汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现计算机系统的制作方法

专利名称：汽车与两轮或三轮车碰撞事故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，特别涉及汽车与两轮或三轮车碰撞事故形 态的计算机分析计算与模拟再现仿真系统。
背景技术：
汽车与两轮或三轮车碰撞事故是指汽车与两轮或三轮车(包括摩托车、自行车、电 动自行车、三轮车)发生正面(或侧面、追尾)碰撞的一类常见道路交通事故事故形态。两轮 或三轮车在发生碰撞事故后的运动状态属于失控状态，且又发生空中抛物运动或地面滑移 运动，造成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。
传统的汽车与两轮或三轮车碰撞事故分析鉴定方法，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检测获得事故碰撞中心位置、车辆最终停止位置、路 面制动痕迹等事故现场勘察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。
经对现有技术文献检索发现，专利申请号为200810038173. 7，名称为汽车与两轮 车碰撞事故再现系统，该技术提供一种汽车与两轮车碰撞事故再现系统，包括信息采集、过 程仿真、优化再现和结果处理，采用多刚体方法建立汽车与两轮车碰撞模型，对假人模型的 损失敏感部位建立有限元模型，与多刚体假人主体模型组合成为新的组合式假人模型，对 汽车碰撞两轮车这一类别交通事故进行优化仿真。本发明主要采用动量与动量矩守恒理论 方法分析汽车与两轮或三轮车碰撞事故，提出了解析计算与模拟再现汽车与两轮或三轮车 碰撞事故的整体方案，构建了汽车与两轮或三轮车碰撞事故分析计算与模拟再现系统，通 过输入事故现场勘察得到的数据可以计算得到汽车与两轮或三轮车碰撞事故中汽车和摩 托车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、汽车与两轮 或三轮车碰撞事故主要计算数据表以及事故发生过程简述文本输出。使用本发明处理汽车 与两轮或三轮车碰撞事故，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 车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现系统，本系统能够利用事故现场勘察得到的基本数 据，计算得到汽车与两轮或三轮车碰撞事故中汽车和摩托车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、汽车与两轮或三轮车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。
为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现一种汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现计算机系统，该计算机系统至少包括 汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统，用于实现汽车与两轮 或三轮车碰撞事故现场基本数据录入、数据归一化处理、特征点校核、输入数据存储功能；汽车与两轮或三轮车碰撞后瞬间运动量计算子系统，用于根据归一化处理后的事故现 场地面痕迹、汽车与两轮或三轮车碰撞中心位置和姿态、车辆最终停止位置与姿态等事故 现场勘察数据，逆向求得汽车与两轮或三轮车碰撞作用后瞬间汽车的6自由度线速度与角 速度值、两轮或三轮车碰撞后的6自由度线速度与角速度值；汽车与两轮或三轮车碰撞瞬间运动量计算子系统，用于根据归一化处理后的事故现场 勘察数据、事故车辆碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度值与角速度值，计算得到汽车 与两轮或三轮车碰撞作用前瞬间的6自由度线速度值与角速度值；汽车与两轮或三轮车碰撞事故车辆行驶车速计算子系统，根据归一化处理的车辆碰 撞前制动距离或痕迹值、车辆行驶方向等事故现场勘察数据、汽车与两轮或三轮车碰撞作 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危险状态发生前的正常行驶车 速；汽车与两轮或三轮车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 勘察数据、汽车与两轮或三轮车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，实现汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹状态的二维重构；汽车与两轮或三轮车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 现场勘察数据、汽车与两轮或三轮车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度 及行车速度，实现汽汽车与两轮或三轮车碰撞事故全景全过程状态的三维再现；汽车与两轮或三轮车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 