道路车辆碰撞协调性研究综述

严峻 岳兴金 胡志广

摘要：道路交通事故不仅导致了惨重的人员伤亡结果，还带来了巨大的财产损失。交通事故致因主要包括人为因素、车辆安全性能、道路设施和行车环境四个部分。其中，车辆安全性能是一大重要影响因素。车辆安全一直是交通安全研究领域的热点。辆碰撞协调性研究是当前车辆被动安全研究领域的前沿，对提升道路总体安全水平有重要意义．详细阐述车辆碰撞协调性研究发展历程，综述主要研究方法。

关键词：车辆安全；碰撞；协调性

随着社会经济的发展 ,越来越多的车辆行驶在 道路上 。30 年前,仅有 10 %的汽车速度可达到 150 km/h ,迄今达到这一速度的汽车已超过 90 %。对 道路交通安全而言,随着车辆数量和车速的增加,交 通事故数量以及严重程度均会增加。近年来，随着重型车辆越来越多地出现在道路上，重型车辆和小型车辆的碰撞事故造成了相对惨重的人员伤亡结果，车辆的碰撞协调性成为了关注焦点。车辆碰撞协调性包括耐撞性和攻击性两方面，传统的研究大都集中在车辆的耐撞性评估和提升上，少有考虑车辆本身存在的对其他车辆的伤害能力。为了全面提升车辆的总体安全，往往应该在车辆设计或制造阶段就对车辆的碰撞协调性进行合理评估，并将评估结果公布给消费者或相关管理者。传统的车辆碰撞协调性评估往往基于碰撞试验或仿真方法，评估结果与实际事故发生机理有一定的差距。

一、车辆耐撞性和攻击性定义

车辆的安全性能一直都是车辆安全研究和车辆设计的重点。可以将一起事故划分为事故发生前和发生后。事故发生前，事故的发生取决于事故机会和发生概率。事故机会表示单个车辆所面临的发生事故机会的多少。事故发生概率则是指给定单位事故机会，该车发生事故的条件概率。事故机会通常以车辆里程数来衡量；而事故发生概率则取决于人为因素，如驾驶员行为。在事故发生后的阶段，人们最为关心的往往是事故严重程度。在控制了其他外在影响因素时，事故严重程度取决于被撞车辆的耐撞性，即被撞车辆的自我保护能力，和撞击车辆的攻击性，即事故中撞击车辆给对方车辆带来的伤害。

二、车辆碰撞协调性

1、主动安全与被动安全。车辆安全被分为主动安全和被动安全。主动安全是指车辆在危险状况出现时，能够识别潜在的危险自动控制事故，或在驾驶员的操纵下避免交通事故的发生；被动安全是指车辆在发生交通事故后，能够对车内乘员或行人进行保护，以免发生伤害或使伤害程度降到最低。

主动安全研究方面主要有基于驾驶行为的主动安全研究，安全预警技术、对底盘主动控制技术研究。大部分主动安全研究集中在车辆智能防撞技术，对防范事故的发生、避免乘员伤害方面有重要意义。但是，纵使有诸多的防范措施，在有些情况下，交通事故还是会不可避免地发生，例如车辆安全预警、避撞系统发挥失灵。因此，针对于事故发生后如何对乘员进行有效保护，很多学者也关注车辆被动安全的研究，包括对车辆安全设施和设计的优化，车辆安全测试法规的制定和应用，以及车身耐撞性评估等。

2、考虑攻击性的被动安全。近年来，随着重型车辆(如卡车、SUV)越来越多地出现在道路上，车辆的碰撞协调性逐渐引起关注，尤其是重型车辆对小型车辆的攻击性，提到轻型铝材的使用可以降低车重而改进车辆的安全性，如重型车辆质量的减少可以使其在与较轻的汽车相撞时表现出较好的协调性；[1]分析了影响车辆碰撞协调性因素：汽车整备质量、前部刚度，在研究中考虑了车辆的碰撞协调性。基于碰撞试验结果，研究了乘用车两车在侧面碰撞时的兼容性，并基于事故数据研究了事故中的损失流行病学。基于驾驶员的死亡事故数据，评估了车辆类型及具体型号的碰撞协调性，发现不同车辆(如SUV和小汽车)的碰撞协调性显著影响事故中驾驶员的伤害严重程度。

