CN102044090B - 车辆连环碰撞事故分析与模拟再现计算机系统 - Google Patents

Abstract

本发明的提供一种用于公安交通管理部门道路交通事故鉴定的连环碰撞事故分析与模拟再现系统，本系统能够利用碰撞事故现场勘察得到的基本数据，计算车辆连环碰撞事故中各事故车辆的行驶车速和碰撞车速，并实现连环碰撞事故的车辆二维轨迹描述、三维过程再现、连环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，促进我国道路交通事故的鉴定科学性、准确性和权威性发展。

Description

车辆连环碰撞事故分析与模拟再现计算机系统

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术应用领域，特别涉及车辆连环碰撞道路交通事故形态的计算机分析与模拟再现仿真系统。

背景技术

传统的交通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、事故车辆最终停止位置以及车辆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，尤其是在面对车辆连环碰撞这类极其复杂的道路交通事故形态时，传统计算分析方法已经不可能明晰事故过程,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。

车辆连环碰撞事故是指一次事故中有三辆（含三辆）以上事故车辆参与连续碰撞的一类特殊道路交通事故形态，具体的说：当两车发生碰撞后，其中一辆车发生大侧偏运动，失控滑移至另一车道，而后与另一车道上行驶的车辆发生碰撞。此类复杂事故形态中前两车碰撞后的运动状态属于失控运动状态，车辆的运动速度、运动姿态及运动方向都在急剧变化中，又由于存在后续车辆参与碰撞，车辆在碰撞过程中存在随意姿态下的能量冲击传递，使得连环碰撞中心点的地标位置难以由事故现场勘验确定，造成此类复杂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。

车辆连环碰撞事故的鉴定质量不仅关系到能否科学地分析此类复杂事故成因、公正地处理此类复杂交通事故、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，使用车辆连环碰撞事故分析计算与模拟再现系统解决连环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。

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，针对车辆连环碰撞道路交通事故计算与模拟再现的研究尚未开展。

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连环碰撞事故分析与模拟再现系统，本系统能够利用碰撞事故现场勘察得到的基本数据，计算车辆连环碰撞事故中各事故车辆的行驶车速和碰撞车速，并实现连环碰撞事故的车辆二维轨迹描述、三维过程再现、连环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。

为了达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种车辆连环碰撞事故分析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：

车辆连环碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统，用于根据预处理的事故现场基本数据，实现事故现场基本数据路录入、参数校对、数据装载、轨迹特征点预处理及显示与存储；

车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统，用于根据预处理的事故现场基本数据，确定事故车辆碰撞瞬间接触中心点在地面坐标系中的位置；

连环碰撞车辆运动量计算子系统，用于根据预处理的事故现场基本数据和连环碰撞中心点地标位置，计算得到连环碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值；

车辆初次碰撞车速计算子系统，用以根据预处理的事故现场基本数据、碰撞中心点地标位置和碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量，计算得到事故车辆在碰撞发生前正常行驶时的行车速度；

连环碰撞接触位置再现定位子系统，根据预处理的事故现场基本参数、碰撞中心点地标位置、碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量及车辆行驶车速，预瞄锁定动画再现过程中连环碰撞中心点在地面坐标系中的位置，设定及适时调节连环碰撞接触前首碰撞车辆的三维再现运动起始时刻和速率，确保在再现运动场景中连环碰撞关联车辆能够以符合碰撞印迹的姿态在预定碰撞中心点处交集；

连环碰撞轨迹二维重构子系统，用以实现车辆连环碰撞二维重构效果；

连环碰撞过程三维再现子系统，用以实现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；

连环碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统，用以输出车辆连环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；

车辆连环碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统、车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统、连环碰撞车辆运动量计算子系统、车辆初次碰撞车速计算子系统及连环碰撞接触位置再现定位子系统依次相连，连环碰撞接触位置再现定位子系统分别与连环碰撞轨迹二维重构子系统和连环碰撞过程三维再现子系统相连，同时连环碰撞轨迹二维重构子系统和连环碰撞过程三维再现子系统再与连环碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统和车辆连环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：所述的车辆连环碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统包括事故现场勘察数据输入与预处理功能模块和元数据管理功能模块。

