專利名稱：車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機仿真技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及車輛連環(huán)碰撞道路交通事故形態(tài) 的計算機分析與模擬再現(xiàn)仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的交通事故分析鑒定主要依據(jù)事故現(xiàn)場當事人及目擊證人的陳述、事故車輛 最終停止位置以及車輛制動痕跡等事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)繪制事故現(xiàn)場圖，簡單、近似地分析 事故車輛的運動狀態(tài)和現(xiàn)場過程情況，并主要依據(jù)以上的證言和證物，鑒定處理交通事故。 由于應(yīng)用傳統(tǒng)分析計算方法進行復(fù)雜道路交通事故的參數(shù)確認和狀態(tài)判別具有很大的局 限性、隨意性和盲目性，分析鑒定結(jié)果的準確性和精度均不高，尤其是在面對車輛連環(huán)碰撞 這類極其復(fù)雜的道路交通事故形態(tài)時，傳統(tǒng)計算分析方法已經(jīng)不可能明晰事故過程，極易 導(dǎo)致在交通事故責任劃分問題上出現(xiàn)技術(shù)性失誤，從而引發(fā)社會糾紛。
車輛連環(huán)碰撞事故是指一次事故中有三輛(含三輛)以上事故車輛參與連續(xù)碰撞 的一類特殊道路交通事故形態(tài)，具體的說當兩車發(fā)生碰撞后，其中一輛車發(fā)生大側(cè)偏運 動，失控滑移至另一車道，而后與另一車道上行駛的車輛發(fā)生碰撞。此類復(fù)雜事故形態(tài)中前 兩車碰撞后的運動狀態(tài)屬于失控運動狀態(tài)，車輛的運動速度、運動姿態(tài)及運動方向都在急 劇變化中，又由于存在后續(xù)車輛參與碰撞，車輛在碰撞過程中存在隨意姿態(tài)下的能量沖擊 傳遞，使得連環(huán)碰撞中心點的地標位置難以由事故現(xiàn)場勘驗確定，造成此類復(fù)雜事故的車 輛運動力學計算分析和事故過程模擬再現(xiàn)仿真的極其復(fù)雜性，成為道路交通事故計算機分 析再現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域的難點和前沿技術(shù)之一。
車輛連環(huán)碰撞事故的鑒定質(zhì)量不僅關(guān)系到能否科學地分析此類復(fù)雜事故成因、公 正地處理此類復(fù)雜交通事故、給事故責任人相應(yīng)處罰的問題，而且也關(guān)系到維護執(zhí)法權(quán)威 性和推進交通管理法制化的重大問題。因此，使用車輛連環(huán)碰撞事故分析計算與模擬再現(xiàn) 系統(tǒng)解決連環(huán)碰撞事故將有效地提高此類極其復(fù)雜事故鑒定與處理的技術(shù)含量，使其分析 鑒定結(jié)果容易受到交通管理部門、事故鑒定單位、事故當事人的高度認同。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)外在交通事故再現(xiàn)計算機仿真軟件的實用 研究方面起步比較晚，針對車輛連環(huán)碰撞道路交通事故計算與模擬再現(xiàn)的研究尚未開展。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于公安交通管理部門道路交通事故鑒定的連 環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠利用碰撞事故現(xiàn)場勘察得到的基本數(shù)據(jù)，計 算車輛連環(huán)碰撞事故中各事故車輛的行駛車速和碰撞車速，并實現(xiàn)連環(huán)碰撞事故的車輛二 維軌跡描述、三維過程再現(xiàn)、連環(huán)碰撞事故主要計算數(shù)據(jù)表輸出以及事故發(fā)生過程簡述文 本輸出。
為了達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于所述的計算機系統(tǒng)至少包括車輛連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)，用于根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本 數(shù)據(jù)，實現(xiàn)事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)路錄入、參數(shù)校對、數(shù)據(jù)裝載、軌跡特征點預(yù)處理及顯示與存 儲；車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢測子系統(tǒng)，用于根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)，確 定事故車輛碰撞瞬間接觸中心點在地面坐標系中的位置；連環(huán)碰撞車輛運動量計算子系統(tǒng)，用于根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)和連環(huán)碰撞中 心點地標位置，計算得到連環(huán)碰撞作用后瞬間車輛的6自由度線速度與角速度值；車輛初次碰撞車速計算子系統(tǒng)，用以根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)、碰撞中心點地 標位置和碰撞作用前瞬間車輛6自由度運動參量，計算得到事故車輛在碰撞發(fā)生前正常行 