汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现计算机系统的制作方法

专利名称：汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现计算机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机仿真应用技术领域，特别涉及汽车斜碰撞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：
汽车斜碰撞事故在交通事故中占有很大的比例，严重威胁驾驶员及乘员的生命安 全，据我国交通管理部门的统计数据显示，在全部道路交通事故形态中，汽车与汽车斜碰撞 交通事故始终占到事故总数的80%以上。传统的汽车斜碰撞事故分析鉴定主要依据事故现 场当事人及目击证人的陈述、从道路交通事故现场勘验获得事故车辆的最终停止位置、道 路结构、车辆制动痕迹等事故现场数据绘制事故现场图，简单、近似地分析事故车辆的运动 状态和现场过程情况，并主要依据以上的证言和证物，鉴定处理交通事故。由于应用传统分 析计算方法进行复杂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，极易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。
汽车斜碰撞事故是指汽车与汽车以一定的碰撞角度和碰撞速度发生侧碰撞的一 类常见道路交通事故事故形态。由于汽车斜碰撞事故在各类道路交通事故形态中所占的 比例很高，其计算及模拟再现方法已受到交通事故分析鉴定人员和相关管理部门的特别关 注。此类事故的车辆运动力学计算分析和事故过程模拟再现仿真的极其复杂，现已成为道 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。
经对现有技术文献检索发现，专利申请号为200510027720. 8名称为基于车身关 键点三维变形的汽车碰撞事故再现方法，该技术提供了一种基于车身关键点三维变形的汽 车碰撞事故再现方法，主要采用有限元分析方法。目前国内外针对汽车斜碰撞事故计算与 模拟再现的研究多为有限元分析模型，由于需要几小时乃至长达几天的网格生成过程而 难以实现碰撞过程实时模拟，同时由于有限元模拟需要完整的力学参数，不同车型的参数 也不相同，因此在交通事故模拟方面的应用尚停留在理论阶段。国外事故仿真软件例如 PC-CRASH，需要用户确定碰撞过程的摩擦系数，回弹系数等参数，然后修改初始值和摩擦系 数、回弹系数、碰撞中心位置、接触面角度等参数模拟事故的整个过程，而且PC-CRASH输入 数据繁多，多为车辆专业技术参数，不具有普遍实用性。本系统提出了汽车斜碰撞事故解析 计算与模拟再现的整体方案，构建了汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现系统，本系统为 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。使用本 发明解决汽车斜碰撞事故将有效地提高此类极其复杂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。发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于公安交通管理部门道路交通事故鉴定的汽 车斜碰撞事故分析计算与模拟再现系统，本系统能够利用事故现场勘察得到的基本数据，计算得到汽车斜碰撞事故中各事故车辆的行驶车速和碰撞车速，并实现事故车辆的二维轨 迹描述、三维过程再现、汽车斜碰撞事故主要计算数据表输出以及事故发生过程简述文本 输出。
为了达到上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现一种汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现计算机系统，所述的计算机系统至少包括 汽车斜碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统，用于实现汽车斜碰撞事故现场基础 数据录入、特征点自动校核、现场录入参数归一化与存储功能；汽车斜碰撞事故车辆碰撞后瞬间运动量计算子系统，用于根据归一化后的汽车斜碰撞 中心位置与姿态、两车最终停止位置与姿态、地面轮胎痕迹等事故现场基础数据，求得两车 碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值；汽车斜碰撞事故车辆碰撞瞬间运动量计算子系统，用于根据归一化处理的事故现场基 础数据、车辆碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值，采用基于动量和动量矩 守恒原理及碰撞动坐标映射变换算法的碰撞接触瞬间计算模型，逆向求得车辆碰撞作用前 瞬间的6自由度线速度值与角速度值；汽车斜碰撞事故车辆行驶车速模拟计算子系统，用于根据归一化处理的事故现场基本 数据、车辆碰撞中心点位置和两车碰撞作用前瞬间车辆6自由度速度和角速度，计算得到 事故车辆在碰撞发生前正常行驶时的行车速度；汽车斜碰撞事故轨迹二维重构子系统，用于根据归一化处理的事故现场基础数据、车 辆碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及车辆正常行车速度，实现汽车斜 碰撞事故轨迹状态的二维重构；汽车斜碰撞事故三维模拟再现子系统，用于根据归一化校核处置的事故现场基础数 据、车辆碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及车辆正常行车速度，实现 全景全过程状态的三维再现；汽车斜碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统，用于根据归一化校核处置的事故现 场基础数据、汽车斜碰撞事故车辆碰撞前瞬间的6自由度线速度和角速度、车辆正常行车 速度及事故二维重构轨迹，输出两汽车斜碰撞事故特征计算数据表和事故发生过程简述文 本，并实现事故案例数据存储；所述的汽车斜碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统、汽车斜碰撞事故车辆碰撞后 瞬间运动量计算子系统、汽车斜碰撞事故车辆碰撞瞬间运动量计算子系统、汽车斜碰撞事 故车辆行驶车速模拟计算子系统依次相连，汽车斜碰撞事故车辆行驶车速模拟计算子系统 分别与汽车斜碰撞事故轨迹二维重构子系统和汽车斜碰撞事故三维模拟再现子系统相连， 同时汽车斜碰撞事故轨迹二维重构子系统和汽车斜碰撞事故三维模拟再现子系统与汽车 斜碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统和汽车斜碰撞事故现场基本数据录入与存储子 系统相连。
所述的汽车斜碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统包括汽车斜碰撞事故现 场勘察数据输入与归一化模块和汽车斜碰撞事故数据存储模块；所述的汽车斜碰撞事故现 场勘察数据输入与归一化模块，依据交警对交通事故现场勘验获得的事故车辆主要结构参 数、性能参数及装载条件，事故现场道路路段结构形式与平纵曲线参数，事故车辆碰撞位置 与姿态、最终停车位置与姿态、车体上碰撞痕迹位置等事故现场基本数据，完成汽车斜碰撞6事故现场基本数据录入以及碰撞位置数据校核、公共参数装载与轨迹特征点预处理，为后 续的事故模拟计算、事故二维轨迹重构及三维过程再现提供归一化数据支持；所述的汽车 斜碰撞事故数据存储功能模块，采用Access数据库技术，利用VC++6. 0开发平台建立了事 故现场勘察数据仓库，实现存储归一化处理的事故现场基本数据。
所述的汽车斜碰撞事故车辆碰撞后瞬间运动量计算子系统包括三个模块精细化 车轮-地面力学模块、碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、终端轨迹点迭代拟合计 算模块；所述的精细化车轮-地面力学模块根据两车碰撞中心点的轨迹采用具有大侧偏角 运动适应性的G. Gim轮胎理论力学模型计算地面对轮胎的作用力；所述的碰撞作用后车辆 大侧偏运动力学描述模块根据车辆碰撞中心的轨迹、地面对轮胎的作用力，计算两车碰撞 作用后车辆各瞬间的6自由度线速度与角速度值；所述的终端轨迹点迭代拟合计算模块根 据归一化处理的事故现场勘察数据，迭代计算得到车辆碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线 速度与角速度，该模块根据碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块和精细化车轮-地面 力学计算模块，从碰撞现场勘测得到的车辆碰撞中心位置开始，用差分数字计算方法先求 得对应的车辆计算停止位置，再逆向求解汽车碰撞作用后瞬间车辆质心速度和横摆角速度 等运动量，在计算运动量为0时，利用车辆运动状态迭代-收敛判断模型对计算停止位置值 和碰撞现场实际勘测得到的停止位置进行比较，检验其逼近程度是否达到预先设定的允许 误差要求，当误差大于误差要求时，应用优化方法中的黄金分割原理迭代一组新的车辆碰 撞作用后瞬间运动量值，重复上述计算，直至在设定的允许误差范围内计算停止位置值收 敛于实测停止位置值为止；当车辆停止位置在允许误差范围内时，根据最新一组车辆碰撞 后瞬间运动量值，得到车辆碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值。