所述的车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统包括轨迹预瞄迭代计算模块和痕迹检验重构模块；所述的轨迹预瞄迭代计算模块根据预处理的事故现场基础数据，计算得到碰撞后各事故车辆自由运动过程中各瞬时姿态和各碰撞中心点的映射轨迹；所述的痕迹检验重构模块，根据车辆在碰撞运动过程中各瞬时运动姿态和各碰撞中心点的最优映射轨迹，计算检测并最终确定出各碰撞中心地标真值及该瞬间车辆姿态真值。 

所述的连环碰撞车辆运动量计算子系统包括碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、轨迹拟合计算模块和车辆连环碰撞接触瞬间计算模块。

所述的车辆初碰撞接触瞬间及行驶车速计算子系统包括接续轨迹点拟合计算模块、最初两车碰撞接触过程动力学计算模块及车辆连环碰撞事故逆向梯次组合计算模块；所述的接续轨迹点拟合计算模块，用于求得最初两车碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度；所述的最初两车碰撞接触过程动力学计算模块，用于计算最初两车碰撞作用前瞬间关联事故车辆的6自由度线速度和角速度；所述的车辆连环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。

所述的连环碰撞接触位置再现定位子系统包括连环碰撞中心地标位置锁定计算模块和首碰撞车辆运动再现时刻与速率设定模块；所述的连环碰撞中心地标位置锁定计算模块用于精确定位连环碰撞事故轨迹二维重构及三维再现过程中的碰撞中心点位置；所述的首碰撞车辆运动再现时刻与速率设定模块，用于设定连环碰撞事故轨迹二维重构及三维再现过程中车辆运动速率及汽车行驶方向。

所述的车辆连环碰撞轨迹二维重构子系统包括基于CDC图形规则的连环碰撞事故诸元二维图形库模块和轨迹定位与图形驱动模块；所述的基于CDC图形规则的连环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；所述的轨迹定位与图形驱动模块，利用二维图形对连环碰撞事故轨迹状态进行二维重构。

所述的连环碰撞过程三维再现子系统包括基于OpenGL图形技术的事故诸元底层三维透视图形建模模块和动画驱动及印迹显示模块；所述的基于OpenGL图形技术的车辆连环碰撞事故诸元底层3维透视图形建模模块，采用OpenGL三维图形开发技术来实现事故车辆、道路结构三维透视图形的底层建模；所述的动画驱动及印迹显示模块，用于取得动画连续表现车辆连环碰撞事故全景全过程状态的三维再现效果。

所述的连环碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统包括连环碰撞事故特征计算数据表输出模块、事故发生过程简述输出模块和事故案例数据存储模块；所述的连环碰撞事故特征计算数据表输出模块采用事故现场勘察数据输入模块的基本录入数据；所述的事故发生过程简述输出模块输出连环碰撞事故发生的时间、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二维轨迹描述；所述的事故案例数据存储模块采用Access数据库，利用 VC++6.0开发平台建立了连环碰撞事故案例数据仓库存储模拟计算生成的连环碰撞事故案例数据。

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，促进我国道路交通事故的鉴定更具科学性、准确性和权威性。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。本发明开创性地提出了解析计算与模拟再现车辆连环碰撞道路交通事故的整体方案，构建了车辆连环碰撞交通事故分析计算与模拟再现系统。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。

附图说明

图1为本发明的系统流程框图。

图2为本发明的车辆连环碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统逻辑流程图；

图3为本发明的车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统逻辑流程图；

图4为连环碰撞车辆运动量计算子系统逻辑流程图；

图5为本发明的车辆初碰撞接触瞬间及行驶车速计算子系统逻辑流程图；

图6为本发明的连环碰撞接触位置再现定位子系统逻辑流程图；

图7为本发明的连环碰撞轨迹二维重构子系统逻辑流程图；

图8为本发明的连环碰撞过程三维再现子系统逻辑流程图；

图9为本发明的连环碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统逻辑流程图；

图10为本发明的车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统逻辑流程框图。

图11为本发明的连环碰撞接触位置再现定位子系统逻辑流程框图。

图12为本发明的实施例事故基本信息数据输入对话窗口；

图13为实施例事故车辆的主要结构参数设置对话窗口；

图14为实施例事故现场道路结构设置对话窗口；

图15为实施例事故车辆（甲车与乙车）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16为实施例事故车辆（乙车与丙车）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17为实施例事故车辆在碰撞前的运动痕迹点设置对话窗口；