駛時的行車速度；連環(huán)碰撞接觸位置再現(xiàn)定位子系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本參數(shù)、碰撞中心點地 標位置、碰撞作用前瞬間車輛6自由度運動參量及車輛行駛車速，預(yù)瞄鎖定動畫再現(xiàn)過程 中連環(huán)碰撞中心點在地面坐標系中的位置，設(shè)定及適時調(diào)節(jié)連環(huán)碰撞接觸前首碰撞車輛的 三維再現(xiàn)運動起始時刻和速率，確保在再現(xiàn)運動場景中連環(huán)碰撞關(guān)聯(lián)車輛能夠以符合碰撞 印跡的姿態(tài)在預(yù)定碰撞中心點處交集；連環(huán)碰撞軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)，用以實現(xiàn)車輛連環(huán)碰撞二維重構(gòu)效果； 連環(huán)碰撞過程三維再現(xiàn)子系統(tǒng)，用以實現(xiàn)由始及終順序計算車輛在事故過程各個環(huán)節(jié) 和各個時段的瞬時姿；連環(huán)碰撞事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)，用以輸出車輛連環(huán)碰撞事故特征計算數(shù) 據(jù)表和事故發(fā)生過程簡述文本，并實現(xiàn)事故案例數(shù)據(jù)存儲；車輛連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)、車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢 測子系統(tǒng)、連環(huán)碰撞車輛運動量計算子系統(tǒng)、車輛初次碰撞車速計算子系統(tǒng)及連環(huán)碰撞接 觸位置再現(xiàn)定位子系統(tǒng)依次相連，連環(huán)碰撞接觸位置再現(xiàn)定位子系統(tǒng)分別與連環(huán)碰撞軌跡 二維重構(gòu)子系統(tǒng)和連環(huán)碰撞過程三維再現(xiàn)子系統(tǒng)相連，同時連環(huán)碰撞軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng) 和連環(huán)碰撞過程三維再現(xiàn)子系統(tǒng)再與連環(huán)碰撞事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)和車輛 連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)相連。
本發(fā)明的其他技術(shù)特點為所述的車輛連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲子 系統(tǒng)包括事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與預(yù)處理功能模塊和元數(shù)據(jù)管理功能模塊。
所述的車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢測子系統(tǒng)包括軌跡預(yù)瞄迭代計算模塊和 痕跡檢驗重構(gòu)模塊；所述的軌跡預(yù)瞄迭代計算模塊根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算 得到碰撞后各事故車輛自由運動過程中各瞬時姿態(tài)和各碰撞中心點的映射軌跡；所述的痕 跡檢驗重構(gòu)模塊，根據(jù)車輛在碰撞運動過程中各瞬時運動姿態(tài)和各碰撞中心點的最優(yōu)映射 軌跡，計算檢測并最終確定出各碰撞中心地標真值及該瞬間車輛姿態(tài)真值。
所述的連環(huán)碰撞車輛運動量計算子系統(tǒng)包括碰撞作用后車輛大側(cè)偏運動力學描 述模塊、軌跡擬合計算模塊和車輛連環(huán)碰撞接觸瞬間計算模塊。
所述的車輛初碰撞接觸瞬間及行駛車速計算子系統(tǒng)包括接續(xù)軌跡點擬合計算模 塊、最初兩車碰撞接觸過程動力學計算模塊及車輛連環(huán)碰撞事故逆向梯次組合計算模塊； 所述的接續(xù)軌跡點擬合計算模塊，用于求得最初兩車碰撞作用后瞬間事故車輛的6自由度7線速度和角速度；所述的最初兩車碰撞接觸過程動力學計算模塊，用于計算最初兩車碰撞 作用前瞬間關(guān)聯(lián)事故車輛的6自由度線速度和角速度；所述的車輛連環(huán)碰撞事故逆向梯次 組合計算模塊用于計算車輛在事故發(fā)生前的正常行駛車速值。
所述的連環(huán)碰撞接觸位置再現(xiàn)定位子系統(tǒng)包括連環(huán)碰撞中心地標位置鎖定計算 模塊和首碰撞車輛運動再現(xiàn)時刻與速率設(shè)定模塊；所述的連環(huán)碰撞中心地標位置鎖定計算 模塊用于精確定位連環(huán)碰撞事故軌跡二維重構(gòu)及三維再現(xiàn)過程中的碰撞中心點位置；所述 的首碰撞車輛運動再現(xiàn)時刻與速率設(shè)定模塊，用于設(shè)定連環(huán)碰撞事故軌跡二維重構(gòu)及三維 再現(xiàn)過程中車輛運動速率及汽車行駛方向。
所述的車輛連環(huán)碰撞軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)包括基于⑶C圖形規(guī)則的連環(huán)碰撞事 故諸元二維圖形庫模塊和軌跡定位與圖形驅(qū)動模塊；所述的基于⑶C圖形規(guī)則的連環(huán)碰撞 事故諸元二維圖形庫模塊，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，調(diào)用二維圖形庫中 車輛、道路結(jié)構(gòu)等CDC圖形規(guī)則的事故儲元；所述的軌跡定位與圖形驅(qū)動模塊，利用二維圖 形對連環(huán)碰撞事故軌跡狀態(tài)進行二維重構(gòu)。