所述的汽车斜碰撞事故车辆行驶车速模拟计算子系统包括5质量15自由度车辆 动力学计算模块和汽车斜碰撞事故逆向梯次组合计算模块；所述的5质量15自由度车辆动 力学计算模块，用于计算事故车辆在各种受力和各种运动状况下的瞬时运动姿态与运动量 值。
所述的汽车斜碰撞事故逆向梯次组合计算模块，用于计算车辆在事故发生前的正 常行驶车速值，该模块根据已经计算得到的车辆碰撞前瞬间的运动参量、位置及姿态、车辆 最终停止位置为计算目标，以根据事故现场地面痕迹状况确定的车辆碰撞前制动距离值或 车辆失控侧滑距离值、两车碰撞前的行驶路线为计算条件，使用能量守恒原理、摩擦力学计 算方法、5质量15自由度车辆动力学计算模块，采用黄金分割原理自动变更迭代步长，进行 逆向梯次组合计算，求得车辆在事故发生前的正常行驶车速值。初次计算终止后，利用车辆 运动状态迭代-收敛判断模型对两车碰撞前瞬间的运动参量、位置及姿态、车辆最终停止 位置，和碰撞现场实际勘测得到的车辆停止位置、已计算得到的车辆碰撞瞬间的位置和姿 态、车辆碰撞作用瞬间运动参量进行比较，检验其逼近程度是否达到预先设定的允许误差 要求，当计算误差大于允许误差时，则应用优化方法中的黄金分割原理迭代一组新的两车 正常行驶车速值，重复上述计算，直至在设定的允许误差范围内计算终止位置值收敛于实 测停止位置值和上述步骤计算得到的车辆碰撞瞬间的位置和姿态、两车碰撞作用前瞬间运 动参量为止，当计算终止位置值在允许误差范围内时，最新一组迭代获得的车辆正常行驶 车速值就是所要求的值。
所述的汽车斜碰撞事故轨迹二维重构子系统包括基于CDC图形规则的汽车斜碰撞事故诸元二维图形库模块和汽车斜碰撞事故轨迹定位与图形驱动模块；所述的基于CDC 图形规则的汽车斜碰撞事故诸元二维图形库模块，根据归一化校核处置的事故现场基础数 据，调用二维图形库中车辆、道路结构等CDC图形规则的事故储元；所述的汽车斜碰撞事故 图形驱动模块，实现利用二维图形对汽车斜碰撞事故轨迹状态进行二维重构，该模块自动 读入来自事故现场的初始行驶路线及碰撞位置等事故现场勘察数据，以及根据汽车斜碰撞 事故逆向梯次组合计算模块计算得到的汽车碰撞作用瞬间的位置和姿态、两车最终停止位 置，应用车辆动力学模型和精细化车辆-地面力学计算模型，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与瞬时运动量，在取足够小的计算步长的前提下，在计算机 屏幕上适时显示事故车辆在给定时间计算步长上的各瞬时形态和特征点，从而取得动画连 续表现汽车斜碰撞事故轨迹状态的二维重构效果。
所述的汽车斜碰撞事故三维模拟再现子系统包括基于OpenGL图形技术的汽车斜 碰撞事故诸元底层3维透视图形建模模块和汽车斜碰撞事故动画驱动及印迹显示模块；所 述的基于OpenGL图形技术的汽车斜碰撞事故诸元底层3维透视图形建模模块，根据归一化 校核处置的事故现场基础数据，采用OpenGL三维图形开发技术来实现事故车辆、道路结构 等三维透视图形的底层建模；所述的汽车斜碰撞事故动画驱动及印迹显示模块，实现利用 3维透视图形对汽车斜碰撞事故全景全过程的三维过程再现，该模块自动读入来自事故现 场的初始行驶路线及汽车碰撞位置等事故现场勘察数据，以及根据汽车斜碰撞事故逆向梯 次组合计算模块计算得到的汽车碰撞瞬间的运动参量、位置及姿态、车辆最终停止位置，在 三维透视图形的底层建模的基础上，利用车辆动力学计算模块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与瞬时运动量，并同时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，取得动画连续表现汽 车斜碰撞事故全景全过程状态的三维再现效果。