图18为实施例汽车车轮状态设置对话窗口；

图19为实施例事故三维过程再现；

图20为实施例事故二维轨迹重构；

图21为实施例车速计算数据表；

图22为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，本发明包括八个子系统：（1）车辆连环碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统、（2）车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统、（3）连环碰撞车辆运动量计算子系统、（4）车辆初碰撞接触瞬间及行驶车速计算子系统、（5）连环碰撞接触位置再现定位子系统、（6）连环碰撞轨迹二维重构子系统、（7）连环碰撞过程三维再现子系统、（8）连环碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统。利用本发明的人机交互界面，可以实现连环碰撞道路交通事故现场勘察数据读入与存储、事故状况分析计算、事故二维轨迹描绘、三维过程再现、事故案例存档、事故主要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：

（1）参加图2，车辆连环碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统，根据预处理的事故现场基本数据，实现事故现场基本数据路录入、参数校对、数据装载、轨迹特征点预处理及显示与存储功能。本子系统包括两个功能模块：事故现场勘察数据输入与预处理功能模块和元数据管理功能模块。

a) 事故现场勘察数据输入与预处理功能模块针对来自交警对连环碰撞交通事故现场勘验获得的事故车辆主要结构参数、首碰撞位置、最终停车位置、车体上碰撞痕迹位置与变形量、地面制动印迹等事故现场基本数据，快速完成事故现场基本数据的录入、参数校对、数据装载及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数据支持。

b）元数据管理功能模块，用于存储预处理后的事故现场基本数据。本模块采用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存储仓库。事故现场勘察数据存储仓库的作用是将通过对话窗口录入并经过归一化和预处理后的事故现场数据存入基础数据库。

（2）参见图3、图11，车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统，根据预处理的事故现场基础数据，确定事故车辆碰撞瞬间接触中心点在地面坐标系中的位置。本子系统包括二个模块：轨迹预瞄迭代计算模块和痕迹检验重构模块。本子系统的作用是通过一系列迭代检测计算，确定出车辆连环碰撞时其碰撞中心点的地标位置。子系统实现设计方案和具体操作过程如下：

① 读入从碰撞现场勘测得到并经过归一化校核处置的碰撞位置和最终停止位置、车体上碰撞痕迹位置与变形量、地面制动印迹等基础数据；

② 应用常规车辆空间动力学模型及本系统开发的最优化拟合逼近算法，计算得到碰撞后各事故车辆自由运动过程中各瞬时姿态和各碰撞中心点的映射轨迹；

③ 以保持综合变形能量不变为原则，对于连环碰撞的车身复杂大变形区域进行网格区分和归一化，进而将车身连环碰撞变形区域归整为具有相同综合变形能量的当量变形区与变形中心点；

④ 在求得车辆在碰撞运动过程中各瞬时运动姿态和各碰撞中心点的最优映射轨迹基础上，以车身连环碰撞部位、车身碰撞变形区域为检验目标，重构连环碰撞车辆映射轨迹并寻求连环碰撞车辆车身碰撞印迹交集点；

⑤ 计算检测并最终确定出各连环碰撞中心地标真值及该瞬间车辆姿态真值。

上述技术过程具体通过以下两个模块予以实现：

a) 轨迹预瞄迭代计算模块，根据预处理的事故现场基础数据，计算得到碰撞后各事故车辆自由运动过程中各瞬时姿态和各碰撞中心点的映射轨迹。本模块是以从碰撞现场勘测得到并经过前述归一化校核处置的最初两车碰撞位置和各车最终停止位置、车体上碰撞痕迹位置与变形形状及变形量、地面制动印迹等基础数据为预描目标，应用车辆11自由度运动力学计算模型及最优化拟合逼近算法，计算得到碰撞后各事故车辆自由运动过程中各瞬时姿态和各碰撞中心点的映射轨迹。

