道路交通事故车辆行驶速度数值方法研究.doc

道路交通事故车辆行驶速度数值方法研究作者 张新海【摘要】 为准确测算不同事故形态下的车辆行驶速度，客观公正地处理各类道路交通事故，笔者对常见的道路交通事故车辆行驶速度的计算方法进行分析和研究，系统地归纳了当前分析交通事故车辆行驶速度的一系列方法，主要是理论计算法、软件分析法、经验公式法、实验验证法、仪器读取法、监控信息测定法和人体特征损伤分析法等，为科学分析事故成因提供重要依据，也可作为道路交通事故处理工作的重要参考。【关键词】 交通安全；交通事故；碰撞；行驶车速；计算方法0 引言中外交通安全专家、学者研究认为，车辆的行驶速度与交通安全有较高的相关性。挪威交通安全专家研究表明：平均车速每增长10%，有人受伤的事故将增加25%，有人员死亡的事故数将增加35%；英国交通安全专家研究证明：平均车速每增加1km/h，有人员受伤的事故数量将增加3%。欧洲交通安全委员会经研究指出，平均车速每增加1km/h，有人员死亡的事故将增加5%6%1。广东省近5年来的交通事故统计数据(见下表)显示。超速行驶是造成死亡交通事故的主要原因之一。20032007年广东省死亡事故主要交通违法行为表交通民警日常处理道路交通事故时，准确掌握车辆发生事故时的速度不仅可以确定交通事故的性质，同时还是分析事故原因的重要依据；不仅如此，确定车辆发生事故时的速度也是认定交通事故责任的关键因素。当前在车速测算中由于受到一些主客观条件的影响，交通事故分析中车辆行驶速度计算还存在一系列亟待解决的问题，主要表现在：一是当前随着交通要素的增长和供需矛盾的紧张，交通民警的工作压力增大，对于事故车辆行驶速度测算，由于其技术含量较高、难度较大，普通民警难以胜任。二是分析方法尚未被民警所掌握，分析车速的方法很多，不同条件下的适用方法不同，普通民警难以从复杂的数据中掌握准确的适用方法。三是经验公式被滥用，在测算车速中使用经验公式可以避免繁杂的计算和推导，可以避免一些难以确定的初始条件，往往被事故处理民警和鉴定人员使用，但是经验公式的适用有很大的局限性，需要考虑车辆的型号、车辆的结构和种类，以及事故的型态。经验公式经常会由于车辆的结构与材料的不同而失去作用。四是基础数据不完备，任何一起交通事故都是人、车、路及环境条件不协调的结果，准确分析事故成因都是非常复杂的，既需要生理学和工程力学的知识，又需要社会学及统计学的支撑；而目前分析事故所需的各类车辆的数据都是不完整的。五是勘查装备简陋，现场勘查不仔细、不全面，不能为准确分析事故时车辆行驶速度准备充分的原始数据。因此，准确测算车辆的速度，在当前的事故处理工作当中，已成为制约公安机关交通管理部门准确认定事故责任，提高办案质量的重大课题。1 理论计算方法1.1 根据制动痕迹计算车速1.1.1 根据制动拖印计算车辆行驶时，轮胎会因和路面间的相互作用在路面上留下不同形态的印迹。依据能量转换和守恒定律，根据路面上制动拖印的长度可以计算发生事故时的车速。式中，v2制动终了速度；v1制动初始速度。1.1.2 根据侧滑印迹计算车辆在弯道行驶时，其向心力是由轮胎与路面的摩擦力提供的，当轮胎与地面的最大摩擦力不足以提供车辆圆周运动所需要的向心力时，就会发生车轮向弯道外侧的滑移。驾驶人遇紧急情况驾车急转弯回避时，如果措施不当，导致转弯半径过小并使车辆发生侧滑，在路面上留下侧滑印。根据路面上的侧滑印迹，依据能量守恒定律，可以计算车辆发生侧滑时的速度。式中，R车辆转弯时的弯道半径；v车辆侧滑时的临界车速；车辆沿侧滑方向与路面间的横滑附着系数。如果车辆弯道行驶时轮胎发生了侧滑而没有翻车，则车辆行驶速度应至少达到式(3)计算的车速，如果车辆留下一段侧滑印后向外侧翻车，则不适用式(3)计算车辆的行驶速度。1.2 根据物体抛距计算车速1.2.1 根据散落物抛距计算交通事故现场经常会遗留有车辆的挡风玻璃、装载物等物证，遗留散落物是由于车辆在事故过程中发生碰撞后留下的，由于惯性的原因，车辆在发生碰撞时，散落物会以碰撞瞬间的车辆速度做平抛运动，最终落地；如果能够确定散落物的第一着地点，就可以依据运动学原理来计算车辆碰撞瞬间的行驶车速。根据抛物运动原理可得：式中，l物体被抛出的水平距离；h物体抛落高度。