專利名稱：一種汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機仿真應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種汽車碰撞行人事故形態(tài)的計 算機分析計算與模擬再現(xiàn)仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車碰撞行人事故一直以來都是交通事故中的主要事故形態(tài)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料， 交通事故死傷人數(shù)中行人所占比例為25%以上。傳統(tǒng)的汽車碰撞行人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、從道路交通事故現(xiàn)場勘驗獲得事故車輛的最終停止 位置、道路結(jié)構(gòu)、車輛制動痕跡等事故現(xiàn)場數(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，尤其是在面對汽車碰撞行人這類復 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。
汽車碰撞行人計算與再現(xiàn)問題，典型的分析方法包括沖量/動量分析、多剛體分 析和有限元分析三種方法。沖量/動量分析方法是目前解決汽車碰撞行人事故計算與再現(xiàn) 問題的常見方法，其原理基于碰撞過程動量守恒，相對比較簡單，忽略汽車變形等因素，同 時對碰撞行人參數(shù)輸出較為粗略；多剛體分析方法的原理是基于多剛體動量和能量守恒理 論，以剛體穿透模擬變形，具有運算速度快的特點；有限元分析方法是近年來興起的一種重 要的交通事故計算與再現(xiàn)的方法，但由于精細有限元模型建立時間長，運算規(guī)模大，對于頻 發(fā)性道路交通事故，計算效率不高。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，目前，雖然國內(nèi)外開發(fā) 的交通事故再現(xiàn)軟件很多，其中不乏一些優(yōu)秀的事故仿真軟件，但是還沒有一套真正的適 合我國實際交通安全現(xiàn)狀且普遍實用的汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系 統(tǒng)。本發(fā)明提出了汽車碰撞行人事故解析計算與模擬再現(xiàn)的整體方案，構(gòu)建了汽車碰撞行 人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，本系統(tǒng)為典型模塊式結(jié)構(gòu)，層次分明，操作簡單， 不要求使用人員具備較高的專業(yè)技術(shù)水平。使用本發(fā)明解決汽車碰撞行人事故將有效地提 高此類極其復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。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汽 車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠利用事故現(xiàn)場勘察得到的基 本數(shù)據(jù)，計算得到汽車碰撞行人事故中事故車輛的行駛車速和碰撞車速，并實現(xiàn)事故車輛 的二維軌跡描述、三維過程再現(xiàn)、汽車碰撞行人事故主要計算數(shù)據(jù)表輸出以及事故發(fā)生過 程簡述文本輸出。
為了實現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)5一種汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，該計算機系統(tǒng)至少包括汽 車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)，用于實現(xiàn)汽車碰行人后再碰固定物事故 現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入、特征點自動校核、現(xiàn)場錄入?yún)?shù)歸一化與存儲功能；汽車碰撞行人后瞬間運動量計算子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化處理后的汽車碰撞行人中心 位置、車輛最終停止位置與姿態(tài)，以及被撞行人運動狀態(tài)、倒地位置和最終停止位置等事故 現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)，逆向求得汽車與行人碰撞作用后瞬間汽車的6自由度線速度與角速度值；汽車碰撞行人事故車輛行駛車速模擬計算子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化處理的車輛碰撞前 制動距離值或痕跡值、車輛行駛方向等事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)、汽車與行人碰撞作用后瞬間車 輛6自由度速度和角速度，計算得到事故車輛在危險狀態(tài)發(fā)生前的正常行車車速；汽車碰撞行人事故軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)，根據(jù)歸一化處理的事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)、汽車 與行人碰撞作用前瞬間汽車的6自由度線速度和角速度及正常行車車速，實現(xiàn)汽車碰撞行 