车辆11自由度运动力学计算模型用于计算碰撞车辆车体在急速横摆旋转运动过程中各瞬间的运动姿态。具体计算方法：采用车辆车身六自由度（在空间坐标系中，在X、Y、Z方向所受的力以及绕X轴旋转的侧倾运动，绕Y轴旋转地俯仰运动以及绕Z轴旋转地横摆运动）、四个车轮所受的垂直载荷及前轮平均转向角这11自由度的汽车动力学解析计算方程，求解车辆各瞬间的运动姿态。（具体公式参见——魏朗等.车对车碰撞事故再现计算机模拟系统的研究.中国公路学报.1996:9(4).）

最优化拟合逼近算法是根据碰撞作用后车辆动力学计算模型和车轮-地面力学模型，从碰撞现场勘测得到的车身碰撞位置开始，用差分数字计算方法求得对应的计算停止位置，并按照计算步长记录车身碰撞中心点在坐标系中的位置，求得碰撞中心点的映射轨迹。在计算运动量为0时，利用车辆运动状态的迭代-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碰撞后瞬间运动量值后重复上述计算，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，根据所记录的车身碰撞中心点坐标位置可以得到碰撞中心点的映射轨迹。

迭代—收敛判断模型：

式中：为设定的允许误差值； 、

、

为从碰撞后的瞬间至最终停止位置之间车辆瞬态运动量差分方程式函数。X、Y为车辆质心在地面坐标系中的位置坐标值(m )；

为车体纵向中心线与X 轴所成角度(逆时针为正，rad)；V为速度（km/h）, 

为角速度( rad/s )；下标意义：x、y为X轴向、Y轴向分量；su为终停止处的值；g为碰撞后瞬间的值；A 、B 为A 车、B 车的值；s为计算值(或设定值)。

差分数字计算方法：     

b）痕迹检验重构模块，根据车辆在碰撞运动过程中各瞬时运动姿态和各碰撞中心点的最优映射轨迹，计算检测并最终确定出各碰撞中心地标真值及该瞬间车辆姿态真值。本模块是在求得车辆在碰撞运动过程中各瞬时运动姿态和各碰撞中心点的最优映射轨迹基础上，以车身连环碰撞部位、车身碰撞变形区域为检验目标，应用轨迹逼近拟合原理，重构连环碰撞车辆映射轨迹并寻求连环碰撞车辆车身碰撞印迹交集点，计算检测并最终确定出各碰撞中心地标真值及该瞬间车辆姿态真值。

应用轨迹逼近拟合原理，计算车辆第二次碰撞中心坐标位置（X _p ,Y _p ）计算方法：

式中，

中，X，Y为车辆质心在地面坐标系中的位置坐标值；为第二次碰撞中心（或车体上第二次碰撞痕迹中心）处的值；

为车体纵向中心线与X轴所成的角度值（逆时针为正）。

（3）参见图4，连环碰撞车辆运动量计算子系统，根据预处理的事故现场基本数据和连环碰撞中心点地标位置，计算得到连环碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值。本系统是在事故现场基本数据录入与预处理、连环碰撞中心点地标位置确定的基础上，根据碰撞中心点位置和车辆最终停止位置求得连环碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值，并进而求得连环碰撞速度及首碰撞车辆行驶速度。本子系统包括三个功能模块：碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、车辆连环碰撞接触瞬间计算模块和轨迹拟合计算模块。

a) 碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块，根据碰撞车辆由碰撞后失控状态到最终停止状态顺序计算相关车辆在连环碰撞后的失控运动中各瞬间的运动姿态、位置及力学状态；当车辆在碰撞冲击惯性的作用下，从碰撞作用结束瞬间开始“自由运动”直至车辆最后停止，此间碰撞车辆只受重力和车轮-地面作用力的作用，空气阻力等力可以忽略不计。本模块采用了具有较高精度的三维四轮车辆动力学模型和具有大侧偏角运动适应性的G.Gim轮胎理论力学模型求解连环碰撞作用后各瞬间的运动姿态、位置及力学状态。（三维四轮车辆动力学模型具体公式参见：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).）

