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1、交通安全 Traffic Safety,刘 明 辉Email:Tel:26732935,第七章 道路交通事故分析与再现,道路交通事故分析与再现是以事故现场的车辆损害情况、停止状态、人员伤害情况和各种形式的痕迹等为依据，应用数学、力学和工程学原理，对事故发生的全部经过作出推断的过程，属定量分析方法。,第一节 概述,道路交通事故分析的目的和意义分析事故发生原因找出事故的重点或典型类型和形态提出改进道路交通安全管理、汽车安全设计、道路交通安全设施等措施,第一节 概述,道路交通事故分析的发展趋势,建立精确的模型考虑人车路环境之间的影响实验数据的更新事故的预防分析开发实用化的专家系统,第一节 概述,道路
2、交通事故仿真前处理：绘制事故现场图并将各种参数数据输入计算机事故再现：利用模型的分析计算进行运动学和动力学再现后处理：通过图示和动画仿真等给出最终的分析结果,第二节 道路交通事故分析的理论基础,事故车辆行驶速度分析方法,制动车速开始制动那一刻的车速碰撞车速碰撞瞬间的车速有碰撞的制动车速,事故车辆车速分析就是利用车辆的制动印迹、碰撞散落物体以及碰撞力学原理，对制动车速、碰撞车速等进行推算，是交通事故技术分析的基础。,制动车速：制动（轮胎滑行）那一刻的车速制动过程：车速由制动车速变为零制动距离：从制动生效到完全停止的距离，制动印迹，黑色的条状痕迹计算原理：在制动力和道路纵坡的共同作用下，车辆停止的
3、过程即车辆动能变为零的过程，由功能原理计算得,1.根据制动印迹长度推算制动车速,由汽车制动距离的计算公式同样可以推导得到,碰撞车速：车辆碰撞瞬间的车速碰撞过程：车俩停止，由于惯性车上的物体被抛出破落物的运动过程：水平以碰撞速度做运动，竖直做自由落体运动计算原理：测出抛落物运动的水平和竖直距离,2.借助抛落物体推算碰撞车速,2.借助抛落物体推算碰撞车速,道路外侧不设超高时车辆侧滑的临界速度,3.根据侧滑轨迹估算制动初车速,测量侧翻时的临界速度,3.根据侧滑轨迹估算制动初车速,道路外侧设超高时侧滑与侧翻的临界速度,3.根据侧滑轨迹估算制动初车速,车辆制动过程中发生了碰撞，车速变为零经历了两个过程：
4、制动过程和碰撞过程制动过程：车速由制动车速降到碰撞车速碰撞过程：车速由碰撞车速变为零，即碰撞后不再运动、与无碰撞时车速的区别：制动后的车速不为零，由制动过程消耗的动能的计算公式不同,4.有碰撞的制动车速推算,第二节 道路交通事故分析的理论基础,路面上碰撞位置分析方法根据肇事车制动拖印的转折点确定。根据散落物的位置确定。根据肇事车停止位置、摩托车停止位置、自行车停止位置及人体位置等反推碰撞位置。根据碰撞前两车的行驶方向推定,第二节 道路交通事故分析的理论基础,道路交通事故力学分析方法道路交通事故的力学特点：汽车事故大部分是汽车与汽车或汽车与其它物体发生碰撞而引起的。从力学观点分析汽车碰撞现象，发
5、现其碰撞中的特征，这是分析汽车各类碰撞事故的基础。,1.碰撞事故有三个不同且连续进行的过程构成,第一个过程是碰撞前驾驶员的操作过程，因驾驶员未采取措施或措施无效，导致汽车发生碰撞事故；第二个过程是碰撞本身，即汽车与汽车或与其它物体相互接触、并在接触瞬间进行动量和动能交换的过程；第三个过程是碰撞结束后，汽车以重新获得的运动初始条件开始运动直至最后停止的过程。根据事故具体情况的不同，有些事故也可能只具有其中某两个过程，例如汽车碰撞坚固的刚体墙壁，就几乎没有碰撞后的运动过程；汽车单独翻车事故没有第二个过程，即碰撞过程。,2.汽车碰撞接近塑性碰撞,用以区别物体是弹性碰撞还是塑性碰撞的参数叫恢复系数。恢
6、复系数表示为两个相互碰撞的物体碰撞前后相对速度的比值弹性碰撞的恢复系数为1，塑性碰撞恢复系数为0,当汽车以较低的速度互撞或撞刚性固定物时，恢复系数e较大，接近于弹性碰撞；当汽车以较高的速度碰撞时，恢复系数e趋向于零，接近于塑性碰撞。在实际的交通事故中，车辆的速度均较高，故可认为汽车碰撞近似于塑性碰撞。,3.碰撞过程中可将汽车当作刚体处理,停在原位置根据第三条假设得出：两个完全相同的钢球，以相同的运动速度正面相撞，在相撞位置停下来,在碰撞过程中，汽车的损坏仅限于相撞部位，而其它大部分仍然完好，故可将汽车视为刚体。将汽车作为刚体处理，可简化分析和计算。,4.两辆同型号汽车以相同速度正面相撞与其中一
7、辆汽车对坚固墙壁的相撞等价,5.汽车碰撞时的减速度(或加速度)是造成车内人员伤亡的主要原因,汽车在发生碰撞时，车速会发生急剧改变，这称为第一次碰撞；由于车速急剧改变，车内乘员在惯性力作用下，将与车内结构物发生剧烈碰撞，并因此而受伤，这称为第二次碰撞。汽车在第一次碰撞的加(减)速度越大，车内乘员第二次碰撞的加(减)速度也越大，成员的伤害也越严重。,第二节 道路交通事故分析的理论基础,道路交通事故力学分析方法道路交通事故分析中常用的力学方法：运动学及几何方法动力学的动量方法（动量守恒定律及动量矩定理）动力学的能量方法（能量守恒定律）,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,单车事故单车正向碰撞