置的事故现场勘察数据、汽车与两轮或三轮车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度 和角速度、行车速度及事故轨迹二维重构，输出汽汽车与两轮或三轮车碰撞事故特征计算 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；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统、汽车与两轮或 三轮车碰撞后瞬间运动量计算子系统、汽车与两轮或三轮车碰撞瞬间运动量计算子系统、 汽车与两轮或三轮车碰撞事故车辆行驶车速计算子系统依次相连，汽车与两轮或三轮车碰 撞事故车辆行驶车速计算子系统分别与汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹二维重构子系 统和汽车与两轮或三轮车碰撞事故三维模拟再现子系统相连，同时汽车与两轮或三轮车碰 撞事故轨迹二维重构子系统和汽车与两轮或三轮车碰撞事故三维模拟再现子系统与汽车 与两轮或三轮车碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统和汽车与两轮或三轮车碰撞事故 现场基本数据录入与存储子系统相连。
本发明的其他技术特点为所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统包括两个功能 模块汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场勘察数据输入与归一化模块和汽车与两轮或三 轮车碰撞事故数据存储模块；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场勘察数据输入与归 一化模块，依据交警对事故现场勘验获得的事故现场道路结构、被撞两轮或三轮车结构、车 辆主要结构参数、性能参数及装载条件，事故汽车碰撞损伤痕迹、事故现场地面痕迹、汽车与两轮或三轮车碰撞中心地标位置、汽车和两轮或三轮车最终停止位置等事故现场基本数 据，完成汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场勘察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；所述的汽车碰撞两轮或三轮车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，用于存储归一化校核 处理的事故现场勘察数据；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞后瞬间运动量计算子系统包括四个模块精细化车 轮-地面力学模块、汽车碰撞两轮或三轮车后动力学计算模块、两轮或三轮车倒地滑移动 力学计算模块、轨迹迭代拟合计算模块；所述的精细化车轮-地面力学模块采用具有大侧 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；所述的汽车碰撞两 轮或三轮车后动力学计算模，根据汽车碰两轮或三轮车的碰撞中心位置、计算得到的地面 对车轮的作用力，采用5质量15自由度车辆动力学计算模块，计算得到碰撞后汽车运动中 各瞬间的6自由度线速度值与角速度值；所述的两轮或三轮车倒地滑移动力学计算模块， 根据汽车碰两轮或三轮车碰撞中心位置、两轮或三轮车地面痕迹、两轮或三轮车最终停止 位置等归一化处理的事故现场勘察数据，应用地面接触面摩擦接触力学计算方法、能量守 恒原理的当量冲击速度折算方法，计算得到两轮或三轮车在碰撞后的6自由度线速度值与 角速度值；所述的轨迹迭代拟合计算模块，根据车辆碰撞中心位置、汽车、两轮或三轮车及 其乘员最终停止位置和姿态，迭代计算得到汽车和两轮或三轮车碰撞作用后瞬间的质心速 度和横摆角速度等运动量；所述的轨迹迭代拟合计算模块根据汽车与两轮或三轮车碰撞中 心位置、汽车、两轮或三轮车及其乘员最终停止位置和姿态，应用车辆5质量15自由度车辆 动力学计算模块和精细化车轮-地面力学模块，从事故现场勘测并经本系统预处置校核而 得碰撞中心位置开始，应用差分数字计算方法先求得对应的汽车、两轮或三轮车、两轮或三 轮车乘员计算停止位置及姿态，在计算运动量为零时，利用车辆运动状态迭代-收敛判断 模型对两轮或三轮车乘员、两轮或三轮车及汽车的计算终止位置值，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 于误差允许范围时，应用优化方法中的黄金分割原理迭代一组新的碰撞后瞬间运动量值， 重复上述计算，直至在设定的允许误差范围内计算终止位置值收敛于实测停止位置值为 止；当计算终止位置值在允许误差范围内时，根据最新一组碰撞后瞬间运动量值，得到汽车 和两轮或三轮车碰撞作用后瞬间的6自由度线速度与角速度值，以及两轮或三轮车乘员在 碰撞过程中的抛出速度。
所述的汽车与两轮或三轮车碰撞瞬间运动量计算子系统所述的组合事故汽车与 两轮或三轮车碰撞瞬间运动量计算子系统将两轮或三轮车与汽车碰撞的事故形态分为迎 面碰撞型事故、侧面冲撞型事故、尾撞型事故形态，根据碰撞前后动量守恒定理计算碰撞前 瞬间汽车的速度。
