公路護欄安全性評價實例分析

李 昂 王科超 聶振強

（1.沈陽市公安局交通警察局，遼寧 沈陽 110180；2.中國刑事警察學院，遼寧 沈陽 110035）

引言

1 公路護欄分類

以碰撞事故為主的公路護欄事故，由于碰撞位置不確定性大、碰撞類型復雜、護欄安全性能不匹配等因素，已成為影響公路交通安全的嚴重威脅。

公路護欄的安全性能可以直接影響事故發生的嚴重程度。例如：2021 年2 月11 日在湖南G59 呼北高速邵陽段，由于駕駛人疲勞駕駛，打盹瞬間致車輛失控，車輛在道路上左右碰撞行駛，先刮擦中央護欄，然后與右側護欄發生碰撞，事故造成1 人受傷、車輛嚴重變形。此事故中，公路護欄對保護交通參與者的安全起著關鍵作用。因此，在實務中對公路護欄進行安全性評價具有重要意義。

基于對國內外研究現狀的了解，PC-Crash仿真可以快速建立車輛與護欄碰撞模型，分析速度等數據變化，可視化模擬整個運動過程。其中效率高，貼合基層實際應用的特點，相比其他方法更適合評價公路護欄的安全性［1］。本文基于PC-Crash 軟件，對一起車輛碰撞護欄的真實事故進行仿真再現并實現安全性評價，為公路護欄事故微觀分析提供參考。

關于公路護欄的分類，國內外專家學者已根據不同的劃分標準對其進行了詳細分類［2］，梳理分類情況（見表1）。

表1 公路護欄分類

2 PC-Crash 軟件介紹

PC-Crash 是奧地利的一款交通事故再現軟件，依據力學動量守恒與能量守恒的基本理論，可以根據事故現場信息模擬出交通事故涉事車輛碰撞發生過程，進而推出碰撞前的運動形態，從而分析交通事故成因與交通事故責任認定［3］。

PC-Crash 軟件可以模擬車-車碰撞事故、車-摩托車碰撞事故、車-行人碰撞事故以及單車碰撞事故。用PC-Crash 軟件進行事故仿真時，首先導入事故現場圖與車輛模型，設定路面摩擦系數，然后以現場的痕跡與車輛最終停止位置信息為依據，不斷調整碰撞速度、碰撞角度、制動情況等參數進行仿真，當仿真后的車輛最終停止位置與痕跡位置情況與實際情況相符合時，就可以認為該仿真結果與實際情況基本吻合。

3 公路護欄安全性評價

3.1 事故基本情況

2009 年某月某日，某市某農村公路線上，駕駛員駕駛大眾牌汽車沿該線由西向東在右側車道內正常行駛。由于方向盤突然失控，不慎與車道南側的護欄端頭發生碰撞，導致駕駛員受傷，車輛及護欄有不同程度損壞，以下為事故現場圖，如圖1 所示。

圖1 事故現場圖

3.2 事故PC-Crash 仿真

3.2.1 事故信息采集

根據交通事故現場勘查筆錄及該路段護欄相關資料，采集事故現場信息。

（1）環境信息采集?，F場位于某農村公路線上，該路段呈東西走向，單向兩車道。道路兩側設有隔離護欄，標志標線齊全有效。瀝青干燥路面，平坦寬直，視線良好。夜間無路燈照明。

（2）車輛信息采集。采集的事故車輛信息如表2 所示。

表2 事故車輛信息

車輛受損情況：后保險杠脫落，右側B 柱向內凹陷0.40，前門、后門彎曲變形，并有黑色漆皮脫落。

（3）護欄信息采集。采集的事故護欄信息（見表3）。

表3 事故護欄信息

3.2.2 仿真參數輸入

在PC-Crash 軟件庫中調用道路、車輛和護欄端頭模型，依據事故現場信息調整參數，使得模型與真實道路、車輛和護欄盡可能相符，輸入車輛重心位置、車輛與護欄碰撞位置等初始參數。