人事故軌跡狀態(tài)的二維重構(gòu)；汽車碰撞行人事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場勘察 數(shù)據(jù)、汽車與行人碰撞作用前瞬間事故車輛的6自由度線速度和角速度及車輛正常行車速 度，實現(xiàn)汽車碰撞行人事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)；汽車碰撞行人事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場勘 察數(shù)據(jù)、汽車與行人碰撞作用前瞬間事故車輛的6自由度線速度和角速度、汽車行車速度 及事故軌跡二維重構(gòu)，輸出汽車碰撞行人事故特征計算數(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；所述的汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)、汽車碰撞行人后瞬間運動 量計算子系統(tǒng)、汽車碰撞行人事故車輛行駛車速模擬計算子系統(tǒng)依次相連，同時汽車碰撞 行人事故車輛行駛車速模擬計算子系統(tǒng)分別與汽車碰撞行人事故軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)和 汽車碰撞行人事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)相連，汽車碰撞行人事故軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)和汽 車碰撞行人事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)同時與汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄入與存儲 子系統(tǒng)和汽車碰撞行人事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)相連。
本發(fā)明的其他技術(shù)特點為所述的包括汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一化模塊和汽車碰撞行人事故 數(shù)據(jù)存儲模塊；所述的汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一化模塊，依據(jù)交警對車 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)、性能參數(shù)及裝載條件，事故現(xiàn)場道 路路段結(jié)構(gòu)形式與平縱曲線參數(shù)，行人行走方向及碰后運動狀態(tài)、人體質(zhì)量、汽車與行人碰 撞時的碰撞中心位置、車輛最終停車位置、車體上碰撞痕跡位置等事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)，完成 汽車碰撞行人事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入以及碰撞位置數(shù)據(jù)校核、公共參數(shù)裝載與軌跡特征點 預(yù)處理，為后續(xù)的事故模擬計算、事故二維軌跡重構(gòu)及三維過程再現(xiàn)提供歸一化數(shù)據(jù)支持； 所述的汽車碰撞行人事故數(shù)據(jù)存儲功能模塊，采用Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用VC++6. 0開發(fā) 平臺建立了事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)倉庫，用于存儲歸一化處理的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)。
所述的汽車碰撞行人后瞬間運動量計算子系統(tǒng)包括四個模塊精細化車輪-地面 力學模塊、汽車碰撞行人后運動力學計算模塊、行人碰撞后動力學計算模塊、汽車碰撞行人 后軌跡迭代擬合計算模塊；所述的精細化車輪-地面力學模塊采用具有大側(cè)偏角運動適應(yīng) 性的G. Gim輪胎理論力學模型計算地面對輪胎的作用力；所述的汽車碰撞行人后動力學計算模塊根據(jù)歸一化處理后的事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)、地面對車輪的作用力，采用5質(zhì)量15自由 度車輛動力學計算模塊，計算得到碰撞后自由汽車運動中各瞬間的6自由度線速度值與角 速度值；所述的行人碰撞后動力學計算模塊采用多剛體動力學計算方法，對人體在碰撞過 程中的動力學模擬計算，分析各個瞬時人體的受力狀況與運動姿態(tài)；所述的汽車碰撞行人 后軌跡迭代擬合計算模塊根據(jù)汽車與行人碰撞中心位置、車輛最終停止位置及姿態(tài)、行人 最終停止位置及姿態(tài)，計算汽車與行人碰撞作用后瞬間汽車的質(zhì)心速度和橫擺角速度等運 動量，該模塊根據(jù)汽車碰撞行人后動力學計算模塊中采用5質(zhì)量15自由度車輛動力學計算 模塊和精細化車輪-地面力學模塊，從事故現(xiàn)場勘測并經(jīng)本系統(tǒng)預(yù)處置校核而得的汽車與 行人碰撞中心位置開始，采用差分數(shù)字計算方法先求得行人計算停止位置和車輛最終停止 位置，再根據(jù)誤差要求逆向求解汽車與行人碰撞作用后瞬間汽車的6自由度線速度和角速 度，在計算運動量結(jié)束時，利用汽車運動狀態(tài)迭代-收斂判斷模型對汽車最終停止位置、行 人最終停止位置，和碰撞現(xiàn)場實際勘測得到的汽車和行人停止位置進行比較，檢驗其逼近 程度是否達到預(yù)先設(shè)定的允許誤差要求，當誤差大于允許誤差要求時，應(yīng)用優(yōu)化方法中的 黃金分割原理迭代一組新的汽車與行人碰撞后瞬間運動量值，重復上述計算，直至在設(shè)定 的允許誤差范圍內(nèi)計算終止位置值收斂于實測停止位置值為止；當計算終止位置值在允許 誤差范圍內(nèi)時，根據(jù)最新一組汽車與行人碰撞后瞬間運動量迭代值，得到汽車與行人碰撞 作用后瞬間汽車的6自由度線速度與角速度值。
