交互影響，這將在下一步的深入研究中進(jìn)行討論。

[1] CHEN Q，LIN M，DAI B，et al.Typical pedestrian accident scenarios in China and crash severity mitigation by autonomous emergency braking systems[C].SAE Paper 2015-01-1464.

[2] Hermann Steffan.Pc-crash technical manual version 7.3[M].Linz，Austrian：Dr Steffan Datentechnik GmbH，2006.

[3] 陳濤，魏朗，龔標(biāo).車對(duì)車碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)敏感性分析[J].汽車工程，2012，34(9)：771-776.

[4] 劉文君，李奎，蘇森，等.基于有限元仿真和遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的轎車 行人事故重構(gòu)[J].醫(yī)用生物力學(xué)，2015，30(2)：125-130.

[5] 張曉云，金先龍，柴象海，等.基于接觸特征的車 人碰撞事故模型構(gòu)建與分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012，48(14)：104-111.

[6] DIAS J，PORTAL R，PAULINO T.Forensic injury biomechanics methodologies applied to traffic accident reconstruction[J].Journal of Biomechanics，2012，45(S1)：210.

[7] HAN I.Impulse-momentum based analysis of vehicle collision accidents using Monte Carlo simulation methods[J].International Journal of Automotive Technology，2015，16(2)：253-270.

[8] 聶進(jìn)，吳京梅，吳玲濤，等.基于行人和自行車交通安全的城市道路限速值研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2014，27(7)：91-97.

[9] 公安部交通管理局.中華人民共和國(guó)道路交通事故統(tǒng)計(jì)資料匯編(1995-2005)[M].北京：群眾出版社，2006.

[10] 胡林，方勝勇，陳強(qiáng).基于正交實(shí)驗(yàn)的汽車 兩輪車碰撞事故再現(xiàn)的參數(shù)影響研究[J].汽車工程，2016，38(5)：567-573.

[11] 王宏雁，邵文煜.基于PC-Crash的交通事故再現(xiàn)誤差分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，37(4)：531-536.

[12] 胡良平.科研設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析[M].北京：軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社，2012：357-363.

[13] 魏朗，陳濤，余強(qiáng).道路交通事故模擬再現(xiàn)的車輛動(dòng)力學(xué)三維模型[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2003，3(3)：88-92.

[14] EPPINGER R H，MORGAN R M，MARCUS J H.Development of dummy and injury index for NHTSA's thoracic side impact protection research program[M].San Diego：Society of Automotive Engineers，1984.

[15] 陳奇，張道文，王鑫.行人與廂式客車碰撞后的運(yùn)動(dòng)形態(tài)及損傷研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，25(9)：133-138.

A Study on Parameter Sensitivity in Accident Reconstruction Model for Car-pedestrian Crash

Hu Lin1，3，Dai Xingxing1，3，Huang Jing2＆Chen Qiang4
1.School of Automotive and Mechanical Engineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha410114；2.Hunan University，State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body，Changsha410082；3.Changsha University of Science and Technology，Hunan Province Key Laboratory of Safety Design and Reliability Technology for Engineering Vehicle，Changsha410114； 4.China Automotive Technology and Research Center，Tianjin300162

To determine the parameters significantly influencing the results of car-pedestrian crash accident reconstruction，a car-pedestrian collision model is built based on dynamics analysis，and a number of general sensitive parameters affecting accident reconstruction results are selected.Next，single factor test is conducted on general sensitive parameters to further choose the sensitive parameters having significant effects on reconstruction results，which are then sorted according to their magnitude of sensibility by using multi-factor analysis technique.Taking the results as reference，the reconstruction simulation is performed on a real car-pedestrian crash accident with a result well agrees with real situation.Finally it is indicated that the parameters of car speed before crash，driver's response time，deceleration，car turning angle and contact position have significant effects on reconstruction results and targetedly adjusting these parameters can enhance the accuracy of accident reconstruction.

car-pedestrian crash；accident reconstruction model；single-factor test；multi-factor analysis；sensitivity

?國(guó)家自然科學(xué)基金(51475048)、湖南省自然科學(xué)基金(2015JJ2001)和工程車輛安全性設(shè)計(jì)與可靠性技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(KF1609)資助。

原稿收到日期為2016年3月1日，修改稿收到日期為2016年5月12日。

胡林，副教授，E-mail：hulin888＠sohu.com。

10.19562/j.chinasae.qcgc.2017.02.007