b）轨迹拟合计算模块可由各连环碰撞中心位置和车辆最终停止位置求得连环碰撞作用后瞬间关联车辆的质心速度和横摆角速度等运动量。本模块根据碰撞作用后车辆大侧偏运动力学计算模型，从碰撞现场勘测得到的碰撞位置开始，用差分数字计算方法先求得对应的计算停止位置，再逆向求解碰撞后瞬间关联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碰撞后瞬间运动量值后重复上述计算，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，根据最新一组碰撞后瞬间运动量值，得到连环碰撞作用后瞬间关联车辆的质心速度和横摆角速度等运动量。

c）车辆连环碰撞接触瞬间计算模块，根据碰撞后的侧偏运动程度分别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式，或基于有限元网格原理及局域当量变形特性的塑性力学描述模型的碰撞作用计算模式，即可由连环碰撞作用后瞬间关联车辆的质心速度和横摆角速度等运动量求得连环碰撞作用前瞬间关联事故车辆的6自由度速度和角速度。若第一次碰撞结束后，参与连环碰撞的车辆在第二次碰撞前，处于可控状态（可控状态是指在车辆碰撞后，驾驶员可以通过汽车方向盘和制动系统控制汽车的行驶方向），则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式；若在第一次碰撞结束后，参与连环碰撞的车辆在第二次碰撞前发生比较强烈的侧滑旋转运动，则采用基于有限元网格原理及局域当量变形特性的塑性力学描述模型的碰撞作用计算模式。

基于有限元网格划分理论，将车身划分为若干区域，将事故车辆的实际变形与网格划分图进行对比，变形曲线与完好状态下的车型轮廓之间区域所包含的数值总和为碰撞变形区域产生塑性变形后所吸收的能量，结合能量守恒原理、动量守恒原理及车辆碰撞速度和车体残余变形之间的线性关系，得出与车身变形能量相当的等效车速损失。首先，作以下假设，1）汽车在全宽上任一点处垂直方向上的变形量相同；2）碰撞过程中汽车与地面间的摩擦力忽略不计；3）碰撞后汽车的弹性恢复忽略不计。由此得出变形能计算公式：

其中，为单位车身宽度受到的碰撞力，

为变形深度。

。该式表示车身变形宽度从

到

，变形深度从到

时车身吸收的能量为

。

结合车辆的碰撞速度和车体残余变形之间的线性关系，得出车身变形幅度从、

到、

的等效速度损失

：

，式中

、

为车辆的刚度系数。

（4）参见图5，车辆初碰撞接触瞬间及行驶车速计算子系统，根据预处理的事故现场基本数据、碰撞中心点地标位置和碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量，计算得到事故车辆在碰撞发生前正常行驶时的行车速度。如果来自事故现场的勘验数据表明车辆在事故发生前有制动或转向等紧急避险（操作）环节，本子系统还将启动车辆动力学模拟计算模块延伸计算事故车辆在碰撞发生前正常行驶时的行车速度。本子系统包括两个功能模块：接续轨迹点拟合计算模块、最初两车碰撞接触过程动力学计算模块、车辆连环碰撞事故逆向梯次组合计算模块。

a) 接续轨迹点拟合计算模块，根据预处理的事故现场基本数据、车辆连环碰撞中心点地面坐标位置值及连环碰撞前瞬间的运动参量值，求得最初两车碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度。根据由碰撞现场勘测，并经本子系统预处置校核而得的最初两车碰撞中心点地标位置值和由连环碰撞中心点地标定位子系统计算而得的车辆连环碰撞中心点地面坐标位置值及连环碰撞前瞬间的运动参量值，采用基于黄金分割原理的轨迹点拟合算法和动量动量矩守恒原理，求得最初两车碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度。