所述的汽車碰撞行人事故車輛行駛車速模擬計算子系統(tǒng)包括汽車撞碰行人事故5 質(zhì)量15自由度車輛動力學計算模塊和汽車碰撞行人事故逆向梯次組合計算模塊；所述的 汽車碰撞行人事故5質(zhì)量15自由度車輛動力學計算模塊，用于計算事故車輛在各種受力和 各種運動狀況下的瞬時運動姿態(tài)與運動量值；所述的汽車碰撞行人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，該模塊根據(jù)計算得到的汽車與行人 碰撞作用后瞬間車輛的運動參量和運動姿態(tài)、汽車最終停止位置和姿態(tài)、行人最終停止位 置和姿態(tài)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或痕跡值 或車輛失控側(cè)滑距離或痕跡值、汽車碰撞行人前的行駛路線為計算條件，初次計算終止后， 利用車輛運動狀態(tài)迭代-收斂判斷模型對計算得到的汽車碰撞行人作用瞬間運動參量、汽 車最終停止位置和姿態(tài)、行人最終停止位置和姿態(tài)，和碰撞現(xiàn)場實際勘測得到的車輛和行 人停止位置、計算得到的汽車碰撞行人作用瞬間運動參量進行比較，檢驗其逼近程度是否 達到預(yù)先設(shè)定的允許誤差要求，當誤差大于允許要求時，應(yīng)用優(yōu)化方法中的黃金分割原理 自動變更迭代步長，迭代一組新的汽車正常行駛車速值，使用5質(zhì)量15自由度車輛動力學 計算模塊，重復上述計算，直至在設(shè)定的允許誤差范圍內(nèi)計算終止位置值收斂于實測停止 位置值和上述步驟計算得到的汽車碰撞行人瞬間運動參量為止；當計算終止位置值在允許 誤差范圍內(nèi)時，最新一組迭代獲得的汽車正常行駛車速值就是所要求的值。
所述的汽車碰撞行人事故軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)包括基于⑶C圖形規(guī)則的汽車碰 撞行人事故諸元二維圖形庫模塊和汽車碰撞行人事故軌跡定位與圖形驅(qū)動模塊；所述的基 于CDC圖形規(guī)則的汽車碰撞行人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) 場勘察數(shù)據(jù)，調(diào)用二維圖形庫中汽車、行人、道路結(jié)構(gòu)CDC圖形規(guī)則的事故儲元；所述的汽車碰撞行人事故軌跡定位與圖形驅(qū)動模塊利用二維圖形對汽車碰撞行人事 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)場的汽車、行人的最終停止位置、汽7車初始行駛路線、汽車與行人的碰撞中心位置、地面輪胎印跡等事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)，以及由 汽車碰撞行人事故逆向梯次組合計算模塊計算得到的汽車與行人碰撞作用前瞬間汽車的6 自由度線速度和角速度、汽車與行人的最終停止位置，應(yīng)用5質(zhì)量15自由度車輛動力學計 算模型，由始及終順序計算汽車和行人在各個環(huán)節(jié)和各個時段的瞬時姿態(tài)包括汽車和行人 質(zhì)心坐標值、方位角與瞬時運動量包括平面線速度和橫擺角速度，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汽車和行人在給定時間計算步長上的各瞬時形態(tài) 和特征點包括汽車與行人碰撞中心地標位置、汽車和行人的質(zhì)心位置，從而取得動畫連續(xù) 表現(xiàn)汽車碰撞行人事故軌跡狀態(tài)的二維重構(gòu)效果。
所述的汽車碰撞行人事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)包括基于OpenGL圖形技術(shù)的汽車 碰撞行人事故諸元底層3維透視圖形建模模塊和汽車碰撞行人事故動畫驅(qū)動及印跡顯示 模塊；所述的基于OpenGL圖形技術(shù)的汽車碰撞行人事故諸元底層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)場勘察數(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)、行人三維透視圖形的底層建模；所述的汽車碰撞行人事故動畫驅(qū)動及印跡 顯示模塊，利用3維透視圖形對汽車碰撞行人事故全景全過程的三維過程再現(xiàn)；該模塊自 動讀入來自事故現(xiàn)場的汽車和行人的最終停止位置、汽車初始行駛路線、汽車碰撞行人中 心位置、地面輪胎印跡等事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)，以及由汽車碰撞行人事故逆向梯次組合計算 模塊計算得到的汽車與行人的最終停止位置、汽車與行人碰撞作用瞬間運動參量，在三維 透視圖形的底層建模的基礎(chǔ)上，應(yīng)用5質(zhì)量15自由度車輛動力學計算模塊，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)包括車輛質(zhì)心坐標值及車身橫擺、俯 仰、側(cè)傾等3自由度角度值與瞬時運動量包括6自由度線速度與角速度值，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)即汽車行駛方向、行 人前進方向、車輪地面印跡、汽車與行人最終停止位置，取得動畫連續(xù)表現(xiàn)汽車碰撞行人事 故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效果。