所述的連環(huán)碰撞過程三維再現(xiàn)子系統(tǒng)包括基于OpenGL圖形技術(shù)的事故諸元底層 三維透視圖形建模模塊和動畫驅(qū)動及印跡顯示模塊；所述的基于OpenGL圖形技術(shù)的車輛 連環(huán)碰撞事故諸元底層3維透視圖形建模模塊，采用OpenGL三維圖形開發(fā)技術(shù)來實現(xiàn)事故 車輛、道路結(jié)構(gòu)三維透視圖形的底層建模；所述的動畫驅(qū)動及印跡顯示模塊，用于取得動畫 連續(xù)表現(xiàn)車輛連環(huán)碰撞事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效果。
所述的連環(huán)碰撞事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)包括連環(huán)碰撞事故特征計算 數(shù)據(jù)表輸出模塊、事故發(fā)生過程簡述輸出模塊和事故案例數(shù)據(jù)存儲模塊；所述的連環(huán)碰撞 事故特征計算數(shù)據(jù)表輸出模塊采用事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入模塊的基本錄入數(shù)據(jù)；所述的事 故發(fā)生過程簡述輸出模塊輸出連環(huán)碰撞事故發(fā)生的時間、天氣、場地、事故車輛行駛狀態(tài)、 計算行駛車速以及事故過程的文字描述和二維軌跡描述；所述的事故案例數(shù)據(jù)存儲模塊采 用Access數(shù)據(jù)庫，利用VC++6. 0開發(fā)平臺建立了連環(huán)碰撞事故案例數(shù)據(jù)倉庫存儲模擬計 算生成的連環(huán)碰撞事故案例數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的研究成果將改變傳統(tǒng)的低效、落后的道路交通事故分析處理方式和手 段、具有高效、形象化、真實感和透明度高等特性，將有效提高交通事故鑒定與處理的技術(shù) 含量，使其分析鑒定結(jié)果容易受到交通管理部門、事故鑒定單位、事故當事人的高度認同， 起到分清責任、避免激化矛盾、減少社會不穩(wěn)定因素、增進社會生活的和諧運行等重要作 用，促進我國道路交通事故的鑒定更具科學性、準確性和權(quán)威性。本發(fā)明可被道路交通事故 鑒定處理部門、科研院所、汽車企業(yè)、保險公司以及國外同行所采用，具有明顯的行業(yè)共性 和社會公益性。
通常情況下，實際道路碰撞事故現(xiàn)場調(diào)查而得的碰撞車速數(shù)據(jù)都不準確，不宜用 來驗證解析計算模型的正確性。本發(fā)明開創(chuàng)性地提出了解析計算與模擬再現(xiàn)車輛連環(huán)碰 撞道路交通事故的整體方案，構(gòu)建了車輛連環(huán)碰撞交通事故分析計算與模擬再現(xiàn)系統(tǒng)。本 發(fā)明在一組可精確控制條件下的實車碰撞實驗數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果對模擬再現(xiàn)系統(tǒng)進行了比 對驗證。在給定的相應(yīng)計算條件下，主計算模型的解析計算碰撞車速的平均相對誤差值為 5. 21%，最大相對誤差為11.5%。碰撞后車輛運動軌跡及停止位置的模擬再現(xiàn)結(jié)果與試驗結(jié) 果基本吻合。8


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)流程框圖。
圖2為本發(fā)明的車輛連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)邏輯流程圖； 圖3為本發(fā)明的車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢測子系統(tǒng)邏輯流程圖；圖4為連環(huán)碰撞車輛運動量計算子系統(tǒng)邏輯流程圖；圖5為本發(fā)明的車輛初碰撞接觸瞬間及行駛車速計算子系統(tǒng)邏輯流程圖；圖6為本發(fā)明的連環(huán)碰撞接觸位置再現(xiàn)定位子系統(tǒng)邏輯流程圖；圖7為本發(fā)明的連環(huán)碰撞軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)邏輯流程圖；圖8為本發(fā)明的連環(huán)碰撞過程三維再現(xiàn)子系統(tǒng)邏輯流程圖；圖9為本發(fā)明的連環(huán)碰撞事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)邏輯流程圖；圖10為本發(fā)明的車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢測子系統(tǒng)邏輯流程框圖。
圖11為本發(fā)明的連環(huán)碰撞接觸位置再現(xiàn)定位子系統(tǒng)邏輯流程框圖。