所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故车辆行驶车速计算子系统包括两个模块汽 车与两轮或三轮车碰撞事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和汽车与两轮或三轮车 碰撞事故逆向梯次组合计算模块；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故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；所述的汽车与两轮或三轮车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，该模块根据计算得到的汽车与两轮或三轮车碰撞作用瞬间运 动参量、汽车最终停止位置、两轮或三轮车最终停止位置、两轮或三轮车乘员最终停止位置 为计算目标，以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、汽车与两轮或三轮车碰撞前的行驶路线为计算条件，初次计算终止后，利用车辆运动状 态迭代-收敛判断模型对汽车最终停止位置、两轮或三轮车最终停止位置、两轮或三轮车 乘员最终停止位置、汽车与两轮或三轮车碰撞作用瞬间运动参量，和碰撞现场实际勘测得 到的车辆和乘员停止位置、计算得到的汽车与两轮或三轮车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。如果误差还大，则应用优化方法中 的黄金分割原理自动变更迭代步长，迭代一组新的汽车和两轮或三轮车正常行驶车速值， 使用5质量15自由度车辆动力学计算模块，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汽车与两轮或三轮车碰撞 作用瞬间运动参量为止；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汽 车与两轮或三轮车正常行驶车速值就是所要求的值。
所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹二维重构子系统包括基于⑶C图形规 则的汽车与两轮或三轮车碰撞事故诸元二维图形库模块和汽车与两轮或三轮车碰撞事故 轨迹定位与图形驱动模块；所述的基于CDC图形规则的汽车与两轮或三轮车碰撞事故诸元 二维图形库模块，根据归一化校核处置的事故现场勘察数据，调用二维图形库中汽车、两轮 或三轮车、道路结构等CDC图形规则的事故储元；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨 迹定位与图形驱动模块，利用二维图形对汽车与两轮或三轮车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汽车、两轮或三轮车及其乘员的停止位置、车辆初始 行驶路线、汽车与两轮或三轮车的碰撞中心位置、地面轮胎印迹等事故现场勘察数据，以及 汽车与两轮或三轮车碰撞事故逆向梯次组合计算模块计算得到的汽车与两轮或三轮车碰 撞作用瞬间运动参量汽车、两轮或三轮车的最终停止位置、两轮或三轮车乘员的最终停止 位置，应用5质量15自由度车辆动力学计算模型，由始及终顺序计算汽车和两轮或三轮车 在各个环节和各个时段的瞬时姿态包括汽车和两轮或三轮车质心坐标值、方位角与瞬时运 动量包括平面线速度和横摆角速度，在设定的计算步长的前提下，在计算机屏幕上适时显 示事故汽车和两轮或三轮车在给定时间计算步长上的各瞬时形态和特征点包括汽车与两 轮或三轮车碰撞中心位置、汽车和两轮或三轮车质心以及两轮或三轮车乘员质心，从而取 得动画连续表现汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹状态的二维重构效果。
所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故三维模拟再现子系统包括基于OpenGL图形 技术的汽车与两轮或三轮车碰撞事故诸元底层3维透视图形建模模块和汽车与两轮或三 轮车碰撞事故动画驱动及印迹显示模块；所述的基于OpenGL图形技术的汽车与两轮或三 轮车碰撞事故诸元底层3维透视图形建模模块根据归一化校核处置的事故现场勘察数据， 采用OpenGL三维图形开发技术来实现事故车辆、道路结构、人体等三维透视图形的底层建 模；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故动画驱动及印迹显示模块利用3维透视图形对汽 车与两轮或三轮车碰撞事故全景全过程的三维过程再现模块自动读入来自事故现场的汽 车、两轮或三轮车及其乘员的停止位置、车辆初始行驶路线、汽车与两轮或三轮车的碰撞中 心位置、地面轮胎印迹等事故现场勘察数据，以及汽车与两轮或三轮车碰撞事故逆向梯次 组合计算模块计算得到的汽车、两轮或三轮车的最终停止位置、两轮或三轮车乘员的最终停止位置、汽车与两轮或三轮车碰撞作用瞬间运动参量，在三维透视图形的底层建模的基 础上，应用5质量15自由度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包括车辆质心坐标值及车身横摆、俯仰、侧倾等3自由度角度 值与瞬时运动量包括6自由度线速度与角速度值，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、车轮地面印迹、汽车最终停止位置、两轮或 三轮车最终停止位置、两轮或三轮车乘员最终停止位置，取得动画连续表现汽车与两轮或 三轮车碰撞事故全景全过程状态的三维再现效果。