所述的汽車碰撞行人事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)包括汽車碰撞行人事故 主要特征計算數(shù)據(jù)表輸出模塊、汽車碰撞行人事故發(fā)生過程簡述輸出模塊以及汽車碰撞行 人事故案例數(shù)據(jù)存儲模塊；所述的汽車碰撞行人事故主要特征計算數(shù)據(jù)表輸出模塊，根據(jù) 歸一化校核處置的事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)、汽車與行人碰撞作用前瞬間事故車輛的6自由度線 速度和角速度及汽車行車速度，輸出事故發(fā)生時的公有參數(shù)、與汽車相關(guān)的參數(shù)和與行人 相關(guān)的參數(shù)；所述的汽車碰撞行人事故發(fā)生過程簡述輸出模塊根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場勘 察數(shù)據(jù)及事故軌跡二維重構(gòu)結(jié)果，輸出事故發(fā)生的時間、天氣、道路狀況、事故發(fā)生地點、事 故車輛行駛狀態(tài)、計算行駛車速、行人行走方向、事故過程2維軌跡描述；所述的汽車碰撞行人事故案例數(shù)據(jù)存儲模塊，采用Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用VC++6. 0 開發(fā)平臺建立了事故案例數(shù)據(jù)倉庫，用于存儲模擬計算生成的事故案例數(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，使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。


圖1為汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)框圖； 圖2為汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖； 圖3為汽車碰撞行人后瞬間運動量計算子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖；圖4為汽車碰撞行人事故車輛行駛車速模擬計算子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖； 圖5為汽車碰撞行人事故軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖； 圖6為汽車碰撞行人事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖； 圖7為汽車碰撞行人事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖； 圖8為本發(fā)明實施例事故基本信息數(shù)據(jù)輸入對話窗口 ； 圖9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10為實施例事故現(xiàn)場道路結(jié)構(gòu)設(shè)置對話窗口 ；圖11為本發(fā)明實施例碰撞點、停車點及車上碰撞痕跡點位置數(shù)據(jù)輸入對話窗口 ； 圖12為本發(fā)明實施例碰撞前車輛運動及行人走行軌跡點設(shè)置對話窗口 ；； 圖13為實施例汽車車輪狀態(tài)設(shè)置對話窗口 ； 圖14為實施例事故車速計算結(jié)果； 圖15為本發(fā)明實施例事故三維過程再現(xiàn)； 圖16為本發(fā)明實施例事故二維軌跡重構(gòu)； 圖17為本發(fā)明實施例車速計算數(shù)據(jù)表； 圖18為本發(fā)明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，本系統(tǒng)包括六大模擬計算子系統(tǒng)(1)汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄 入與存儲子系統(tǒng)、(2)汽車碰撞行人后瞬間運動量計算子系統(tǒng)、(3)汽車碰撞行人事故車輛 行駛車速模擬計算子系統(tǒng)、(4)汽車碰撞行人事故軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)、(5)汽車碰撞行人 事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)、(6)汽車碰撞行人事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)。利用本 系統(tǒng)的人-機交互界面，輸入汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)并經(jīng)過系統(tǒng)自動校核和預(yù)處 理后，完成事故車輛運動力學狀態(tài)分析計算、事故二維軌跡重構(gòu)、三維過程再現(xiàn)、事故案例 存檔、汽車碰撞行人事故主要特征計算數(shù)據(jù)表輸出以及事故發(fā)生過程簡述輸出等功能。