所述的汽车斜碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统包括汽车斜碰撞事故主要 特征计算数据表输出模块、汽车斜碰撞事故发生过程简述输出模块以及汽车斜碰撞事故案 例数据存储模块；所述的汽车斜碰撞事故主要特征计算数据表输出模块根据归一化校核处 置的事故现场基础数据、两车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度、行车 速度，输出事故发生的时间、地点、天气、道路结构、路面状况、碰撞前轨迹点、碰撞点、停止 点、车身碰撞位置、最大变形量、侧翻滑移距离、侧翻角度、碰前制动距离、转向车轮平均转 角、车轮抱死状态、采取制动措施时的车速、碰撞前瞬间的车速能够概括表现汽车斜碰撞事 故特征的主要数据；所述的汽车斜碰撞事故发生过程简述输出模块，根据归一化校核处置 的事故现场基础数据及事故轨迹二维重构结果，输出事故发生的时间、天气、事故发生地点 及路面状况、事故车辆行驶状态、事故前车辆计算行驶车速、事故过程文字描述及2维轨迹 描述；所述的汽车斜碰撞事故案例数据存储模块，采用Access数据库技术，利用VC++6. 0 开发平台建立了事故案例数据仓库，实现存储模拟计算生成的事故案例数据。
使用本发明系统经过对汽车斜碰撞事故的分析计算与模拟再现，其结果以三维动 画过程再现、二维轨迹重构、汽车斜碰撞事故主要特征计算数据表以及事故发生过程简述 文本的形式表述出来，可以作为公安交警部门进行汽车斜碰撞事故技术鉴定和事故责任认 定的证据材料。
本发明的研究成果将改变传统的低效、落后的道路交通事故分析处理方式和手8段、具有高效、形象化、真实感和透明度高等特性，将有效提高交通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， 起到分清责任、避免激化矛盾、减少社会不稳定因素、增进社会生活的和谐运行等重要作 用，促使我国道路交通事故的鉴定向更具科学性、准确性和权威性方向发展。本发明可被道 路交通事故鉴定处理部门、科研院所、汽车企业、保险公司以及国外同行所采用，具有明显 的行业共性和社会公益性。
通常情况下，实际道路碰撞事故现场调查而得的碰撞车速数据都不准确，不宜用 来验证解析计算模型的正确性。本发明在一组可精确控制条件下的实车碰撞实验数据和试 验结果对模拟再现系统进行了比对验证。在给定的相应计算条件下，主计算模型的解析计 算碰撞车速的平均相对误差值为5. 21%，最大相对误差为11. 5%。碰撞后车辆运动轨迹及停 止位置的模拟再现结果与试验结果基本吻合。


图1为汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现系统框图；图2为汽车斜碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统数据流程图； 图3为汽车斜碰撞事故车辆碰撞后瞬间运动量计算子系统数据流程图； 图4为汽车斜碰撞事故车辆碰撞瞬间运动量计算子系统数据流程图； 图5为汽车斜碰撞事故车辆行驶车速模拟计算子系统数据流程图； 图6为汽车斜碰撞事故轨迹二维重构子系统数据流程图； 图7为汽车斜碰撞事故三维模拟再现子系统数据流程图； 图8为汽车斜碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统数据流程图 图9为本发明的实施例事故现场图； 图10为本发明实施例事故基本信息数据输入对话窗口 ； 图11为本发明实施例事故车辆的主要结构参数设置对话窗口 ； 图12为本发明实施例事故现场道路结构设置对话窗口 ；图13为本发明实施例事故车辆在地面坐标系中车辆碰撞位置点和最后停止点，以及 车身上的碰撞中心位置数据输入对话框；图14为本发明实施例事故车辆在碰撞前的运动痕迹点设置对话窗口 ； 图15为本发明实施例汽车车轮状态设置对话窗口 ； 图16为本发明实施例事故车速计算结果； 图17为本发明实施例事故三维过程再现； 图18为本发明实施例事故二维轨迹重构； 图19为本发明实施例车速计算数据表输出； 图20为本发明实施例事故过程描述。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了具体的操作过程和详细的实施方案，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。