所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统包括三个模 块汽车与两轮或三轮车碰撞事故主要特征计算数据表输出模块、汽车与两轮或三轮车碰 撞事故发生过程简述输出模块以及汽车与两轮或三轮车碰撞事故案例数据存储模块；所述 的汽车与两轮或三轮车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 故现场勘察数据、汽车与两轮或三轮车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速 度、汽车与两轮或三轮车的行车速度，输出事故发生时的公有参数、与汽车相关的参数以及 与两轮或三轮车相关的参数；所述的汽车与两轮或三轮车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勘察数据及事故轨迹二维重构结果，输出事故发生的 时间、天气、道路状况、事故发生地点、事故车辆行驶状态、计算行驶车速、事故过程文字描 述及二维轨迹描述；所述的汽车与两轮或三轮车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与两轮或三轮车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、汽车与两轮或三轮车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与 两轮或三轮车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 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为汽车与两轮或三轮车事故分析计算与模拟再现系统框图；图2为汽车与两轮或三轮车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为汽车与两轮或三轮车碰撞后瞬间运动量计算子系统统数据流程图；图4为汽车与两轮或三轮车碰撞瞬间运动量计算子系统数据流程图； 图5为汽车与两轮或三轮车碰撞事故车辆行驶车速计算子系统数据流程图； 图6为汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹二维重构子系统数据流程图； 图7为汽车与两轮或三轮车碰撞事故三维模拟再现子系统数据流程图； 图8为汽车与两轮或三轮车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基本信息数据输入对话窗口 ； 图10为本发明的实施例事故车辆的主要结构参数设置对话窗口 ； 图11为本发明的实施例事故现场道路结构设置对话窗口 ；图12为本发明的实施例事故碰撞点车辆位置及停车点车辆位置数据输入对话窗口 ； 图13为本发明的实施例事故车辆在碰撞前的运动痕迹点设置对话窗口 ； 图14为本发明的实施例汽车车轮状态设置对话窗口 ； 图15为本发明的实施例事故车速计算结果； 图16为本发明的实施例事故三维过程再现； 图17为本发明的实施例事故二维轨迹重构； 图18为本发明的实施例车速计算数据表； 图19为本发明的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，本发明包括七个子系统(1)汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场基本 数据录入与存储子系统、(2)汽车与两轮或三轮车碰撞后瞬间运动量计算子系统、(3)汽车 与两轮或三轮车碰撞瞬间运动量计算子系统、(4)汽车与两轮或三轮车碰撞事故车辆行驶 车速计算子系统、(5)汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹二维重构子系统、(6)汽车与两轮 或三轮车碰撞事故三维模拟再现子系统、(7)汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟计算结果 输出描述子系统。利用本发明系统的人机交互界面，可以实现汽车与两轮或三轮车碰撞事 故现场勘察数据读入与存储、事故车辆运动力学参数计算、事故二维轨迹重构、三维过程再 现、汽车与两轮或三轮车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等 交互操作。
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)参见图2，汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统，用于实 现汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场基本数据录入、数据归一化处理、特征点校核、输入数 据存储功能。数据归一化主要是对录入参数进行标准化处理，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与两轮或三轮车碰撞事故现场勘察数据输入与归一化模块 和汽车与两轮或三轮车碰撞事故数据存储模块。