(1)參見圖2，汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)，用于實現(xiàn)汽車 碰撞行人事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入、特征點自動校核、現(xiàn)場錄入?yún)?shù)歸一化與存儲功能?，F(xiàn)場 錄入?yún)?shù)歸一化主要是對現(xiàn)場輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)進行標準化處理，消除量綱和數(shù)量級的差異。 本子系統(tǒng)包括兩個功能模塊汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一化模塊和汽車碰 撞行人事故數(shù)據(jù)存儲模塊。
a)汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一化模塊，依據(jù)交警對車碰撞交通 事故現(xiàn)場勘驗獲得的事故車輛主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能參數(shù)及裝載條件，事故現(xiàn)場道路路段結(jié) 構(gòu)形式與平縱曲線參數(shù)，行人行走方向及碰后運動狀態(tài)、人體質(zhì)量、汽車與行人碰撞時的碰 撞中心位置、車輛最終停車位置、車體上碰撞痕跡位置等事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)，完成汽車碰撞 行人事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入以及碰撞位置數(shù)據(jù)校核、公共參數(shù)裝載與軌跡特征點預(yù)處理 等，為后續(xù)的事故模擬計算、事故二維軌跡重構(gòu)及三維過程再現(xiàn)提供歸一化數(shù)據(jù)支持。
b)汽車碰撞行人事故數(shù)據(jù)存儲功能模塊，用于存儲歸一化處理的事故現(xiàn)場基本數(shù) 據(jù)；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)倉庫。
(2)參見圖3，汽車碰撞行人后瞬間運動量計算子系統(tǒng)，根據(jù)歸一化處理后的汽車 碰撞行人中心位置、車輛最終停止位置與姿態(tài)，以及被撞行人運動狀態(tài)、倒地位置和最終停 止位置等事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)，逆向求得汽車與行人碰撞作用后瞬間汽車的6自由度線速度 與角速度值。本子系統(tǒng)包括四個模塊精細化車輪-地面力學模塊、汽車碰撞行人后運動力 學計算模塊、行人碰撞后動力學計算模塊、汽車碰撞行人后軌跡迭代擬合計算模塊。
a)精細化車輪-地面力學模塊，當事故車輛在碰撞沖擊慣性作用下，從碰撞作用 結(jié)束瞬間開始“自由運動”直至車輛最后停止，此期間碰撞車輛只受重力和車輪一地面作用 力的作用，空氣作用力可以忽略不計。輪胎一地面作用力計算與車輪側(cè)偏角、輪胎特性及垂 直載荷相關(guān)，本模塊采用具有大側(cè)偏角運動適應(yīng)性的G. Gim輪胎理論力學模型計算地面對 輪胎的作用力。(G. Gim輪胎理論力學模型具體公式參見魏朗.用于碰撞事故中車輛動力 學模擬的輪胎模型分析.西安公路交通大學學報，1999. 2 (1))b)汽車碰撞行人后動力學計算模塊，本模塊主要根據(jù)歸一化處理后的事故現(xiàn)場勘察 數(shù)據(jù)、地面對車輪的作用力，采用5質(zhì)量15自由度車輛動力學計算模塊，計算得到碰撞后汽 車(自由)運動中各瞬間的6自由度線速度值與角速度值。
5質(zhì)量15自由度車輛動力學計算模塊，用于計算事故車輛在各種受力和各種運動 狀況下的瞬時運動姿態(tài)與運動量值。具體包括車輛車身質(zhì)量(汽車簧載質(zhì)量)6自由度(在 空間坐標系中，分別沿X、Y、Z方向的3個的線速度以及繞X軸旋轉(zhuǎn)的側(cè)傾運動，繞Y軸旋轉(zhuǎn) 的俯仰運動以及繞Z軸旋轉(zhuǎn)的橫擺運動)、4個車輪獨立質(zhì)量(汽車簧載質(zhì)量)所具有的垂直 運動和滾動運動，以及前輪平均轉(zhuǎn)向(角)運動。
c)行人碰撞后動力學計算模塊，用于模擬計算人體在碰撞過程中的動力學狀態(tài)， 分析各個瞬時人體的受力狀況與運動姿態(tài)。本模塊采用多剛體動力學計算方法，多剛體多 力學計算方法設(shè)定多個剛體、無質(zhì)量的彈簧、阻尼以及各種動態(tài)鉸來描述人體系統(tǒng)的動態(tài) 響應(yīng)，對大位移系統(tǒng)做運動分析，能夠更好地處理非線性問題，建模方便而且計算速度也較 快。
①三維人體多剛體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本計算模塊將人體簡化為由13個剛體組成的多體系統(tǒng)，用頂點Bi (i=l,2…13)表示剛體，有向弧。(j=l，2…13)表示鉸。在系統(tǒng)的運動學和動力學分析中，用 關(guān)聯(lián)矩陣S描述系統(tǒng)內(nèi)各剛體與鉸的關(guān)聯(lián)情況，用通路矩陣T來描述系統(tǒng)內(nèi)各剛體與零剛 體之間的通路情況。關(guān)聯(lián)矩陣S中的Sij和通路矩陣T中的元素Tji分別被定義為；1 ￡}:鉸與5則體關(guān)聯(lián)且以J.為起點 Si=J-I O.鉸與5刖體關(guān)聯(lián)且為終點 ‘丨0 ‘ O.鉸與5則體無關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)矩陣S和聯(lián)通矩陣T分別為O
權(quán)利要求