8、固定障壁运用弹性恢复系数k，由碰撞后速度反推碰撞前速度：,弹性恢复系数k一般为0.10.3，塑性变形越大，k越小，甚至k0。当k很小时，计算结果很不稳定,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,单车事故单车正向碰撞固定障壁根据塑性变形的经验公式估计碰撞前速度（塑性变形量x与碰撞速度存在线性比例关系）：当轿车正面碰撞固定壁时：当轿车头部碰撞树、杆、柱等固定物时：,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,单车事故单车斜向碰撞路边护栏采用法向弹性恢复系数k：碰撞后速度的法向分量与碰撞前速度的法向分量之比就是法向弹性恢复系数k。,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,单车事故单车斜向碰撞
9、路边护栏采用切向摩擦系数:车栏对车辆冲量的切向与法向分量之比。,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,单车事故单车斜向碰撞路边护栏采用切向摩擦系数切向摩擦系数与普通摩擦系数不同：普通摩擦系数在摩擦力达到最大时才有，否则无；切向摩擦系数则一直有，在切向冲力达到达到摩擦力最大值时，就是普通的摩擦系数，在没有达到摩擦力最大时，也有摩擦系数，小于普通摩擦系数例如，普通摩擦系数为0.5时，对应临界入射角当入射角小于临界入射角时，摩擦系数采用0.5，大于临界入射角时，逐渐减小到0,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,单车事故单车坠崖若能找到车轮坠落点P：测量水平距离和高差，按抛物线计算,第三
10、节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,单车事故单车坠崖若找不到车轮坠落点P的位置，但能测量得到停车位置总的水平距离x和高差h，以及车辆落下后与地面的摩擦系数：,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,一维碰撞事故也叫直线碰撞，碰撞前后两车质心始终保持在同一直线上。只要一个坐标轴就能描述两车的碰撞过程一定是对心碰撞，而不是偏心碰撞一定与碰撞面正交，而不是斜交包含两车正面碰撞和追尾碰撞,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,一维碰撞事故一维正面碰撞用弹性恢复系数正推碰撞后速度（反推碰撞前速度）,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,一维碰撞事故一维正面碰撞用弹性恢复系数正推碰撞后
11、速度（反推碰撞前速度）,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,一维碰撞事故一维正面碰撞用塑性变形与有效碰撞速度的经验公式反推碰撞前速度车辆头部塑性变形平均深度与该车有效碰撞速度的关系：两车的有效碰撞速度与碰撞前车速关系：公共速度：,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,一维碰撞事故一维追尾碰撞计算方法与正面碰撞一样，注意速度方向对正负号的影响追尾碰撞与正面碰撞的不同：被撞轿车尾部刚度较小，碰撞时塑性变形很大，弹性变形可以忽略不计，弹性恢复系数k0当有效碰撞速度大于20km/h时，弹性恢复系数几乎等于零，两车碰撞后一起运动，即共同速度,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,一维
12、碰撞事故追尾碰撞与正面碰撞的不同：两车追尾时，后面的主撞车在碰撞前后一般都有制动拖印，但前面的被撞车往往没有制动拖印。因为被撞前根本不知道后面有车撞过来，被撞后才开始制动，这时已经自由滚动一段距离。被撞车尾部的塑性变形平均深度与有效碰撞速度的关系为：,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,二维碰撞事故两车二维对心碰撞：两车之间的碰撞冲力通过各自的质心，碰撞后滑行过程中车体没有转动，或者转动不大两车二维非对心碰撞：碰撞后车辆滑行时，不仅发生平动，而且发生转动,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,二维碰撞事故两车二维对心碰撞：已知各车速度的方向，动量守恒定理,第三节 典型汽车碰撞事故