a)汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场勘察数据输入与归一化模块，依据交警对 事故现场勘验获得的事故现场道路结构、被撞两轮或三轮车结构、车辆主要结构参数、性能 参数及装载条件，事故汽车碰撞损伤痕迹、事故现场地面痕迹、汽车与两轮或三轮车碰撞中心地标位置、汽车和两轮或三轮车最终停止位置等事故现场基本数据，完成汽车与两轮或 三轮车碰撞事故现场勘察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)汽车碰撞两轮或三轮车事故数据存储功能模块，用于存储归一化校核处理的事 故现场勘察数据；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)参见图3，汽车与两轮或三轮车碰撞后瞬间运动量计算子系统，根据归一化处 理后的事故现场地面痕迹、汽车与两轮或三轮车碰撞中心位置和姿态、车辆最终停止位置 与姿态等事故现场勘察数据，逆向求得汽车与两轮或三轮车碰撞作用后瞬间汽车的6自由 度线速度与角速度值、两轮或三轮车碰撞后的6自由度线速度与角速度值。本子系统包括 四个模块精细化车轮-地面力学模块、汽车碰撞两轮或三轮车后动力学计算模块、两轮或 三轮车倒地滑移动力学计算模块、轨迹迭代拟合计算模块。
a)精细化车轮-地面力学模块，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)汽车碰撞两轮或三轮车后动力学计算模块，本模块主要根据汽车碰两轮或三轮车 的碰撞中心位置、计算得到的地面对车轮的作用力，采用5质量15自由度车辆动力学计算 模块，计算得到碰撞后汽车(自由)运动中各瞬间的6自由度线速度值与角速度值。
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(汽车簧载质量)6自由度(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)、4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。
c)两轮或三轮车倒地滑移动力学计算模块，根据汽车碰两轮或三轮车碰撞中心 位置、两轮或三轮车地面痕迹、两轮或三轮车最终停止位置等归一化处理的事故现场勘察 数据，应用地面接触面摩擦接触力学计算方法、能量守恒原理的当量冲击速度折算方法，计 算得到两轮或三轮车在碰撞后的6自由度线速度值与角速度值。
①在摩托车(或电动车)与汽车的碰撞事故中，把乘员和摩托车的运动看成是二 维的，摩托车的运动有三个自由度，乘员的运动有7个自由度。在二维碰撞运动力学模型 中，摩托车整体被视为刚体运动(只在碰撞作用瞬时有前部局部变形)，三个运动自由度分 别为其在地面坐标系中的X方向平移运动，Y方向的平移运动及绕其质心的旋转运动。摩 托车乘员运动的自由度为7个乘员整体质心沿地面坐标系X方向和Y方向的平移运动、躯 干绕其质心的旋转运动；手臂与腿脚分别被看成2个杆系，各杆系的质量集中于杆件的质 心处，分别绕乘员躯干质心的回转运动。通过分析可以对摩托车和乘员列出两组运动方程。 但由于摩托车和乘员的两组运动方程并不独立，应加上反映摩托车乘员的某一部分与摩托 车发生牵连运动的约束方程，从而联立求解两组运动方程，求解摩托车乘员在碰撞过程中的抛出速度。
②在自行车与汽车的碰撞事故中，自行车与汽车碰撞的运动过程可分为接触、自 由飞行及滑移三个阶段。发生碰撞时，自行车与汽车相接触，在碰撞冲量作用下，自行车乘 员下肢及自行车向上抛，自行车乘员身体上部倾翻倒向汽车发动机罩，然后自行车和乘员 分别以滑动或滚动的形式向前运动至最终停止位置。从碰撞开始至自行车和乘员最后静止 位置的距离分别被定义为自行车和自行车乘员的抛距。在事故计算中，自行车和自行车乘 员的抛距可以从事故现场勘测得到。为了在对事故进行计算分析室引入自行车对自行车乘 员运动的影响作用，引入了当量抛距Ld的概念。其定义为L· = ￡1 · L + ε.L- ε:ι = ηι, . m._,十 'ι ετ = tnT m + 閲，'l式中，Iv和矣分别是自行车乘员和自行车的抛距；^r和雩分别是它们的质量系数。
根据当量抛距，采用动力守恒原理和能量守恒原理，计算得到自行车乘员的抛出 速度。
d)轨迹迭代拟合计算模块，可由车辆碰撞中心位置、汽车、两轮或三轮车及其乘 员最终停止位置和姿态，迭代计算得到汽车和两轮或三轮车碰撞作用后瞬间的质心速度和 横摆角速度等运动量。
轨迹迭代拟合计算模块，根据汽车与两轮或三轮车碰撞中心位置、汽车、两轮或三 轮车及其乘员最终停止位置和姿态，应用车辆5质量15自由度车辆动力学计算模块和精细 化车轮-地面力学模块，从事故现场勘测(并经本系统预处置校核)而得碰撞中心位置开始， 应用差分数字计算方法先求得对应的汽车、两轮或三轮车、两轮或三轮车乘员计算停止位 置及姿态，在计算运动量为零时，利用车辆运动状态迭代-收敛判断模型对两轮或三轮车 乘员、两轮或三轮车及汽车的计算终止位置值，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碰撞后瞬间运动量值，重复上述计算，直至在设定的允许 误差范围内计算终止位置值收敛于实测停止位置值为止。当计算终止位置值在允许误差范 围内时，根据最新一组碰撞后瞬间运动量值，得到汽车和两轮或三轮车碰撞作用后瞬间的6 自由度线速度与角速度值，以及两轮或三轮车乘员在碰撞过程中的抛出速度。
迭代一收敛判断模型
权利要求