圖12為本發(fā)明的實施例事故基本信息數(shù)據(jù)輸入對話窗口 ； 圖13為實施例事故車輛的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置對話窗口 ；圖14為實施例事故現(xiàn)場道路結(jié)構(gòu)設(shè)置對話窗口 ；圖15為實施例事故車輛(甲車與乙車)在地面坐標系中車輛碰撞位置點和最后停止點， 以及車身上的碰撞中心位置數(shù)據(jù)輸入對話框；圖16為實施例事故車輛(乙車與丙車)在地面坐標系中車輛碰撞位置點和最后停止點， 以及車身上的碰撞中心位置數(shù)據(jù)輸入對話框；圖17為實施例事故車輛在碰撞前的運動痕跡點設(shè)置對話窗口 ； 圖18為實施例汽車車輪狀態(tài)設(shè)置對話窗口 ； 圖19為實施例事故三維過程再現(xiàn)； 圖20為實施例事故二維軌跡重構(gòu)； 圖21為實施例車速計算數(shù)據(jù)表； 圖22為實施例事故過程描述。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進行實施，給出了具體的操作過程和詳細的實施方案，但本發(fā)明的保護范圍不限于下 述的實施例。
如圖1所示，本發(fā)明包括八個子系統(tǒng)(1)車輛連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與 存儲子系統(tǒng)、(2)車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢測子系統(tǒng)、(3)連環(huán)碰撞車輛運動量計算 子系統(tǒng)、(4)車輛初碰撞接觸瞬間及行駛車速計算子系統(tǒng)、(5)連環(huán)碰撞接觸位置再現(xiàn)定位 子系統(tǒng)、(6)連環(huán)碰撞軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)、(7)連環(huán)碰撞過程三維再現(xiàn)子系統(tǒng)、(8)連環(huán)碰 撞事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)。利用本發(fā)明的人機交互界面，可以實現(xiàn)連環(huán)碰撞道 路交通事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)讀入與存儲、事故狀況分析計算、事故二維軌跡描繪、三維過程再 現(xiàn)、事故案例存檔、事故主要計算數(shù)據(jù)表輸出以及事故發(fā)生過程簡述輸出等功能。
本系統(tǒng)各個主要功能模塊的實現(xiàn)設(shè)計方案(1)參加圖2，車輛連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)處理的事故 現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)，實現(xiàn)事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)路錄入、參數(shù)校對、數(shù)據(jù)裝載、軌跡特征點預(yù)處理及 顯示與存儲功能。本子系統(tǒng)包括兩個功能模塊事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與預(yù)處理功能模塊 和元數(shù)據(jù)管理功能模塊。
a)事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與預(yù)處理功能模塊針對來自交警對連環(huán)碰撞交通事故 現(xiàn)場勘驗獲得的事故車輛主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、首碰撞位置、最終停車位置、車體上碰撞痕跡位置 與變形量、地面制動印跡等事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)，快速完成事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)的錄入、參數(shù)校 對、數(shù)據(jù)裝載及軌跡特征點預(yù)處理等，為后續(xù)的事故模擬計算、事故二維軌跡描述以及三維 過程再現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支持。
b)元數(shù)據(jù)管理功能模塊，用于存儲預(yù)處理后的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)。本模塊采用 Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用VC++6.0開發(fā)平臺建立了事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)存儲倉庫。事故現(xiàn)場 勘察數(shù)據(jù)存儲倉庫的作用是將通過對話窗口錄入并經(jīng)過歸一化和預(yù)處理后的事故現(xiàn)場數(shù) 據(jù)存入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