13、再现模型构建及分析,汽车与两轮车的碰撞事故（对心碰撞）汽车与摩托车的碰撞1）摩托车正面撞击汽车的侧面摩托车正面撞击后使汽车的行驶方向发生明显变化（摩托车速度比较高，而汽车质量比较小）如果碰撞后摩托车和人倒地不反弹，则,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与两轮车的碰撞事故汽车与摩托车的碰撞1）摩托车正面撞击汽车的侧面摩托车正面撞击后使汽车的行驶方向发生明显变化（摩托车速度比较高，而汽车质量比较小）如果认为碰撞后摩托车和人与汽车侧面完全塑性碰撞，即碰撞后一起滑行具有共同速度，则,如果碰撞后摩托车驾驶员从汽车上方飞出，对碰撞无影响,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与两轮
14、车的碰撞事故汽车与摩托车的碰撞1）摩托车正面撞击汽车的侧面摩托车正面撞击后，汽车的行驶方向没有发生明显变化（摩托车速度比较低，或者汽车质量比较大）汽车行驶速度根据制动拖印长度计算即可，不用区分碰撞前后根据模拟实验，摩托车速度可根据因碰撞造成的前后轴间距离的减少量计算：,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与两轮车的碰撞事故汽车与摩托车的碰撞2）汽车的正面碰撞摩托车,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与两轮车的碰撞事故汽车与摩托车的碰撞2）汽车的正面碰撞摩托车,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与两轮车的碰撞事故汽车与摩托车的碰撞2）汽车的正面碰撞摩托车,
15、第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与两轮车的碰撞事故汽车与自行车的碰撞汽车与自行车的碰撞和摩托车与汽车的碰撞在理论上完全一样。自行车没有车速限制，不需要计算自行车速度自行车质量很小，对汽车的动量影响可以忽略不计，也就是认为汽车碰撞前后车速不变,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与两轮车的碰撞事故汽车与自行车的碰撞汽车行驶速度的计算：利用制动拖印直接计算汽车的行驶速度用骑车人被抛出的速度推算汽车行驶速度：如果汽车碰撞前还有制动拖印，还要进一步反推用自行车在路上的划印推算汽车行驶速度,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与行人的碰撞事故根据汽车制动拖印长度直
16、接计算其行驶速度,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与行人的碰撞事故根据行人被抛出的距离计算汽车撞人时的速度假定汽车与行人间的碰撞是完全的塑性碰撞，碰撞后人与车具有相同的速度。行人被撞后，往往先倒向发动机罩，之后从发动机罩或前挡风玻璃上大致沿水平方向抛出，呈抛物线落在地面，落地后在路面滑行，最后停止。,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与行人的碰撞事故根据行人被抛出的距离计算汽车撞人时的速度假定汽车与行人间的碰撞是完全的塑性碰撞，碰撞后人与车具有相同的速度。行人被撞后，往往先倒向发动机罩，之后从发动机罩或前挡风玻璃上大致沿水平方向抛出，呈抛物线落在地面，落地后在路面
17、滑行，最后停止。,第三节 典型汽车碰撞事故再现模型构建及分析,汽车与行人的碰撞事故按车头变形估计轿车前围板或发动机盖上因撞人留下的凹陷深度与车速呈线性关系。,第四节 道路交通事故仿真,运用计算机编程的方法，将事故再现的内容，在计算机上进行动态模拟，形象地显示道路交通事故的真实过程，称为道路交通事故计算机仿真。道路交通事故仿真软件的构成数据输入子系统（前处理系统）分析计算子系统动画模拟子系统（后处理系统）各种数据库，如车型数据库、系数数据库、计算参数和结果数据库、动画库等,第四节 道路交通事故仿真,道路交通事故仿真计算子系统数据输入子系统（前处理系统）事故基本信息输入模块：事故发生的基本信息事故计算参数输入模块分析计算子系统针对各种事故碰撞形态建立相应的数学模型并求解车速矢量12个计算模块动画模拟子系统分为5个模块：车辆、道路、环境、散落物、模拟模块,第四节 道路交通事故仿真,道路交通事故仿真软件的应用为道路交通事故处理提供技术支持为道路交通管理提供理论依据为车辆被动安全设计提供参考为道路交通安全教育提供技术支持,第五节 道路交通事故案例分析,