1.一種汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特征在于該計算機系 統(tǒng)至少包括汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)，用于實現(xiàn)汽車碰行人后 再碰固定物事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入、特征點自動校核、現(xiàn)場錄入?yún)?shù)歸一化與存儲功能；汽車碰撞行人后瞬間運動量計算子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化處理后的汽車碰撞行人中心 位置、車輛最終停止位置與姿態(tài)，以及被撞行人運動狀態(tài)、倒地位置和最終停止位置等事故 現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)，逆向求得汽車與行人碰撞作用后瞬間汽車的6自由度線速度與角速度值；汽車碰撞行人事故車輛行駛車速模擬計算子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化處理的車輛碰撞前 制動距離值或痕跡值、車輛行駛方向等事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)、汽車與行人碰撞作用后瞬間車 輛6自由度速度和角速度，計算得到事故車輛在危險狀態(tài)發(fā)生前的正常行車車速；汽車碰撞行人事故軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)，根據(jù)歸一化處理的事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)、汽車 與行人碰撞作用前瞬間汽車的6自由度線速度和角速度及正常行車車速，實現(xiàn)汽車碰撞行 人事故軌跡狀態(tài)的二維重構(gòu)；汽車碰撞行人事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場勘察 數(shù)據(jù)、汽車與行人碰撞作用前瞬間事故車輛的6自由度線速度和角速度及車輛正常行車速 度，實現(xiàn)汽車碰撞行人事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)；汽車碰撞行人事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場勘 察數(shù)據(jù)、汽車與行人碰撞作用前瞬間事故車輛的6自由度線速度和角速度、汽車行車速度 及事故軌跡二維重構(gòu)，輸出汽車碰撞行人事故特征計算數(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；所述的汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄入與存儲子系統(tǒng)、汽車碰撞行人后瞬間運動 量計算子系統(tǒng)、汽車碰撞行人事故車輛行駛車速模擬計算子系統(tǒng)依次相連，同時汽車碰撞 行人事故車輛行駛車速模擬計算子系統(tǒng)分別與汽車碰撞行人事故軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)和 汽車碰撞行人事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)相連，汽車碰撞行人事故軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)和汽 車碰撞行人事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)同時與汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄入與存儲 子系統(tǒng)和汽車碰撞行人事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特 征在于所述的包括汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一化模塊和汽車碰撞行人事 故數(shù)據(jù)存儲模塊；所述的汽車碰撞行人事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一化模塊，依據(jù)交警對 車碰撞交通事故現(xiàn)場勘驗獲得的事故車輛主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能參數(shù)及裝載條件，事故現(xiàn)場 道路路段結(jié)構(gòu)形式與平縱曲線參數(shù)，行人行走方向及碰后運動狀態(tài)、人體質(zhì)量、汽車與行人 碰撞時的碰撞中心位置、車輛最終停車位置、車體上碰撞痕跡位置等事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)，完 成汽車碰撞行人事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入以及碰撞位置數(shù)據(jù)校核、公共參數(shù)裝載與軌跡特征 點預(yù)處理，為后續(xù)的事故模擬計算、事故二維軌跡重構(gòu)及三維過程再現(xiàn)提供歸一化數(shù)據(jù)支 持；所述的汽車碰撞行人事故數(shù)據(jù)存儲功能模塊，采用Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用VC++6. 