（1）環境參數。根據采集的環境信息，路面為瀝青、干燥地面，并設置路面附著系數為0.8（dry）。由于事故發生在平坦寬直的公路上，涉及范圍僅包括由西向東兩車道，不需要詳細繪制地形，可直接利用PC-Crash 軟件自帶繪圖工具進行繪制。

（2）車輛模型參數。根據采集的車輛信息，導入大眾牌小型轎車Jetta 2.0 FSI 模型，調整車長、車寬、車高、空重等參數，設置重心高度為0.55 m，車輛前排乘員質量為126kg，后備箱載質量為35kg，車輛制動遲滯時間為0.18s，制動距離為100m。

（3）護欄端頭模型參數。根據采集的護欄信息，導入護欄端頭模型，模型初始位置為（20.900,0.000）。

3.2.3 事故過程仿真

根據事故發生情況的具體分析，設置PCCrash 軟件仿真操作順序，定義車輛碰撞點，不斷調整車輛行駛速度、行駛方向和碰撞點坐標，使得碰撞仿真過程接近事故真實過程，車輛行駛軌跡和最終停止位置與事故現場圖基本吻合。

3.3 提高仿真準確度

在不考慮參數權重的情況下調整各個仿真參數，導致仿真效果與實際事故情況相差較大，同時也增加了車輛碰撞護欄后繼續行駛角度及車輛停止位置等的誤差，如圖2（a）所示。若依據現有車輛碰撞護欄事故仿真參數敏感性分析得到的參數權重有針對性地優先調整敏感性較強的參數，微調敏感性較弱的參數，則能夠在較短時間內得到與實際事故情況大致符合的仿真效果［4］，如圖2（b）所示。由于車輛碰撞護欄后繼續行駛角度的誤差值控制在3%左右，故在誤差允許的范圍內認為利用PC-Crash軟件對車輛碰撞護欄全過程的仿真結果合理，提高了該事故仿真的準確度［5］。

圖2 仿真效果圖

3.4 仿真結果分析

3.4.1 護欄端頭防撞性分析

（1）護欄端頭吸能性分析。護欄端頭模型在0.43s 時吸收能量值最大，為10.1kJ。未達到我國二級護欄70 kJ 的碰撞吸收能量，說明事故護欄端頭在事故車輛碰撞時不能滿足吸能要求（見圖3）。

（2）護欄端頭橫向永久位移分析。護欄端頭模型的橫向永久位移值約為15cm，小于規范值50cm。結合事故現場照片上護欄變形情況，如圖4 所示，事故護欄端頭的橫向永久位移滿足護欄端頭防護的變形要求。

圖4 事故現場照片（護欄變形情況）

3.4.2 護欄端頭導向性分析

根據事故現場照片和碰撞仿真過程，可以判斷由于方向盤失控，車輛在碰撞護欄端頭前開始橫轉，直至車輛最終停止橫轉。由于無法按照標準設置導向駛出框，且車輛最終停止位置容易發生二次碰撞事故，故不能滿足護欄標準段導向功能的基本要求。

3.4.3 車載乘員安全性分析

車輛模型沿側向的加速度為質心加速度最大分量，數值為1.14g，如圖5 所示，即車輛各個方向的質心加速度均小于規范值20g，滿足車載乘員的安全性要求。

圖5 車輛模型質心加速度

綜合上述，護欄端頭防撞性分析、導向性分析和車載乘員安全性分析三個方面可知，事故護欄端頭若不具有較好的安全防護性能，在車輛碰撞時可能會造成車輛損壞和乘員受傷。同時根據事故車輛技術檢驗報告和醫院診斷書，驗證該事故護欄端頭的現實安全性確實不滿足公路防護需求，建議該路段重新選擇、更換護欄端頭。

4 結論

本文對一起車輛碰撞護欄事故實例深入分析，利用PC-Crash 軟件對小型轎車碰撞直立式波形梁護欄端頭過程進行了仿真，依據仿真結果從防撞性、導向性以及車載乘員安全性展開分析，綜合評價了該路段護欄安全性并提出優化建議。