如图1所示，本系统包括七大模拟计算子系统(1)汽车斜碰撞事故现场基本数据 录入与存储子系统、(2)汽车斜碰撞事故车辆碰撞后瞬间运动量计算子系统、(3)汽车斜碰 撞事故车辆碰撞瞬间运动量计算子系统、(4)汽车斜碰撞事故车辆行驶车速模拟计算子系 统、(5)汽车斜碰撞事故轨迹二维重构子系统、(6)汽车斜碰撞事故三维模拟再现子系统、 (7)汽车斜碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统。利用本系统的人-机交互界面，输入汽 车斜碰撞事故现场勘察数据并经过系统自动校核和预处理后，完成事故车辆运动力学状态 分析计算、事故二维轨迹重构、三维过程再现、事故案例存档、汽车斜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输出等功能。
本系统各个主要功能模块的实现设计方案和执行顺序为(1)汽车斜碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统，用于实现汽车斜碰撞事故现场 基础数据录入、特征点自动校核、现场录入参数归一化与存储功能。现场录入参数归一化主 要是对现场输入参数数据进行标准化处理，消除量纲和数量级的差异。本子系统包括两个 功能模块汽车斜碰撞事故现场勘察数据输入与归一化模块和汽车斜碰撞事故数据存储模 块。
a)汽车斜碰撞事故现场勘察数据输入与归一化模块，依据交警对交通事故现场 勘验获得的事故车辆主要结构参数、性能参数及装载条件，事故现场道路路段结构形式与 平纵曲线参数，事故车辆碰撞位置与姿态、最终停车位置与姿态、车体上碰撞痕迹位置等事 故现场基本数据，完成汽车斜碰撞事故现场基本数据录入以及碰撞位置数据校核、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、事故二维轨迹重构及三维过程再 现提供归一化数据支持。
b)汽车斜碰撞事故数据存储功能模块，用于存储归一化处理的事故现场基本数 据；采用Access数据库技术，利用VC++6. 0开发平台建立了事故现场勘察数据仓库。
(2)汽车斜碰撞事故车辆碰撞后瞬间运动量计算子系统，根据归一化后的汽车斜 碰撞中心位置与姿态、两车最终停止位置与姿态、地面轮胎痕迹等事故现场基础数据，求得 两车碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值。本子系统包括三个模块精细化 车轮-地面力学模块、碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、终端轨迹点迭代拟合计 算模块。
a)精细化车轮-地面力学模块根据两车碰撞中心点的轨迹，计算地面对轮胎的 作用力。对于运动中的汽车而言，除空气作用和重力外，几乎所有其他影响汽车运动状态的 外力(或力矩)都是以地面作用于轮胎的形式来传递给车体的。当事故车辆在碰撞冲击惯性 作用下，从碰撞作用结束瞬间开始“自由运动”直至车辆最后停止，此期间碰撞车辆只受重 力和车轮一地面作用力的作用，空气作用力可以忽略不计。轮胎一地面作用力计算与车轮 侧偏角、轮胎特性及垂直载荷相关，本模块采用具有大侧偏角运动适应性的G. Gim轮胎理 论力学模型计算地面对轮胎的作用力。(G. Gim轮胎理论力学模型具体公式参见魏朗.用 于碰撞事故中车辆动力学模拟的轮胎模型分析.西安公路交通大学学报，1999. 2(1))b)碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块，根据车辆碰撞中心的轨迹、地面对轮胎 的作用力，计算两车碰撞作用后车辆各瞬间的6自由度线速度与角速度值。车辆轮胎所受 的纵向力、侧向力和回正力矩对汽车瞬态运动状态及轨迹路线起着决定作用。本模块利用 5质量15自由度车辆运动力学计算模型、具有大侧偏角运动适应性的G. Gim轮胎理论力学模型，计算车辆碰撞作用后车辆各瞬间的6自由度线速度与角速度值。
5质量15自由度车辆动力学计算模块，用于计算事故车辆在各种受力和各种运动 状况下的瞬时运动姿态与运动量值。具体包括车辆车身质量，包括汽车簧载质量；6自由 度即在空间坐标系中，分别沿X、Y、Z方向的3个的线速度以及绕X轴旋转的侧倾运动，绕Y 轴旋转的俯仰运动以及绕Z轴旋转的横摆运动)、四个车轮独立质量(汽车簧载质量所具有 的垂直运动和滚动运动，以及前轮平均转向(角)运动。(具体公式参见魏朗等.道路交通 事故模拟再现的车辆动力学三维模型.交通运输工程学报.2003. 3(3).)c)终端轨迹点迭代拟合计算模块，根据归一化处理的事故现场勘察数据，迭代计算得 到车辆碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度。