(2)參見圖3、圖11，車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢測子系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)處理的事 故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確定事故車輛碰撞瞬間接觸中心點在地面坐標系中的位置。本子系統(tǒng)包 括二個模塊軌跡預(yù)瞄迭代計算模塊和痕跡檢驗重構(gòu)模塊。本子系統(tǒng)的作用是通過一系列 迭代檢測計算，確定出車輛連環(huán)碰撞時其碰撞中心點的地標位置。子系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)計方案和 具體操作過程如下①讀入從碰撞現(xiàn)場勘測得到并經(jīng)過歸一化校核處置的碰撞位置和最終停止位置、車 體上碰撞痕跡位置與變形量、地面制動印跡等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；②應(yīng)用常規(guī)車輛空間動力學模型及本系統(tǒng)開發(fā)的最優(yōu)化擬合逼近算法，計算得到碰 撞后各事故車輛自由運動過程中各瞬時姿態(tài)和各碰撞中心點的映射軌跡；③以保持綜合變形能量不變?yōu)樵瓌t，對于連環(huán)碰撞的車身復(fù)雜大變形區(qū)域進行網(wǎng)格 區(qū)分和歸一化，進而將車身連環(huán)碰撞變形區(qū)域歸整為具有相同綜合變形能量的當量變形區(qū) 與變形中心點；④在求得車輛在碰撞運動過程中各瞬時運動姿態(tài)和各碰撞中心點的最優(yōu)映射軌跡基 礎(chǔ)上，以車身連環(huán)碰撞部位、車身碰撞變形區(qū)域為檢驗?zāi)繕?，重?gòu)連環(huán)碰撞車輛映射軌跡并 尋求連環(huán)碰撞車輛車身碰撞印跡交集點；⑤計算檢測并最終確定出各連環(huán)碰撞中心地標真值及該瞬間車輛姿態(tài)真值。
上述技術(shù)過程具體通過以下兩個模塊予以實現(xiàn)a)軌跡預(yù)瞄迭代計算模塊，根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算得到碰撞后各事故 車輛自由運動過程中各瞬時姿態(tài)和各碰撞中心點的映射軌跡。本模塊是以從碰撞現(xiàn)場勘測 得到并經(jīng)過前述歸一化校核處置的最初兩車碰撞位置和各車最終停止位置、車體上碰撞痕 跡位置與變形形狀及變形量、地面制動印跡等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為預(yù)描目標，應(yīng)用車輛11自由度運 動力學計算模型及最優(yōu)化擬合逼近算法，計算得到碰撞后各事故車輛自由運動過程中各瞬 時姿態(tài)和各碰撞中心點的映射軌跡。
車輛11自由度運動力學計算模型用于計算碰撞車輛車體在急速橫擺旋轉(zhuǎn)運動過 程中各瞬間的運動姿態(tài)。具體計算方法采用車輛車身六自由度(在空間坐標系中，在x、Y、 Z方向所受的力以及繞X軸旋轉(zhuǎn)的側(cè)傾運動，繞Y軸旋轉(zhuǎn)地俯仰運動以及繞Z軸旋轉(zhuǎn)地橫擺運動)、四個車輪所受的垂直載荷及前輪平均轉(zhuǎn)向角這11自由度的汽車動力學解析計算方 程，求解車輛各瞬間的運動姿態(tài)。(具體公式參見——魏朗等.車對車碰撞事故再現(xiàn)計算機 模擬系統(tǒng)的研究.中國公路學報.1996:9(4).)最優(yōu)化擬合逼近算法是根據(jù)碰撞作用后車輛動力學計算模型和車輪-地面力學模型， 從碰撞現(xiàn)場勘測得到的車身碰撞位置開始，用差分數(shù)字計算方法求得對應(yīng)的計算停止位 置，并按照計算步長記錄車身碰撞中心點在坐標系中的位置，求得碰撞中心點的映射軌跡。 在計算運動量為0時，利用車輛運動狀態(tài)的迭代-收斂判斷模型對計算停止位置值和碰撞 現(xiàn)場實際勘測得到的停止位置進行比較，檢驗其逼近程度是否達到預(yù)先設(shè)定的允許誤差要 求。如果誤差還大，則應(yīng)用優(yōu)化方法中的黃金分割原理迭代一組新的碰撞后瞬間運動量值 后重復(fù)上述計算，直至在設(shè)定的允許誤差范圍內(nèi)計算停止位置值收斂于實測停止位置值為 止。當車輛停止位置在允許誤差范圍內(nèi)時，根據(jù)所記錄的車身碰撞中心點坐標位置可以得 到碰撞中心點的映射軌跡。
迭代一收斂判斷模型
權(quán)利要求
1.一種車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于所述的計算機系 統(tǒng)至少包括車輛連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)，用于根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本 數(shù)據(jù)，實現(xiàn)事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)路錄入、參數(shù)校對、數(shù)據(jù)裝載、軌跡特征點預(yù)處理及顯示與存 儲；車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢測子系統(tǒng)，用于根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)，確 定事故車輛碰撞瞬間接觸中心點在地面坐標系中的位置；連環(huán)碰撞車輛運動量計算子系統(tǒng)，用于根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)和連環(huán)碰撞中 心點地標位置，計算得到連環(huán)碰撞作用后瞬間車輛的6自由度線速度與角速度值；車輛初次碰撞車速計算子系統(tǒng)，用以根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)、碰撞中心點地 標位置和碰撞作用前瞬間車輛6自由度運動參量，計算得到事故車輛在碰撞發(fā)生前正常行 