1.一种汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现计算机系统，其特征在于；该计算机系 统至少包括汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统，用于实现汽车与两轮 或三轮车碰撞事故现场基本数据录入、数据归一化处理、特征点校核、输入数据存储功能；汽车与两轮或三轮车碰撞后瞬间运动量计算子系统，用于根据归一化处理后的事故现 场地面痕迹、汽车与两轮或三轮车碰撞中心位置和姿态、车辆最终停止位置与姿态等事故 现场勘察数据，逆向求得汽车与两轮或三轮车碰撞作用后瞬间汽车的6自由度线速度与角 速度值、两轮或三轮车碰撞后的6自由度线速度与角速度值；汽车与两轮或三轮车碰撞瞬间运动量计算子系统，用于根据归一化处理后的事故现场 勘察数据、事故车辆碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度值与角速度值，计算得到汽车 与两轮或三轮车碰撞作用前瞬间的6自由度线速度值与角速度值；汽车与两轮或三轮车碰撞事故车辆行驶车速计算子系统，根据归一化处理的车辆碰 撞前制动距离或痕迹值、车辆行驶方向等事故现场勘察数据、汽车与两轮或三轮车碰撞作 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危险状态发生前的正常行驶车 速；汽车与两轮或三轮车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 勘察数据、汽车与两轮或三轮车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，实现汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹状态的二维重构；汽车与两轮或三轮车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 现场勘察数据、汽车与两轮或三轮车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度 及行车速度，实现汽汽车与两轮或三轮车碰撞事故全景全过程状态的三维再现；汽车与两轮或三轮车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 置的事故现场勘察数据、汽车与两轮或三轮车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度 和角速度、行车速度及事故轨迹二维重构，输出汽汽车与两轮或三轮车碰撞事故特征计算 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；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统、汽车与两轮或 三轮车碰撞后瞬间运动量计算子系统、汽车与两轮或三轮车碰撞瞬间运动量计算子系统、 汽车与两轮或三轮车碰撞事故车辆行驶车速计算子系统依次相连，汽车与两轮或三轮车碰 撞事故车辆行驶车速计算子系统分别与汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹二维重构子系 统和汽车与两轮或三轮车碰撞事故三维模拟再现子系统相连，同时汽车与两轮或三轮车碰 撞事故轨迹二维重构子系统和汽车与两轮或三轮车碰撞事故三维模拟再现子系统与汽车 与两轮或三轮车碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统和汽车与两轮或三轮车碰撞事故 现场基本数据录入与存储子系统相连。
2.如权利要求1所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现计算机系统，其特征在 于所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统包括两个功能模 块汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场勘察数据输入与归一化模块和汽车与两轮或三轮车 碰撞事故数据存储模块；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场勘察数据输入与归一化 模块，依据交警对事故现场勘验获得的事故现场道路结构、被撞两轮或三轮车结构、车辆主 要结构参数、性能参数及装载条件，事故汽车碰撞损伤痕迹、事故现场地面痕迹、汽车与两轮或三轮车碰撞中心地标位置、汽车和两轮或三轮车最终停止位置等事故现场基本数据， 完成汽车与两轮或三轮车碰撞事故现场勘察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；所述的汽车碰撞两轮或三轮车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，用于存储归一化校核处理 的事故现场勘察数据。