具体计算方法根据碰撞作用后 车辆大侧偏运动力学描述模块和精细化车轮-地面力学计算模块，从碰撞现场勘测得到的 车辆碰撞中心位置开始，用差分数字计算方法先求得对应的车辆计算停止位置，再逆向求 解汽车碰撞作用后瞬间车辆质心速度和横摆角速度等运动量。在计算运动量为0时，利用 车辆运动状态迭代-收敛判断模型对计算停止位置值和碰撞现场实际勘测得到的停止位 置进行比较，检验其逼近程度是否达到预先设定的允许误差要求。如果误差还大，则应用优 化方法中的黄金分割原理迭代一组新的车辆碰撞作用后瞬间运动量值，重复上述计算，直 至在设定的允许误差范围内计算停止位置值收敛于实测停止位置值为止。当车辆停止位置 在允许误差范围内时，根据最新一组车辆碰撞后瞬间运动量值，得到车辆碰撞作用后瞬间 车辆的6自由度线速度与角速度值。
迭代一收敛判断模型
权利要求
1.一种汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于所述的计算机 系统至少包括汽车斜碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统，用于实现汽车斜碰撞事故现场基础 数据录入、特征点自动校核、现场录入参数归一化与存储功能；汽车斜碰撞事故车辆碰撞后瞬间运动量计算子系统，用于根据归一化后的汽车斜碰撞 中心位置与姿态、两车最终停止位置与姿态、地面轮胎痕迹等事故现场基础数据，求得两车 碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值；汽车斜碰撞事故车辆碰撞瞬间运动量计算子系统，用于根据归一化处理的事故现场基 础数据、车辆碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值，采用基于动量和动量矩 守恒原理及碰撞动坐标映射变换算法的碰撞接触瞬间计算模型，逆向求得车辆碰撞作用前 瞬间的6自由度线速度值与角速度值；汽车斜碰撞事故车辆行驶车速模拟计算子系统，用于根据归一化处理的事故现场基本 数据、车辆碰撞中心点位置和两车碰撞作用前瞬间车辆6自由度速度和角速度，计算得到 事故车辆在碰撞发生前正常行驶时的行车速度；汽车斜碰撞事故轨迹二维重构子系统，用于根据归一化处理的事故现场基础数据、车 辆碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及车辆正常行车速度，实现汽车斜 碰撞事故轨迹状态的二维重构；汽车斜碰撞事故三维模拟再现子系统，用于根据归一化校核处置的事故现场基础数 据、车辆碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及车辆正常行车速度，实现 全景全过程状态的三维再现；汽车斜碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统，用于根据归一化校核处置的事故现 场基础数据、汽车斜碰撞事故车辆碰撞前瞬间的6自由度线速度和角速度、车辆正常行车 速度及事故二维重构轨迹，输出两汽车斜碰撞事故特征计算数据表和事故发生过程简述文 本，并实现事故案例数据存储；所述的汽车斜碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统、汽车斜碰撞事故车辆碰撞后 瞬间运动量计算子系统、汽车斜碰撞事故车辆碰撞瞬间运动量计算子系统、汽车斜碰撞事 故车辆行驶车速模拟计算子系统依次相连，汽车斜碰撞事故车辆行驶车速模拟计算子系统 分别与汽车斜碰撞事故轨迹二维重构子系统和汽车斜碰撞事故三维模拟再现子系统相连， 同时汽车斜碰撞事故轨迹二维重构子系统和汽车斜碰撞事故三维模拟再现子系统与汽车 斜碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统和汽车斜碰撞事故现场基本数据录入与存储子 系统相连。
2.如权利要求1所述的汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在 于所述的汽车斜碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统包括汽车斜碰撞事故现场勘察 数据输入与归一化模块和汽车斜碰撞事故数据存储模块；所述的汽车斜碰撞事故现场勘察 数据输入与归一化模块，依据交警对交通事故现场勘验获得的事故车辆主要结构参数、性 能参数及装载条件，事故现场道路路段结构形式与平纵曲线参数，事故车辆碰撞位置与姿 态、最终停车位置与姿态、车体上碰撞痕迹位置等事故现场基本数据，完成汽车斜碰撞事故 现场基本数据录入以及碰撞位置数据校核、公共参数装载与轨迹特征点预处理，为后续的 事故模拟计算、事故二维轨迹重构及三维过程再现提供归一化数据支持；所述的汽车斜碰撞事故数据存储功能模块，采用Access数据库技术，利用VC++6. 0开发平台建立了事故现 场勘察数据仓库，实现存储归一化处理的事故现场基本数据。