0 開發(fā)平臺建立了事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)倉庫，用于存儲歸一化處理的事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特 征在于所述的汽車碰撞行人后瞬間運動量計算子系統(tǒng)包括四個模塊精細化車輪-地面 力學模塊、汽車碰撞行人后運動力學計算模塊、行人碰撞后動力學計算模塊、汽車碰撞行人 后軌跡迭代擬合計算模塊；所述的精細化車輪-地面力學模塊采用具有大側(cè)偏角運動適應(yīng)性的G. Gim輪胎理論力學模型計算地面對輪胎的作用力；所述的汽車碰撞行人后動力學計 算模塊根據(jù)歸一化處理后的事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)、地面對車輪的作用力，采用5質(zhì)量15自由 度車輛動力學計算模塊，計算得到碰撞后自由汽車運動中各瞬間的6自由度線速度值與角 速度值；所述的行人碰撞后動力學計算模塊采用多剛體動力學計算方法，對人體在碰撞過 程中的動力學進行模擬計算，分析各個瞬時人體的受力狀況與運動姿態(tài)；所述的汽車碰撞 行人后軌跡迭代擬合計算模塊根據(jù)汽車與行人碰撞中心位置、車輛最終停止位置及姿態(tài)、 行人最終停止位置及姿態(tài)，計算汽車與行人碰撞作用后瞬間汽車的質(zhì)心速度和橫擺角速度 等運動量，該模塊根據(jù)汽車碰撞行人后動力學計算模塊中采用5質(zhì)量15自由度車輛動力學 計算模塊和精細化車輪-地面力學模塊，從事故現(xiàn)場勘測并經(jīng)本系統(tǒng)預(yù)處置校核而得的汽 車與行人碰撞中心位置開始，采用差分數(shù)字計算方法先求得行人計算停止位置和車輛最終 停止位置，再根據(jù)誤差要求逆向求解汽車與行人碰撞作用后瞬間汽車的6自由度線速度和 角速度，在計算運動量結(jié)束時，利用汽車運動狀態(tài)迭代-收斂判斷模型對汽車最終停止位 置、行人最終停止位置，和碰撞現(xiàn)場實際勘測得到的汽車和行人停止位置進行比較，檢驗其 逼近程度是否達到預(yù)先設(shè)定的允許誤差要求，當誤差大于允許誤差要求時，應(yīng)用優(yōu)化方法 中的黃金分割原理迭代一組新的汽車與行人碰撞后瞬間運動量值，重復上述計算，直至在 設(shè)定的允許誤差范圍內(nèi)計算終止位置值收斂于實測停止位置值為止；當計算終止位置值在 允許誤差范圍內(nèi)時，根據(jù)最新一組汽車與行人碰撞后瞬間運動量迭代值，得到汽車與行人 碰撞作用后瞬間汽車的6自由度線速度與角速度值。
4.如權(quán)利要求1所述的一種汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特 征在于所述的汽車碰撞行人事故車輛行駛車速模擬計算子系統(tǒng)包括汽車撞碰行人事故5 質(zhì)量15自由度車輛動力學計算模塊和汽車碰撞行人事故逆向梯次組合計算模塊；所述的 汽車碰撞行人事故5質(zhì)量15自由度車輛動力學計算模塊，用于計算事故車輛在各種受力和 各種運動狀況下的瞬時運動姿態(tài)與運動量值；所述的汽車碰撞行人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，該模塊根據(jù)計算得到的汽車與行人 碰撞作用后瞬間車輛的運動參量和運動姿態(tài)、汽車最終停止位置和姿態(tài)、行人最終停止位 置和姿態(tài)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或痕跡值 或車輛失控側(cè)滑距離或痕跡值、汽車碰撞行人前的行駛路線為計算條件，初次計算終止后， 利用車輛運動狀態(tài)迭代-收斂判斷模型對計算得到的汽車碰撞行人作用瞬間運動參量、汽 車最終停止位置和姿態(tài)、行人最終停止位置和姿態(tài)，和碰撞現(xiàn)場實際勘測得到的車輛和行 人停止位置、計算得到的汽車碰撞行人作用瞬間運動參量進行比較，檢驗其逼近程度是否 達到預(yù)先設(shè)定的允許誤差要求，當誤差大于允許要求時，應(yīng)用優(yōu)化方法中的黃金分割原理 自動變更迭代步長，迭代一組新的汽車正常行駛車速值，使用5質(zhì)量15自由度車輛動力學 計算模塊，重復上述計算，直至在設(shè)定的允許誤差范圍內(nèi)計算終止位置值收斂于實測停止 位置值和上述步驟計算得到的汽車碰撞行人瞬間運動參量為止；當計算終止位置值在允許 誤差范圍內(nèi)時，最新一組迭代獲得的汽車正常行駛車速值就是所要求的值。
5.如權(quán)利要求1所述的一種汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特 征在于所述的汽車碰撞行人事故軌跡二維重構(gòu)子系統(tǒng)包括基于CDC圖形規(guī)則的汽車碰撞 行人事故諸元二維圖形庫模塊和汽車碰撞行人事故軌跡定位與圖形驅(qū)動模塊；所述的基于 CDC圖形規(guī)則的汽車碰撞行人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)場勘察數(shù)據(jù)，調(diào)用二維圖形庫中汽車、行人、道路結(jié)構(gòu)CDC圖形規(guī)則的事故儲元；所述的汽車碰撞行人事故軌跡定位與圖形驅(qū)動模塊利用二維圖形對汽車碰撞行人事 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)場的汽車、行人的最終停止位置、汽 車初始行駛路線、汽車與行人的碰撞中心位置、地面輪胎印跡等事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)，以及由 汽車碰撞行人事故逆向梯次組合計算模塊計算得到的汽車與行人碰撞作用前瞬間汽車的6 自由度線速度和角速度、汽車與行人的最終停止位置，應(yīng)用5質(zhì)量15自由度車輛動力學計 算模型，由始及終順序計算汽車和行人在各個環(huán)節(jié)和各個時段的瞬時姿態(tài)包括汽車和行人 質(zhì)心坐標值、方位角與瞬時運動量包括平面線速度和橫擺角速度，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汽車和行人在給定時間計算步長上的各瞬時形態(tài) 和特征點包括汽車與行人碰撞中心地標位置、汽車和行人的質(zhì)心位置，從而取得動畫連續(xù) 表現(xiàn)汽車碰撞行人事故軌跡狀態(tài)的二維重構(gòu)效果。