3.如权利要求1所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现计算机系统，其特征 在于所述的汽车与两轮或三轮车碰撞后瞬间运动量计算子系统包括四个模块精细化车 轮-地面力学模块、汽车碰撞两轮或三轮车后动力学计算模块、两轮或三轮车倒地滑移动 力学计算模块、轨迹迭代拟合计算模块；所述的精细化车轮-地面力学模块采用具有大侧 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；所述的汽车碰撞两 轮或三轮车后动力学计算模，根据汽车碰两轮或三轮车的碰撞中心位置、计算得到的地面 对车轮的作用力，采用5质量15自由度车辆动力学计算模块，计算得到碰撞后汽车运动中 各瞬间的6自由度线速度值与角速度值；所述的两轮或三轮车倒地滑移动力学计算模块， 根据汽车碰两轮或三轮车碰撞中心位置、两轮或三轮车地面痕迹、两轮或三轮车最终停止 位置等归一化处理的事故现场勘察数据，应用地面接触面摩擦接触力学计算方法、能量守 恒原理的当量冲击速度折算方法，计算得到两轮或三轮车在碰撞后的6自由度线速度值与 角速度值；所述的轨迹迭代拟合计算模块，根据车辆碰撞中心位置、汽车、两轮或三轮车及 其乘员最终停止位置和姿态，迭代计算得到汽车和两轮或三轮车碰撞作用后瞬间的质心速 度和横摆角速度等运动量；所述的轨迹迭代拟合计算模块根据汽车与两轮或三轮车碰撞中 心位置、汽车、两轮或三轮车及其乘员最终停止位置和姿态，应用车辆5质量15自由度车辆 动力学计算模块和精细化车轮-地面力学模块，从事故现场勘测并经本系统预处置校核而 得碰撞中心位置开始，应用差分数字计算方法先求得对应的汽车、两轮或三轮车、两轮或三 轮车乘员计算停止位置及姿态，在计算运动量为零时，利用车辆运动状态迭代-收敛判断 模型对两轮或三轮车乘员、两轮或三轮车及汽车的计算终止位置值，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 于误差允许范围时，应用优化方法中的黄金分割原理迭代一组新的碰撞后瞬间运动量值， 重复上述计算，直至在设定的允许误差范围内计算终止位置值收敛于实测停止位置值为 止；当计算终止位置值在允许误差范围内时，根据最新一组碰撞后瞬间运动量值，得到汽车 和两轮或三轮车碰撞作用后瞬间的6自由度线速度与角速度值，以及两轮或三轮车乘员在 碰撞过程中的抛出速度。
4.如权利要求1所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现计算机系统，其特征在 于所述的汽车与两轮或三轮车碰撞瞬间运动量计算子系统所述的组合事故汽车与两轮或 三轮车碰撞瞬间运动量计算子系统将两轮或三轮车与汽车碰撞的事故形态分为迎面碰撞 型事故、侧面冲撞型事故、尾撞型事故形态，根据碰撞前后动量守恒定理计算碰撞前瞬间汽 车的速度。
5.如权利要求1所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现计算机系统，其特征 在于所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故车辆行驶车速计算子系统包括两个模块汽车 与两轮或三轮车碰撞事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和汽车与两轮或三轮车碰撞事故逆向梯次组合计算模块；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故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；所述的汽车与两轮或三轮车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，该模块根据计算得到的汽车与两轮或三轮车碰撞作用瞬间运 动参量、汽车最终停止位置、两轮或三轮车最终停止位置、两轮或三轮车乘员最终停止位置 为计算目标，以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、汽车与两轮或三轮车碰撞前的行驶路线为计算条件，初次计算终止后，利用车辆运动状 态迭代-收敛判断模型对汽车最终停止位置、两轮或三轮车最终停止位置、两轮或三轮车 乘员最终停止位置、汽车与两轮或三轮车碰撞作用瞬间运动参量，和碰撞现场实际勘测得 到的车辆和乘员停止位置、计算得到的汽车与两轮或三轮车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；如果误差还大，则应用优化方法中的黄金分割原理自动变更迭代步长，迭代一组新的 汽车和两轮或三轮车正常行驶车速值，使用5质量15自由度车辆动力学计算模块，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 计算得到的汽车与两轮或三轮车碰撞作用瞬间运动参量为止；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汽车与两轮或三轮车正常行驶车速值就是所要求的值。
6.如权利要求1所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现计算机系统，其特征在 于所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹二维重构子系统包括基于CDC图形规则的汽 车与两轮或三轮车碰撞事故诸元二维图形库模块和汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹定 位与图形驱动模块；所述的基于CDC图形规则的汽车与两轮或三轮车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勘察数据，调用二维图形库中汽车、两轮或三轮 车、道路结构等⑶C图形规则的事故储元；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹定位 