3.如权利要求1所述的汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在 于所述的汽车斜碰撞事故车辆碰撞后瞬间运动量计算子系统包括三个模块精细化车 轮-地面力学模块、碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、终端轨迹点迭代拟合计算 模块；所述的精细化车轮-地面力学模块根据两车碰撞中心点的轨迹采用具有大侧偏角运 动适应性的G. Gim轮胎理论力学模型计算地面对轮胎的作用力；所述的碰撞作用后车辆大 侧偏运动力学描述模块根据车辆碰撞中心的轨迹、地面对轮胎的作用力，计算两车碰撞作 用后车辆各瞬间的6自由度线速度与角速度值；所述的终端轨迹点迭代拟合计算模块根据 归一化处理的事故现场勘察数据，迭代计算得到车辆碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速 度与角速度，该模块根据碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块和精细化车轮-地面力 学计算模块，从碰撞现场勘测得到的车辆碰撞中心位置开始，用差分数字计算方法先求得 对应的车辆计算停止位置，再逆向求解汽车碰撞作用后瞬间车辆质心速度和横摆角速度等 运动量，在计算运动量为0时，利用车辆运动状态迭代-收敛判断模型对计算停止位置值和 碰撞现场实际勘测得到的停止位置进行比较，检验其逼近程度是否达到预先设定的允许误 差要求，当误差大于误差要求时，应用优化方法中的黄金分割原理迭代一组新的车辆碰撞 作用后瞬间运动量值，重复上述计算，直至在设定的允许误差范围内计算停止位置值收敛 于实测停止位置值为止；当车辆停止位置在允许误差范围内时，根据最新一组车辆碰撞后 瞬间运动量值，得到车辆碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值。
4.如权利要求1所述的汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在 于所述的汽车斜碰撞事故车辆行驶车速模拟计算子系统包括5质量15自由度车辆动力学 计算模块和汽车斜碰撞事故逆向梯次组合计算模块；所述的5质量15自由度车辆动力学计算模块，用于计算事故车辆在各种受力和各种运 动状况下的瞬时运动姿态与运动量值；所述的汽车斜碰撞事故逆向梯次组合计算模块，用于计算车辆在事故发生前的正常行 驶车速值，该模块根据已经计算得到的车辆碰撞前瞬间的运动参量、位置及姿态、车辆最终 停止位置为计算目标，以根据事故现场地面痕迹状况确定的车辆碰撞前制动距离值或车辆 失控侧滑距离值、两车碰撞前的行驶路线为计算条件，使用能量守恒原理、摩擦力学计算方 法、5质量15自由度车辆动力学计算模块，采用黄金分割原理自动变更迭代步长，进行逆向 梯次组合计算，求得车辆在事故发生前的正常行驶车速值；初次计算终止后，利用车辆运动状态迭代-收敛判断模型对两车碰撞前瞬间的运动参 量、位置及姿态、车辆最终停止位置，和碰撞现场实际勘测得到的车辆停止位置、已计算得 到的车辆碰撞瞬间的位置和姿态、车辆碰撞作用瞬间运动参量进行比较，检验其逼近程度 是否达到预先设定的允许误差要求，当计算误差大于允许误差时，则应用优化方法中的黄 金分割原理迭代一组新的两车正常行驶车速值，重复上述计算，直至在设定的允许误差范 围内计算终止位置值收敛于实测停止位置值和上述步骤计算得到的车辆碰撞瞬间的位置 和姿态、两车碰撞作用前瞬间运动参量为止，当计算终止位置值在允许误差范围内时，最新 一组迭代获得的车辆正常行驶车速值就是所要求的值。