6.如權(quán)利要求1所述的一種汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其 特征在于所述的汽車碰撞行人事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)包括基于OpenGL圖形技術(shù)的汽 車碰撞行人事故諸元底層3維透視圖形建模模塊和汽車碰撞行人事故動畫驅(qū)動及印跡顯 示模塊；所述的基于OpenGL圖形技術(shù)的汽車碰撞行人事故諸元底層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)場勘察數(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)、行人三維透視圖形的底層建模；所述的汽車碰撞行人事故動畫驅(qū)動及印跡 顯示模塊，利用3維透視圖形對汽車碰撞行人事故全景全過程的三維過程再現(xiàn)；該模塊自 動讀入來自事故現(xiàn)場的汽車和行人的最終停止位置、汽車初始行駛路線、汽車碰撞行人中 心位置、地面輪胎印跡等事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)，以及由汽車碰撞行人事故逆向梯次組合計算 模塊計算得到的汽車與行人的最終停止位置、汽車與行人碰撞作用瞬間運動參量，在三維 透視圖形的底層建模的基礎(chǔ)上，應(yīng)用5質(zhì)量15自由度車輛動力學計算模塊，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)包括車輛質(zhì)心坐標值及車身橫擺、俯 仰、側(cè)傾等3自由度角度值與瞬時運動量包括6自由度線速度與角速度值，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)即汽車行駛方向、行 人前進方向、車輪地面印跡、汽車與行人最終停止位置，取得動畫連續(xù)表現(xiàn)汽車碰撞行人事 故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效果。
7.如權(quán)利要求1所述的一種汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，其特 征在于所述的汽車碰撞行人事故模擬計算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)包括汽車碰撞行人事故主 要特征計算數(shù)據(jù)表輸出模塊、汽車碰撞行人事故發(fā)生過程簡述輸出模塊以及汽車碰撞行人 事故案例數(shù)據(jù)存儲模塊；所述的汽車碰撞行人事故主要特征計算數(shù)據(jù)表輸出模塊，根據(jù)歸 一化校核處置的事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)、汽車與行人碰撞作用前瞬間事故車輛的6自由度線速 度和角速度及汽車行車速度，輸出事故發(fā)生時的公有參數(shù)、與汽車相關(guān)的參數(shù)和與行人相 關(guān)的參數(shù)；所述的汽車碰撞行人事故發(fā)生過程簡述輸出模塊根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場勘 察數(shù)據(jù)及事故軌跡二維重構(gòu)結(jié)果，輸出事故發(fā)生的時間、天氣、道路狀況、事故發(fā)生地點、事 故車輛行駛狀態(tài)、計算行駛車速、行人行走方向、事故過程2維軌跡描述；所述的汽車碰撞行人事故案例數(shù)據(jù)存儲模塊，采用Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用VC++6. 0 開發(fā)平臺建立了事故案例數(shù)據(jù)倉庫，用于存儲模擬計算生成的事故案例數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于公安交通管理部門道路交通事故鑒定的汽車碰撞行人事故分析計算與模擬再現(xiàn)計算機系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠利用事故現(xiàn)場勘察得到的基本數(shù)據(jù)，計算得到汽車碰撞行人事故中事故車輛的行駛車速和碰撞車速，并實現(xiàn)事故車輛的二維軌跡描述、三維過程再現(xiàn)、汽車碰撞行人事故主要計算數(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，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，同時本發(fā)明可被廣泛推廣應(yīng)用，具有明顯的行業(yè)共性和社會公益性。
文檔編號G01P3/00GK102034012SQ20101061593
公開日2011年4月27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)明者周維新, 張維峰, 張韋, 李春明, 袁望方, 趙晨, 陳濤, 魏朗 申請人:長安大學