駛時的行車速度；連環(huán)碰撞接觸位置再現(xiàn)定位子系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本參數(shù)、碰撞中心點地 標位置、碰撞作用前瞬間車輛6自由度運動參量及車輛行駛車速，預(yù)瞄鎖定動畫再現(xiàn)過程 中連環(huán)碰撞中心點在地面坐標系中的位置，設(shè)定及適時調(diào)節(jié)連環(huán)碰撞接觸前首碰撞車輛的 三維再現(xiàn)運動起始時刻和速率，確保在再現(xiàn)運動場景中連環(huán)碰撞關(guān)聯(lián)車輛能夠以符合碰撞 印跡的姿態(tài)在預(yù)定碰撞中心點處交集；連環(huán)碰撞軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)，用以實現(xiàn)車輛連環(huán)碰撞二維重構(gòu)效果； 連環(huán)碰撞過程三維再現(xiàn)子系統(tǒng)，用以實現(xiàn)由始及終順序計算車輛在事故過程各個環(huán)節(jié) 和各個時段的瞬時姿態(tài)；連環(huán)碰撞事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)，用以輸出車輛連環(huán)碰撞事故特征計算數(shù) 據(jù)表和事故發(fā)生過程簡述文本，并實現(xiàn)事故案例數(shù)據(jù)存儲；車輛連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)、車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢 測子系統(tǒng)、連環(huán)碰撞車輛運動量計算子系統(tǒng)、車輛初次碰撞車速計算子系統(tǒng)及連環(huán)碰撞接 觸位置再現(xiàn)定位子系統(tǒng)依次相連，連環(huán)碰撞接觸位置再現(xiàn)定位子系統(tǒng)分別與連環(huán)碰撞軌跡 二維重構(gòu)子系統(tǒng)和連環(huán)碰撞過程三維再現(xiàn)子系統(tǒng)相連，同時連環(huán)碰撞軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng) 和連環(huán)碰撞過程三維再現(xiàn)子系統(tǒng)再與連環(huán)碰撞事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)和車輛 連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于 所述的車輛連環(huán)碰撞事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)包括事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與 預(yù)處理功能模塊和元數(shù)據(jù)管理功能模塊，其中事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與預(yù)處理功能模塊針 對來自連環(huán)碰撞交通事故現(xiàn)場勘驗獲得的事故車輛主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、首碰撞位置、最終停車 位置、車體上碰撞痕跡位置與變形量、地面制動印跡的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)，快速完成事故現(xiàn) 場基本數(shù)據(jù)的錄入、參數(shù)校對、數(shù)據(jù)裝載及軌跡特征點預(yù)處理操作；元數(shù)據(jù)管理功能模塊采 用Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用VC++6. 0開發(fā)平臺建立的事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)存儲倉庫，存儲預(yù) 處理后的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)信息。
3.如權(quán)利要求1所述的車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于 所述的車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢測子系統(tǒng)包括軌跡預(yù)瞄迭代計算模塊和痕跡檢驗 重構(gòu)模塊；所述的軌跡預(yù)瞄迭代計算模塊根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算得到碰撞后各事故車輛自由運動過程中各瞬時姿態(tài)和各碰撞中心點的映射軌跡，該模塊以從碰撞現(xiàn) 場勘測得到并經(jīng)過歸一化校核處置的最初兩車碰撞位置和各車最終停止位置、車體上碰撞 痕跡位置與變形形狀及變形量、地面制動印跡等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為預(yù)描目標，應(yīng)用車輛11自由度 運動力學計算模型及最優(yōu)化擬合逼近算法，計算得到碰撞后各事故車輛自由運動過程中各 瞬時姿態(tài)和各碰撞中心點的映射軌跡；所述的痕跡檢驗重構(gòu)模塊，根據(jù)車輛在碰撞運動過 程中各瞬時運動姿態(tài)和各碰撞中心點的最優(yōu)映射軌跡，計算檢測并最終確定出各碰撞中心 地標真值及該瞬間車輛姿態(tài)真值，該模塊是在求得車輛在碰撞運動過程中各瞬時運動姿態(tài) 和各碰撞中心點的最優(yōu)映射軌跡基礎(chǔ)上，以車身連環(huán)碰撞部位、車身碰撞變形區(qū)域為檢驗 目標，采用區(qū)域變形網(wǎng)格劃分計算模型，重構(gòu)連環(huán)碰撞車輛映射軌跡并尋求連環(huán)碰撞車輛 車身碰撞印跡交集點，計算檢測并最終確定出各碰撞中心地標真值及該瞬間車輛姿態(tài)真 值。