(1)控制外在影响因素。大部分文献表明事故中车辆设计的不匹配会导致不同程度的人员伤亡和财产损失。车辆设计差异是一个集计的概念，主要表现在质量和尺寸，或结构和车体样式上。此外，由于事故的发生受多种因素影响，在研究车辆碰撞协调性的同时，必须要控制其他外在的相关影响因素。已有大量的证实年龄、性别、速度、是否系安全带以及行车环境都会对事故中的人员伤害严重程度造成。因此，控制众多外在影响因素是建立有效拟合事故数据统计模型时的一个重要挑战。已有部分研究在控制了其他外在或实时因素的情况下，将车辆伤害或人员伤害和众多的车辆特性联系起来[3]。

(2)考虑乘员多层伤害严重程度等级。Wenzel和Ross将相撞事故中一车驾驶员的风险和另一车驾驶员的风险相加得到“联合风险”，分别对每一款车辆型号进行了风险估计。但是该研究只考虑死亡事故数据，这将会因现实中死亡数据有限而影响研究结果的准确性。采用逻辑回归模型估计了两车相撞事故中死亡／受伤的风险程度，但也只考虑两层伤害严重程度等级。为更全面地考虑乘员伤害严重程度等级，建立了贝叶斯分层有序回归模型来评估车辆的耐撞性和攻击性。该模型将事故严重程度分为死亡、致残伤害、轻伤、可能受伤和仅财产损失，充分反映了事故中乘员的伤害严重程度结果，提高了模型的拟合程度。

(3)考虑同一事故中车辆间的伤害关联性。Huang发现同一事故中车辆之间存在显著的伤害关联性，因此建议在事故分析中使用分层模型来有效拟合这种伤害关联性。为考虑同一事故中车辆间的伤害关联性，建立了贝叶斯分层有序回归模型来评估车辆类型的耐撞性和攻击性。该模型对每一起事故都应用一个随机效应因子来反映事故中车辆间的伤害关联性，结果证实该模型能有效拟合事故数据。

三、车辆碰撞协调性主要研究方法

车辆碰撞协调性研究的方法大致可分为基于碰撞试验、仿真域历史事故数据进行建模分析。碰撞试验指的是为测试各种交通工具或相关系统和组件的耐撞性和碰撞协调性是否符合安全设计标准而进行的一种破坏性试验，包括正向撞击、侧向撞击、车辆翻转、撞击障碍物等。基于碰撞试验所得的车辆各项构件的参数值，可以用于评估和优化车辆的安全性能。

随着计算机软硬件的飞速发展，碰撞仿真成为了碰撞试验的一个很好的辅助方法，可以大大地降低车辆碰撞研究成本，同时精确地估计各项技术指标值。车辆碰撞仿真研究内容主要包括整车仿真设计、零部件仿真设计、吸能仿真设计及碰撞受害者模拟，主要研究方法包括非线性有限元分析、多体动力学分析及前两种方法的耦合。研究显示，有限元碰撞理论已趋于成熟，但对于优化整车碰撞性能的有限元模块还有待进一步完善。基于历史事故数据的统计建模分析是近年来在相对流行的一种车辆安全分析方法。使用统计模型包括逻辑回归模型、有序逻辑回归模型等来拟合乘员伤害严重程度与车辆安全性能之间的关系，同时还控制除了车辆之外其他影响因素的效应。相比于基于事故数据的分析方法，碰撞试验、仿真方法具有如下局限性：(1)试验条件要求高、事故重建难度大；(2)试验成本昂贵；(3)试验、仿真过程单一，很难全面模拟不同的事故环境。因此，逐步完善道路事故数据库，开展基于事故数据的安全分析是将来的一大发展趋势。

车辆碰撞协调性研究仍然是车辆安全分析领域的热点问题，下一步的研究应该集中在：1)结合车辆的耐撞性和攻击性，综合评估车辆的碰撞协调性；2)深入分析与车辆碰撞协调性相关的车身设计、构件制造等，全面分析、评估车辆安全；3)进一步优化车辆碰撞协调性模型结构，以充分拟合现实事故数据；4)基于国内事故数据，发表车辆安全评估。

参考文献：

[1] 张 锁, 李 杰, 李连升.道路交通事故车速分析的探讨 [J] .交通标准化 , 2018(8):11.

[2] 刘志强, 王兆华, 钱卫东.基于速度的交通事故分析 [J] .中国安全科学学报, 2019 , 15(11):35 -38.

[3] 张香平, 陈振起.城市车辆速度对道路交通影响的评估 [J] .交通运输系统工程与信息, 2019, 5(6)07 .