车辆迭碰撞事故分析计算与模拟再现系统的制作方法.docx

车辆迭碰撞事故分析计算与模拟再现系统的制作方法专利名称：车辆迭碰撞事故分析计算与模拟再现系统的制作方法技术领域：本发明涉及计算机 仿真应用技术领域，是针对一类车辆(两车)迭碰撞交通事故 形态的计算机分析计算与模拟再现仿真系统背景技术：随着经济社会的快速发展，我国道路交通活动异常活跃，道路交通事故也进入了 高发期2009年全国共发生道路交通事故238351起，造成67759人死亡、275125人受伤， 直接财产损失9. 1亿元有人员伤亡和重大财产损失的道路交通事故都需要进行事故责任 鉴定，因此，我国数量庞大的道路交通事故给公安交通管理部门处理交通事故带来了很大 的工作量和压力，也对道路交通事故的分析方法和手段提出了更高的要求车辆迭碰撞事故是指两行驶车辆在斜碰撞事故过程中由于受侧向碰撞冲击力作 用后发生大侧偏运动而使车体多次(两次以上)碰撞的一类特定道路交通事故形态，此类 事故由于存在碰撞冲击力的多次传递，造成了事故车辆动力学计算分析和事故过程模拟的 极其复杂性，成为道路交通事故计算机分析再现技术领域的难点和前沿技术之一我国传统的道路交通事故分析鉴定方法大多依据事故现场肇事车辆的痕迹、当事 人及目击证人的陈述以及简单的制动距离计算来确定肇事车辆的运动状态和现场过程情 况，按照现场情况绘制出现场图，并主要依据以上的证言、证物分析并处理交通事故。

由于 传统分析计算方法过于简单化，用这类方式进行道路交通事故的参数确认和状态判别具有 很大的局限性、随意性和盲目性，分析鉴定结果的准确性和精度均不高，尤其是在进行车辆 迭碰撞这类复杂道路交通事故形态的计算分析时更是含糊不清，实质上就是没法解决，导 致在交通事故责任划分问题上出现技术性失误，从而引发社会纠纷车辆迭碰撞事故作为一种特定的碰撞交通事故形态，其计算及模拟再现方法已受 到交通事故分析人员及车辆碰撞研究人员的关注由于事故车辆间又发生了再碰撞(是否 发生过再碰撞可从事故车辆车体上的碰撞痕迹检知)，使得碰撞作用后车辆的运动不再是 一个完全的“自由运动”，而且对于实际的车对车碰撞事故来说，在地面坐标系中的再碰撞 位置不可能从事故现场检知，再碰撞瞬间车辆的状态及瞬时速度方向等都是未知，从而使 得车辆迭碰撞事故的计算模拟更为复杂车辆迭碰撞事故的鉴定质量不仅关系到能否科学地分析事故成因、公正地处理交 通事故、给事故责任人相应处罚的问题，而且也关系到维护执法权威性和推进交通管理法 制化的重大问题因此，使用车辆迭碰撞事故分析计算与模拟再现系统解决车辆迭碰撞事 故将有效地提高事故鉴定与处理的技术含量，使其分析鉴定结果容易受到交通管理部门、 事故鉴定单位、事故当事人的高度认同，具有广阔的应用前景。

经对现有技术文献检索发现，目前国内外在交通事故再现计算机仿真软件的实用 研究方面起步比较晚，针对车辆迭碰撞道路交通事故计算与模拟再现的研究尚未开展本 系统开创性地提出了解析计算与模拟再现车辆迭碰撞道路交通事故的整体方案，构建了车 辆迭碰撞事故分析计算与模拟再现系统发明内容本发明填补了国内外现有道路交通事故模拟再现技术研究的空白，提供了一种车 辆迭碰撞事故分析计算与模拟再现系统本系统能够利用碰撞事故现场勘察得到的事故车 辆主要结构参数、车辆首碰撞中心地标位置、最终停车位置、车体上碰撞痕迹位置等事故现 场基础数据，计算得到迭碰撞事故中事故车辆的行驶车速和碰撞车速，并实现迭碰撞事故 的二维轨迹重构、三维模拟再现、迭碰撞事故主要特征计算数据表输出以及事故发生过程 简述文本输出为了达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现本发明包括八个子系统迭碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统、再碰撞中 心地标位置检测子系统、再碰撞作用后瞬间车辆运动量迭代计算子系统、再碰撞接触瞬间 计算子系统、车辆首碰撞速度模拟计算子系统、车辆迭碰撞轨迹二维重构子系统、车辆迭碰 撞过程三维再现子系统、迭碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统。