4.如權(quán)利要求1所述的車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于 所述的連環(huán)碰撞車輛運動量計算子系統(tǒng)包括碰撞作用后車輛大側(cè)偏運動力學描述模塊、軌 跡擬合計算模塊和車輛連環(huán)碰撞接觸瞬間計算模塊；所述的碰撞作用后車輛大側(cè)偏運動力 學描述模塊采用三維四輪車輛動力學模型，根據(jù)碰撞車輛由碰撞后失控狀態(tài)到最終停止狀 態(tài)順序，計算相關(guān)車輛在連環(huán)碰撞后的失控運動中各瞬間的運動姿態(tài)、位置及力學狀態(tài)；所 述的軌跡擬合計算模塊根據(jù)各連環(huán)碰撞中心位置和車輛最終停止位置求得連環(huán)碰撞作用 后瞬間關(guān)聯(lián)車輛的質(zhì)心速度和橫擺角速度等運動量；所述的車輛連環(huán)碰撞接觸瞬間計算模 塊根據(jù)碰撞后的側(cè)偏運動程度采用動量和動量矩守恒原理及碰撞動坐標映射變換算法的 碰撞接觸瞬間計算模式，或采用基于有限元網(wǎng)格原理及局域當量變形特性的塑性力學描述 模型的碰撞作用計算模式求得連環(huán)碰撞作用前瞬間關(guān)聯(lián)事故車輛的6自由度速度和角速 度。
5.如權(quán)利要求1所述的車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于 所述的車輛初碰撞接觸瞬間及行駛車速計算子系統(tǒng)包括接續(xù)軌跡點擬合計算模塊、最初兩 車碰撞接觸過程動力學計算模塊及車輛連環(huán)碰撞事故逆向梯次組合計算模塊；所述的接續(xù) 軌跡點擬合計算模塊，根據(jù)預(yù)處理的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)、車輛連環(huán)碰撞中心點地面坐標位 置值及連環(huán)碰撞前瞬間的運動參量值，求得最初兩車碰撞作用后瞬間事故車輛的6自由度 線速度和角速度；所述的最初兩車碰撞接觸過程動力學計算模塊，根據(jù)最初兩車碰撞作用 后瞬間的6自由度運動參量，計算得到最初兩車碰撞作用前瞬間關(guān)聯(lián)事故車輛的6自由度 線速度和角速度；所述的車輛連環(huán)碰撞事故逆向梯次組合計算模塊用于計算車輛在事故發(fā) 生前的正常行駛車速值，具體地該模塊以計算得到的連環(huán)碰撞作用后瞬間車輛的6自由度 線速度與角速度值、連環(huán)碰撞作用前瞬間車輛的6自由度線速度與角速度值、最初兩車碰 撞作用后瞬間的6自由度運動參量、最初兩車碰撞作用前瞬間關(guān)聯(lián)事故車輛的6自由度線 速度和角速度以及車輛最終停止位置為計算目標，以根據(jù)事故現(xiàn)場地面痕跡狀況確定的車 輛碰撞前制動距離值或車輛失控側(cè)滑距離值、事故車輛與固定物發(fā)生碰撞前的失控狀態(tài)與 形式、兩車碰撞前的行駛路線為計算條件，使用三維四輪車輛動力學模型，采用黃金分割原 理自動變更迭代步長，進行逆向梯次組合計算，求得車輛在事故發(fā)生前的正常行駛車速值； 初次計算終止后，利用車輛運動狀態(tài)迭代-收斂判斷模型對兩車最終停止位置和兩車碰撞 作用瞬間運動參量，和碰撞現(xiàn)場實際勘測得到的兩車停止位置、計算得到的兩車碰撞作用瞬間運動參量進行比較，檢驗其逼近程度是否達到允許誤差要求；如果誤差大于誤差要求， 則應(yīng)用優(yōu)化方法中的黃金分割原理迭代一組新的兩車正常行駛車速值，重復(fù)上述計算，直 至在設(shè)定的允許誤差范圍內(nèi)計算終止值收斂于實測停止位置值和計算得到的車輛碰撞作 用瞬間運動參量為止。
6.如權(quán)利要求1所述的車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于 所述的連環(huán)碰撞接觸位置再現(xiàn)定位子系統(tǒng)包括連環(huán)碰撞中心地標位置鎖定計算模塊和首 碰撞車輛運動再現(xiàn)時刻與速率設(shè)定模塊；所述的連環(huán)碰撞中心地標位置鎖定計算模塊根據(jù) 車輛連環(huán)碰撞中心點地標位置檢測子系統(tǒng)計算得到的事故車輛碰撞瞬間接觸中心點在地 面坐標位置，精確定位連環(huán)碰撞事故軌跡二維重構(gòu)及三維再現(xiàn)過程中的碰撞中心點位置； 所述的首碰撞車輛運動再現(xiàn)時刻與速率設(shè)定模塊，根據(jù)車輛初碰撞接觸瞬間及行駛車速計 算子系統(tǒng)計算得到的事故車輛在碰撞發(fā)生前正常行駛時的行車速度，以及汽車行駛軌跡， 設(shè)定連環(huán)碰撞事故軌跡二維重構(gòu)及三維再現(xiàn)過程中車輛運動速率及汽車行駛方向。