1.2.2 根据车辆抛距计算很多交通事故发生在悬崖或陡坡处，车辆由于驾驶人措施不当，或发生事故后车辆冲出路面，此时可以根据悬崖、陡坡的高度和车辆的抛距，依据能量守恒原理计算出车辆冲出路面瞬间的车速，进而测算车辆发生事故前的各阶段速度。式中，v车辆冲出路面时的速度；s车辆的水平飞越距离；h车辆垂直落下的高度。1.3 根据危险状态的临界条件计算车速很多交通事故是由于车辆在弯道行驶时由于车速过快，质心位置过高，导致车辆绕外侧车轮翻滚而发生的。分析此类事故的条件是车辆内侧车轮负荷为0。根据这一条件，依据力矩平衡可得：式中，R车辆行驶的弯道半径；d车辆轮距；h车辆的质心高度。1.4 根据事故车辆状态信息推算车速很多交通事故由于车速较高，碰撞剧烈导致驾驶人重伤或死亡，留下车辆碰撞瞬间的状态信息，这些状态信息反映了车辆碰撞瞬间的行驶状态，依据这些信息可以推算车辆碰撞瞬间的行驶速度。1.4.1 根据事故车辆档位信息推算车辆行驶速度车辆在使用过程中发动机的转速在一个相对较小的范围内变化，汽车的行驶速度根据档位传动比的不同在一个相对较大的范围内变化，而对于一个确定的档位(对于机械式变速箱而言)其传动比是确定的，正常行驶中汽车行驶的速度变化范围也是确定的，根据汽车理论相关知识，发动机转速与汽车行驶速度之间的关系如下：式中，v车辆行驶速度(km/h)；n发动机的实际转速(r/min)；传动系机械效率；ig变速器的传动比，根据现场汽车的档位确定；i0主减速器的传动比；r车轮运动半径。根据事故车辆档位估算车辆行驶速度不适用装有自动变速装置的车辆，利用式(7)的计算结果证明车辆行驶速度不可能低于该档位下车速的最小值。1.4.2 根据二次碰撞痕迹信息推算车辆行驶速度车辆发生碰撞事故之后，车体内的仪表(特别是指针式仪表)、人体、悬挂物以及一些小的装饰物等等会发生二次碰撞，依据这些仪表、悬挂物、装饰物发生二次碰撞时留下的各种痕迹，可以计算出车辆发生碰撞时的速度。例如：指针式仪表与表盘碰撞的接触点可以读取车速表和转速表的数值，悬挂物剧烈摆动时留下的痕迹也可以推算车辆的行驶速度。根据人体的与碰撞物间产生的内伤情况，依据实验结果可以推算车辆行驶的速度。1.5 根据车辆刮擦痕迹推算车速交通事故中当两车发生刮擦时，往往会伴随发生一辆车的轮胎与另一辆车车身之间的刮擦，并在轮胎或车身上留下刮擦痕迹。当车轮在车身表面留下刮擦痕迹时，若刮擦点位于车轮圆周上，且擦痕为一完整周期的摆线，则按文献2提出的方法测算车速；若刮擦点不位于车轮圆周上，或擦痕为片断摆线时，则按文献3提出的方法测算车速。当车身表面凸起或车身上的突出物在轮胎的胎侧表面留下刮擦痕迹时，文献4对这样的痕迹进行了研究，并给出了测算车速的方法。文献5通过分析车轮与车身相互刮擦时所产生的刮擦痕迹，提出了在刮擦点的位置参数不能获得时，单纯依据刮擦痕迹包含的信息估计交通事故中肇事车辆速度的方法。2 图解算法车辆在碰撞过程中由于碰撞时间极短(一般0.10.2s)、碰撞力非常大(车辆本身自重和地面摩擦力几乎可以忽略不计)，在时间极短的碰撞过程中车体的变形很小(在碰撞过程中可以将车辆视为刚体)，因此在碰撞过程中系统的动量守恒、动量矩守恒，而动能不守恒，碰撞过程中两车之间的作用力是一对作用力与反作用力，其大小相等、方向相反、作用时间相同。两车受到的冲量在数值上相等，基于上述原理，根据文献6可以利用冲量平衡法、动量反射截面法、角动量反射截面法等作图的方法，分析车辆的碰撞过程，从而求解车辆碰撞前后的车速。3 经验公式法经验公式在工程计算中被广泛使用，它给工程技术人员带来更高的效率，它是根据大量的实例和实验数据，运用数值计算的方法归纳总结出的某一指标的计算公式；在处理道路交通事故中交通民警或鉴定人员可以利用车速计算经验公式，计算或辅助计算交通事故发生时车辆的行驶速度。经验公式法在国外的交通事故分析中经常被采用，国内目前还处于起步和探索阶段。根据文献7所介绍的方法可以计算轿车与轿车正面碰撞、轿车被追尾碰撞、摩托车迎面碰撞、车辆碰撞柱状固定物和汽车发生翻滚或跳跃式的速度。4 软件分析法随着计算机技术和图形技术的发展，以及人们对软件技术和交通事故理论研究的不断深化，利用计算机软件计算分析交通事故过程逐渐成为分析交通事故过程的主流方法；近年来，国内外越来越多的高校和研究机构正参与其中，使得事故再现分析的计算机软件逐渐发展并趋于完善，应用于交通事故车速分析与鉴定工作，这些优秀科研成果主要集中在欧美和日本等发达国家。