利用本系统的工作界 面，可以实现车辆迭碰撞道路交通事故现场勘察数据读入与校核、二维轨迹重构、三维过程 再现、迭碰撞事故主要特征计算数据表输出以及迭碰撞事故发生过程简述文本输出等交互 操作所述迭碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统包括两个模块迭碰撞事故现场 勘察数据输入与归一化模块和迭碰撞数据存储模块迭碰撞事故现场勘察数据输入与归一 化模块依据交警对车碰撞交通事故现场勘验获得的车辆结构参数、道路结构参数、事故前 行驶路线、车辆首碰撞中心地标位置、车辆最终停止位置、碰撞车辆车体上痕迹位置与变形 量、地面制动印迹等现场数据，可快速完成事故现场基本数据录入以及位置数据校核、公共 参数装载与轨迹特征点预处理等，为后续的事故模拟计算、事故二维轨迹描述以及三维过 程再现提供归一化数据支持迭碰撞数据存储模块包含事故现场勘察数据仓库，其作用是 将通过对话窗口录入并经过预处理和归一化后的事故现场基础数据存储至事故现场勘察 数据仓库所述再碰撞中心地标位置检测子系统包括二个模块轨迹映射预判计算模块和痕 迹拟合检测模块事故车辆再碰撞中心位置是指两事故车辆再碰撞瞬间的碰撞接触中心地 标位置(在地面坐标系中的位置)，此位置值关系到再碰撞瞬间两车的(冲击)力传递特 性和之后的车辆运动力学状态，是精确计算迭碰撞事故车辆运动力学状态和准确再现迭碰 撞事故过程的关键环节。

碰撞事故发生后车辆在运动中发生再碰撞的原因主要是碰撞车辆 车体的急速横摆旋转运动，留在事故车辆车体上的再碰撞印迹是可以从事故现场勘验得到 的，但两车再碰撞瞬间的地标位置是不可能事后从事故现场勘验得到的经过对大量迭碰 撞实车试验的检测数据和高速录像资料进行统计分析发现再碰撞基本上发生于车体的两 个侧面(含侧面两端)，而且其碰撞冲击力相对首次碰撞而言要小因此，本系统的轨迹映 射预判计算模块是在暂不考虑再碰撞的情况下，以从碰撞事故现场勘测得到并经过前述归 一化校核处置的碰撞车辆首碰位置、最终停止位置和地面痕迹等基础数据为预判目标，应 用本系统开发的车辆11自由度运动力学计算模型和最优化迭代逼近算法，计算得到碰撞 后车辆(自由)运动中各瞬时姿态和车体上再碰撞中心的映射轨迹痕迹拟合检测模块是 在求得车辆瞬时运动姿态和车体上再碰撞中心的最优映射轨迹基础上，以车体上再碰撞部位、车身碰撞变形区域特征点为预描目标，采用数据拟合方法，反复筛选两碰撞车辆映射轨 迹的交集点，计算检测并最终确定出车辆迭碰撞事故再碰撞中心地标位置真值及该瞬间车 辆姿态真值所述再碰撞作用后瞬间车辆运动量计算子系统包括三个模块终端轨迹点迭代拟 合计算模块、碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、精细化车轮-地面力学模块。

碰撞 作用后瞬 间车辆运动量主要是指该时刻事故车辆在地面坐标系和车身坐标系中的6自由 度线速度与角速度通过此子系统可由车辆再碰撞中心地标位置和最终停止位置求得再碰 撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值所述再碰撞接触瞬间计算子系统用以描述车辆在再碰撞作用前瞬间与再碰撞作 用后瞬间冲击能量和运动力学量之间的定量转换关系其内核是基于法向碰撞恢复系数及 切向碰撞恢复系数特性的弹性力学描述模型和基于有限元网格划分原理及局域当量变形 特性的塑性力学描述模型，在已求得再碰撞中心地标位置的基础上，通过此计算子系统即 可由再碰撞作用后瞬间车辆的6自由度速度和角速度求得再碰撞作用前瞬间事故车辆的6 自由度速度和角速度，实现该事故环节车辆运动力学参数的逆向递推所述车辆首碰撞速度模拟计算子系统包括二个模块接续轨迹点迭代拟合计算模 块和首碰撞接触阶段动力学描述模块接续轨迹点迭代拟合计算模块根据由碰撞现场勘测 (并经本系统预处置校核)而得的车辆首碰撞中心地标位置值和由再碰撞中心位置计算子 模块计算而得的车辆再碰撞中心地标位置值及其前瞬间的6自由度运动参量值，采用基于 最优步长分割原理的轨迹点迭代拟合算法和转折点运动力学接续算法，求得首碰撞作用后 瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度。