7.如權(quán)利要求1所述的車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于 所述的車輛連環(huán)碰撞軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)包括基于CDC圖形規(guī)則的連環(huán)碰撞事故諸元二 維圖形庫模塊和軌跡定位與圖形驅(qū)動模塊；所述的基于⑶C圖形規(guī)則的連環(huán)碰撞事故諸元 二維圖形庫模塊，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，調(diào)用二維圖形庫中車輛、道路 結(jié)構(gòu)等CDC圖形規(guī)則的事故儲元；所述的軌跡定位與圖形驅(qū)動模塊，利用二維圖形對連環(huán) 碰撞事故軌跡狀態(tài)進行二維重構(gòu)，該模塊自動讀入來自事故現(xiàn)場的初始行駛路線及碰撞位 置等事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)，計算得到的碰撞中心點地標位置、碰撞作用前瞬間車輛6自由度 運動參量及車輛行駛車速，應(yīng)用車輛動力學模型，由始及終順序計算車輛在各個環(huán)節(jié)和各 個時段的瞬時姿態(tài)與瞬時運動量，在取足夠小的計算步長的前提下在計算機屏幕上適時顯 示事故車輛在給定時間計算步長上的各瞬時形態(tài)和特征點從而取得動畫連續(xù)表現(xiàn)車輛連 環(huán)碰撞事故軌跡狀態(tài)的二維重構(gòu)效果。
8.如權(quán)利要求1所述的車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于 所述的連環(huán)碰撞過程三維再現(xiàn)子系統(tǒng)包括基于OpenGL圖形技術(shù)的事故諸元底層三維透 視圖形建模模塊和動畫驅(qū)動及印跡顯示模塊；所述的基于OpenGL圖形技術(shù)的車輛連環(huán)碰 撞事故諸元底層3維透視圖形建模模塊，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用 OpenGL三維圖形開發(fā)技術(shù)來實現(xiàn)事故車輛、道路結(jié)構(gòu)三維透視圖形的底層建模；所述的動 畫驅(qū)動及印跡顯示模塊，自動讀入來自事故現(xiàn)場的初始行駛路線及碰撞位置等事故現(xiàn)場勘 察數(shù)據(jù)，計算得到的碰撞中心點地標位置、碰撞作用前瞬間車輛6自由度運動參量及車輛 行駛車速，在三維透視圖形的底層建模的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)利用碰撞作用后車輛大側(cè)偏運動力 學描述模塊等由始及終順序計算車輛在事故過程各個環(huán)節(jié)和各個時段的瞬時姿態(tài)與瞬時 運動量，并同時在屏幕上現(xiàn)場場景空間坐標系中實時顯示車輛在給定時間步長上的各瞬時 形態(tài)和車輪地面印跡，取得動畫連續(xù)表現(xiàn)車輛連環(huán)碰撞事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效果。
9.如權(quán)利要求1所述的車輛連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于 所述的連環(huán)碰撞事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)包括連環(huán)碰撞事故特征計算數(shù)據(jù)表輸 出模塊、事故發(fā)生過程簡述輸出模塊和事故案例數(shù)據(jù)存儲模塊；所述的連環(huán)碰撞事故特征 計算數(shù)據(jù)表輸出模塊采用事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入模塊的基本錄入數(shù)據(jù)，經(jīng)過前述的歸一化預(yù)處理和模擬計算后，輸出事故發(fā)生的時間、地點、天氣、道路結(jié)構(gòu)、路面狀況、首碰撞點、車 身碰撞印跡、碰撞前軌跡點、方位角、車身上碰撞位置、碰前制動距離、行駛車速、碰撞速度 等能概括標線連環(huán)碰撞事故特征的主要數(shù)據(jù)；所述的事故發(fā)生過程簡述輸出模塊將根據(jù)前 述的數(shù)據(jù)采集及模擬計算與再現(xiàn)結(jié)果，輸出連環(huán)碰撞事故發(fā)生的時間、天氣、場地、事故車 輛行駛狀態(tài)、計算行駛車速以及事故過程的文字描述和二維軌跡描述；所述的事故案例數(shù) 據(jù)存儲模塊采用Access數(shù)據(jù)庫，利用VC++6. 0開發(fā)平臺建立了連環(huán)碰撞事故案例數(shù)據(jù)倉 庫存儲模擬計算生成的連環(huán)碰撞事故案例數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明的提供一種用于公安交通管理部門道路交通事故鑒定的連環(huán)碰撞事故分析與模擬再現(xiàn)系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠利用碰撞事故現(xiàn)場勘察得到的基本數(shù)據(jù)，計算車輛連環(huán)碰撞事故中各事故車輛的行駛車速和碰撞車速，并實現(xiàn)連環(huán)碰撞事故的車輛二維軌跡描述、三維過程再現(xiàn)、連環(huán)碰撞事故主要計算數(shù)據(jù)表輸出以及事故發(fā)生過程簡述文本輸出。本發(fā)明將有效提高交通事故鑒定與處理的技術(shù)含量，使其分析鑒定結(jié)果容易受到交通管理部門、事故鑒定單位、事故當事人的高度認同，促進我國道路交通事故的鑒定科學性、準確性和權(quán)威性發(fā)展。
文檔編號G06T19/00GK102044090SQ201010614878
公開日2011年5月4日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者余強, 袁望方, 趙晨, 陳濤, 魏朗 申請人:長安大學