其中著名的是：美国国家道路交通安全管理局(NHTSA)在1970年前后主持开发的大型事故再现分析软件系统SMAC、CRASH8。奥地利研究人员开发了PCCRASH，用户通过输入相关的基本参数，系统基于优化算法来计算误差最小的车辆碰撞过程。日本汽车研究所JARI在大量实车碰撞试验的基础上也开发了J2DACS系统软件用于事故过程分析。该类软件大都是在大量的实车碰撞实验基础上，采用正向模拟、反复迭代的算法，通过验证模拟痕迹与实际的事故现场痕迹是否吻合来推断碰撞前后的速度。其研究历程是在大量的实车碰撞试验基础上，由试验往计算机模拟技术过渡，并逐步走向二者紧密结合。近年来，我国重视在这些领域的开发和研究，科技部和公安部专门立项，相关部门积极组织人力进行研究和探索。5 实验验证法现场实验是道路交通事故分析中常用的一种方法，经过现场试验推算的结果具有较高的可信度，若肇事车辆制动拖印长度为S1、试验车辆制动拖印长度为S2，则有：6 仪器读取法6.1 根据行车记录仪记录读取车速2003年4月我国正式发布GB/T190562003汽车行驶记录仪中国国家标准，2004年5月颁布的道路交通安全法实施条例规定：“用于公路营运的载客汽车、重型载货汽车、半挂牵引车应当安装、使用符合国家标准的行驶记录仪。交通警察可以对机动车行驶速度、连续驾驶时间以及其他行驶状态信息进行检查9。”奠定了行车记录仪在交通安全管理中的法律地位。当车辆发生事故时行车记录仪可以提供准确的车速，尤其是可以解决没有目击证人时可能引发的纠纷，可以最大限度维护遵守交通规则人员的利益。当发生事故时，交通警察和保险公司职员及时赶到现场并从行车记录仪收集证据资料，即使没有目击证人也可以重现发生事故时车辆的状态，准确记录车辆碰撞前的行驶速度。6.2 根据安全气囊记录模块读取车速安装在前排乘客座下的气囊感应及诊断模块既是判断气囊在碰撞中是否需要打开的控制电脑，又是感知碰撞的传感器。车辆碰撞事故中气囊充气与否取决于碰撞发生时车辆气囊系统的状况，还与车辆与被撞物体之间的相对速度、碰撞角度、碰撞双方的碰撞部位、碰撞双方的物理形状和变形能力等因素有关。在撞车事故中由它测算碰撞瞬间的减速度采样值等参数，并进行运算来作出安全气囊是否起爆的判断。若它根据碰撞时监测到的车辆乘客舱本体轴线方向的减速度等参数判断出传递至车辆乘客舱本体的正面撞击能量将达到设计临界值时，气囊就会被指令充气。别克轿车所装备的气囊感应及诊断模块可以记录车辆发生碰撞时的数据，并可使用通用汽车指定的Vetronix CDR数据下载仪(CRASH DATA RETRIEVAL SYSTEM)对所记录数据进行下载，从而获得车辆碰撞时的准确车速10。还有一些车辆安装有汽车撞击记录仪，车辆发生事故时可以直接通过数据下载仪读取车辆行驶的速度、发动机转速、油门踏板位置、刹车状态、安全带使用状态、安全气囊状态等与事故分析密切相关的数据信息。但是，由于多数厂商的设备大不相同，最初的数据获取系统没有统一的标准，该方法在交通事故处理办案中并没有得到很好的应用，相信该方法将在今后的实践中得到发展和应用。7 监控信息测定法依据监控设施记录的有关数据可以把握事故车辆通过该路段时的平均行驶速度，为分析事故成因提供线索和依据。在交通事故处理办案实践中经常使用的方法有区间测速和监控信息测速。7.1 区间测速区间测速是指在安装有监控记录装置的路段上，根据车辆进出该路段的时间和该路段的实际路程，确定车辆通过该路段的平均行驶速度，该行驶速度可以作为判断驾驶人在驾驶过程中是否超过规定行驶速度并依法进行处罚的依据，并为分析事故原因提供线索。在交通事故处理实践中，民警经常利用车辆进入高速公路或高等级公路收费站的时间和发生事故的时间来判断车辆在行驶过程中的速度情况。7.2 监控信息测速在很多城市道路，当车辆通过某路段发生事故时，可以利用车辆通过该路段前方路口的监控记录，或者事故发生时的监控记录，结合事故发生的时间和交通环境来推测车辆发生事故时的行驶速度，从而为准确认识事故过程、分析事故成因提供线索和依据。此外，目前还有很多车辆，特别是大型客车、牵引车、城市公交车、出租汽车和运送危险物品的车辆，多数都安装了GPS定位装置，调查人员可以通过读取GPS定位系统的监控记录来掌握车辆的行驶速度。8 人体特征损伤分析法交通事故中人体的特征损伤主