5.如权利要求1所述的汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于所述的汽车斜碰撞事故轨迹二维重构子系统包括基于CDC图形规则的汽车斜碰撞事故 诸元二维图形库模块和汽车斜碰撞事故轨迹定位与图形驱动模块；所述的基于CDC图形规 则的汽车斜碰撞事故诸元二维图形库模块，根据归一化校核处置的事故现场基础数据，调 用二维图形库中车辆、道路结构等CDC图形规则的事故储元；所述的汽车斜碰撞事故图形 驱动模块，实现利用二维图形对汽车斜碰撞事故轨迹状态进行二维重构，该模块自动读入 来自事故现场的初始行驶路线及碰撞位置等事故现场勘察数据，以及根据汽车斜碰撞事故 逆向梯次组合计算模块计算得到的汽车碰撞作用瞬间的位置和姿态、两车最终停止位置， 应用车辆动力学模型和精细化车辆-地面力学计算模型，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与瞬时运动量，在取足够小的计算步长的前提下，在计算机屏幕 上适时显示事故车辆在给定时间计算步长上的各瞬时形态和特征点，从而取得动画连续表 现汽车斜碰撞事故轨迹状态的二维重构效果。
6.如权利要求1所述的汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在 于所述的汽车斜碰撞事故三维模拟再现子系统包括基于OpenGL图形技术的汽车斜碰撞 事故诸元底层3维透视图形建模模块和汽车斜碰撞事故动画驱动及印迹显示模块；所述的 基于OpenGL图形技术的汽车斜碰撞事故诸元底层3维透视图形建模模块，根据归一化校核 处置的事故现场基础数据，采用OpenGL三维图形开发技术来实现事故车辆、道路结构等三 维透视图形的底层建模；所述的汽车斜碰撞事故动画驱动及印迹显示模块，实现利用3维 透视图形对汽车斜碰撞事故全景全过程的三维过程再现，该模块自动读入来自事故现场的 初始行驶路线及汽车碰撞位置等事故现场勘察数据，以及根据汽车斜碰撞事故逆向梯次组 合计算模块计算得到的汽车碰撞瞬间的运动参量、位置及姿态、车辆最终停止位置，在三维 透视图形的底层建模的基础上，利用车辆动力学计算模块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与瞬时运动量，并同时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，取得动画连续表现汽车斜 碰撞事故全景全过程状态的三维再现效果。
7.如权利要求1所述的汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在 于所述的汽车斜碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统包括汽车斜碰撞事故主要特征计 算数据表输出模块、汽车斜碰撞事故发生过程简述输出模块以及汽车斜碰撞事故案例数据 存储模块；所述的汽车斜碰撞事故主要特征计算数据表输出模块根据归一化校核处置的事 故现场基础数据、两车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度、行车速度，输 出事故发生的时间、地点、天气、道路结构、路面状况、碰撞前轨迹点、碰撞点、停止点、车身 碰撞位置、最大变形量、侧翻滑移距离、侧翻角度、碰前制动距离、转向车轮平均转角、车轮 抱死状态、采取制动措施时的车速、碰撞前瞬间的车速能够概括表现汽车斜碰撞事故特征 的主要数据；所述的汽车斜碰撞事故发生过程简述输出模块，根据归一化校核处置的事故 现场基础数据及事故轨迹二维重构结果，输出事故发生的时间、天气、事故发生地点及路面 状况、事故车辆行驶状态、事故前车辆计算行驶车速、事故过程文字描述及2维轨迹描述； 所述的汽车斜碰撞事故案例数据存储模块，采用Access数据库技术，利用VC++6. 0开发平 台建立了事故案例数据仓库，实现存储模拟计算生成的事故案例数据。
全文摘要
本发明公开一种用于公安交通管理部门道路交通事故鉴定的汽车斜碰撞事故分析计算与模拟再现系统，本系统能够利用事故现场勘察得到的基本数据，计算得到汽车斜碰撞事故中各事故车辆的行驶车速和碰撞车速，并实现事故车辆的二维轨迹描述、三维过程再现、汽车斜碰撞事故主要计算数据表输出以及事故发生过程简述文本输出。本发明适于广泛推广应用，它将有效提高交通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，起到分清责任、避免激化矛盾、减少社会不稳定因素、增进社会生活的和谐运行等重要作用，促使我国道路交通事故的鉴定向更具科学性、准确性和权威性方向发展。
文档编号G06F17/50GK102034013SQ20101061606
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者周维新, 张维峰, 张韦, 李春明, 袁望方, 赵晨, 陈涛, 魏朗 申请人:长安大学