与图形驱动模块，利用二维图形对汽车与两轮或三轮车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汽车、两轮或三轮车及其乘员的停止位置、车辆初始行驶 路线、汽车与两轮或三轮车的碰撞中心位置、地面轮胎印迹等事故现场勘察数据，以及汽车 与两轮或三轮车碰撞事故逆向梯次组合计算模块计算得到的汽车与两轮或三轮车碰撞作 用瞬间运动参量汽车、两轮或三轮车的最终停止位置、两轮或三轮车乘员的最终停止位置， 应用5质量15自由度车辆动力学计算模型，由始及终顺序计算汽车和两轮或三轮车在各个 环节和各个时段的瞬时姿态包括汽车和两轮或三轮车质心坐标值、方位角与瞬时运动量包 括平面线速度和横摆角速度，在设定的计算步长的前提下，在计算机屏幕上适时显示事故 汽车和两轮或三轮车在给定时间计算步长上的各瞬时形态和特征点包括汽车与两轮或三 轮车碰撞中心位置、汽车和两轮或三轮车质心以及两轮或三轮车乘员质心，从而取得动画 连续表现汽车与两轮或三轮车碰撞事故轨迹状态的二维重构效果。
7.如权利要求1所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现计算机系统，其特征在 于所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故三维模拟再现子系统包括基于OpenGL图形技术 的汽车与两轮或三轮车碰撞事故诸元底层3维透视图形建模模块和汽车与两轮或三轮车 碰撞事故动画驱动及印迹显示模块；所述的基于OpenGL图形技术的汽车与两轮或三轮车 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勘察数据，采用 OpenGL三维图形开发技术来实现事故车辆、道路结构、人体等三维透视图形的底层建模；所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故动画驱动及印迹显示模块利用3维透视图形对汽车 与两轮或三轮车碰撞事故全景全过程的三维过程再现模块自动读入来自事故现场的汽车、 两轮或三轮车及其乘员的停止位置、车辆初始行驶路线、汽车与两轮或三轮车的碰撞中心 位置、地面轮胎印迹等事故现场勘察数据，以及汽车与两轮或三轮车碰撞事故逆向梯次组 合计算模块计算得到的汽车、两轮或三轮车的最终停止位置、两轮或三轮车乘员的最终停 止位置、汽车与两轮或三轮车碰撞作用瞬间运动参量，在三维透视图形的底层建模的基础 上，应用5质量15自由度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包括车辆质心坐标值及车身横摆、俯仰、侧倾等3自由度角度值 与瞬时运动量包括6自由度线速度与角速度值，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、车轮地面印迹、汽车最终停止位置、两轮或三 轮车最终停止位置、两轮或三轮车乘员最终停止位置，取得动画连续表现汽车与两轮或三 轮车碰撞事故全景全过程状态的三维再现效果。
8.如权利要求1所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现计算机系统，其特征在 于所述的汽车与两轮或三轮车碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统包括三个模块汽 车与两轮或三轮车碰撞事故主要特征计算数据表输出模块、汽车与两轮或三轮车碰撞事故 发生过程简述输出模块以及汽车与两轮或三轮车碰撞事故案例数据存储模块；所述的汽车 与两轮或三轮车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 勘察数据、汽车与两轮或三轮车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度、汽 车与两轮或三轮车的行车速度，输出事故发生时的公有参数、与汽车相关的参数以及与两 轮或三轮车相关的参数；所述的汽车与两轮或三轮车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勘察数据及事故轨迹二维重构结果，输出事故发生的时间、 天气、道路状况、事故发生地点、事故车辆行驶状态、计算行驶车速、事故过程文字描述及二 维轨迹描述；所述的汽车与两轮或三轮车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与两轮或三轮车碰撞事故模拟再现系统，本系统能够利用事故现场勘察得到的基本数据，计算得到汽车与两轮或三轮车碰撞事故中汽车和摩托车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、汽车与两轮或三轮车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。本发明可被广泛推广应用，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。
文档编号G06F19/00GK102034257SQ20101061620
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31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