进而应用基于动量与动量矩守恒原理和碰撞动 坐标映射变换算法的首碰撞接触阶段动力学描述模块即可求得首碰撞作用前瞬间事故车 辆的6自由度线速度和角速度根据事故现场的勘验数据确定车辆在事故发生前是否有制 动或转向等紧急避险(操作)环节，在计算得到首碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线 速度值和角速度值的基础上，采用车辆动力学模拟计算关系式计算事故车辆在碰撞发生前 正常行驶时的行车速度所述车辆迭碰撞轨迹二维重构子系统包括二个模块基于⑶C(Visual C++设备 环境)图形规则的迭碰撞事故诸元(车辆、现场道路与环境)二维图形库模块和迭碰撞轨 迹定位与图形驱动模块本子系统首先自动读入事故背景参数与相关CDC 二维图形，以前 节所求得的事故车辆在事故初始阶段的瞬时姿态及运动量为描述计算初值，利用车辆运动 力学计算模块和车轮-地面力学计算模块等由始及终顺序计算车辆在各个环节和各个时 段的瞬时姿态(车辆质心坐标值、方位角)与瞬时运动量(平面线速度和横摆角速度)，同 时启动本子系统的轨迹定位与图形驱动模块在屏幕上现场场景平面坐标系中实时显示车 辆在给定时间步长上的各瞬时形态和特征点(包括再碰撞位置特写)，取得动画连续表现 车辆迭碰撞道路交通事故轨迹状态的二维重构效果。

所述车辆迭碰撞过程三维再现子系统包括二个模块基于OpenGL图形技术的迭 碰撞事故诸元(车辆、现场道路与环境)底层3维透视图形建模模块和迭碰撞动画驱动及 印迹显示模块本子系统首先自动读入事故背景参数与相关3维动画图形模型，以前节所 求得的事故车辆在事故初始阶段的瞬时姿态及运动量为描述计算初值，利用车辆运动力学 计算模块和车轮_地面力学计算模块等由始及终顺序计算车辆在事故过程各个环节和各个时段的瞬时姿态(车辆质心坐标值及车身横摆、俯仰、侧倾等3自由度角度值)与瞬时运 动量(6自由度线速度与角速度值)，同时启动本子系统的动画驱动及印迹显示模块，在屏 幕上现场场景空间坐标系中实时显示车辆在给定时间步长上的各瞬时形态和车轮地面印 迹(包括再碰撞中心地标位置示意)，取得动画连续表现车辆迭碰撞道路交通事故全景全 过程状态的三维再现效果所述迭碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统包括三个模块迭碰撞事故案例数 据仓库模块、迭碰撞事故主要特征计算数据表输出模块、迭碰撞事故发生过程简述输出模 块迭碰撞事故案例数据仓库模块用于存储模拟计算生成的事故案例数据，并实现数据调 用功能迭碰撞事故主要特征计算数据表输出模块采用事故现场基本数据，经过前述的归 一化预处理和模拟计算后，输出事故发生的时间、地点、天气、道路结构、路面状况、碰撞前 行车路线(特征点)、首碰撞点、迭碰撞点、停止点、车身碰撞印迹、计算变形量、碰撞前制动 距离、正常行驶车速、首碰撞速度等能够概括表现车辆迭碰撞事故特征的主要数据。

迭碰撞 事故发生过程简述输出模块将根据前述的数据采集及模拟计算与再现结果，输出事故发生 的时间、天气、场地、事故车辆行驶状态、计算行驶车速以及事故过程的文字描述和2维轨 迹描述事故模拟计算结果输出描述文本可另存为书面报告，作为公安交警部门处理交通 事故、责任认定的重要证据材料本发明能够在实际道路交通事故分析鉴定中应用，其特点在于(1)输入界面简洁、输入数据精炼、约束条件易于确定2)具有较高计算精度的现场特征点印迹检测与校核计算模块、车辆运动力学计 算模块和碰撞计算模块3)系统为典型模块式结构，层次分明，操作简单，不要求使用人员具备较高的专 业技术水平4)支持对车辆迭碰撞交通事故计算与模拟再现结果进行二维轨迹重构5)支持对车辆迭碰撞交通事故计算与模拟再现结果进行三维过程再现系统利 用编程平台自带的OpenGL三维图形开发模块来实现事故道路、场景与事故车辆三维透视 图形的底层建模与驱动，具有图形数据量小、驱动执行速度快的优势6)针对事故分析计算与模拟再现结果，提供一份可直接作为事故鉴定证。