b）最初两车碰撞接触过程动力学计算模块，根据最初两车碰撞作用后瞬间的6自由度运动参量，计算得到最初两车碰撞作用前瞬间关联事故车辆的6自由度线速度和角速度。由于车辆在发生碰撞事故前的运动为可操纵的某种行驶运动状态，车体瞬间速度方向应为其该时刻运动轨迹的切线方向。根据从事故现场勘测得到的归一化处理后的碰撞位置、车体上碰撞痕迹中心和地面轮胎痕迹等信息，可以推断出车辆的瞬间运动轨迹，从而得到车辆碰撞前的车速方向。由于车对车碰撞的接触作用非常短暂及外力相对于车辆间的碰撞冲击力要小得多，在碰撞接触阶段起对碰撞系统的影响可以忽略不计。设车辆碰撞坐标系tph的原点为碰撞中心p，t轴为碰撞中心处碰撞面的切线方向，h轴为碰撞中心处碰撞面的法线方向。根据动量及动量矩守恒定理得：

其中：m为汽车总质量，为碰撞作用后瞬间的值，

为碰撞作用后瞬间的值，

 为车速， 为横摆角速度，

为车体横摆转动惯量半径，1、2为1车、2车的值。

在原坐标系下，由动量和动量矩定律推到出的碰撞过程力学计算方程组的个数小于需求解的车辆未知运动量个数，为不定方程组。为了求取事故车辆的碰撞车速，采用坐标变换方法，将原坐标系

逆时针旋转一个角度，成为一个新的坐标系

，再根据动量和动量矩守恒定律建立新的方程组，从而可以求得碰撞作用前瞬间关联事故车辆的6自由度线速度和角速度。 

c) 车辆连环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。具体方案是：以计算得到的连环碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值、连环碰撞作用前瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值、最初两车碰撞作用后瞬间的6自由度运动参量、最初两车碰撞作用前瞬间关联事故车辆的6自由度线速度和角速度以及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（痕迹）值或车辆失控侧滑距离（痕迹）值、事故车辆与固定物发生碰撞前的失控状态与形式、两车碰撞前的行驶路线为计算条件，使用三维四轮车辆动力学模型，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最终停止位置和两车碰撞作用瞬间运动参量，和碰撞现场实际勘测得到的两车停止位置、上述步骤计算得到的两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两车正常行驶车速值就是所要求的值。

（5）参见图6、图11，连环碰撞接触位置再现定位子系统，根据预处理的事故现场基本参数、碰撞中心点地标位置、碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量及车辆行驶车速，可不间断预瞄锁定动画再现过程中连环碰撞中心点在地面坐标系中的位置，设定及适时调节连环碰撞接触前首碰撞车辆的三维再现运动起始时刻和速率，确保在连环碰撞轨迹二维重构及三维再现过程中连环碰撞关联车辆能够以符合碰撞印迹的姿态在预定碰撞中心点处实现交集。如图11所示，本子系统的作用是在进行连环碰撞事故过程的模拟再现时，根据前节的检测与分析计算结果，确保在再现运动场景中连环碰撞关联车辆能够以符合碰撞印迹的姿态在预定碰撞中心点处交集。子系统实现设计方案和具体操作过程如下：

① 读入前节检测计算得到的碰撞中心点地标位置、碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量及车辆行驶车速；

② 以连环碰撞中心为车辆再现运动交集节点，以再碰撞车辆的实时运动状态值为调节信息，采用基于再现轨迹适时预瞄检测计算的连环碰撞中心地标位置锁定方法，在事故再现运行过程不间断地适时准确定位动画场景中连环碰撞中心位置；

③ 以首碰撞车辆运动为开环节点，采用基于动点逆向递推计算的首碰撞车辆运动再现时刻与速率设定方法，锁定连环碰撞中心位置，并以此为目标设定及实时调节具有可控运动属性的首碰撞车辆事故前再现运动起点和再现速率；

④ 以首碰撞车辆再现运动起点和再现速率的预设来协调与再碰撞车辆的相对运动关系，从而确保在连环碰撞轨迹二维重构及三维再现过程中连环碰撞关联车辆能够以符合碰撞印迹的姿态在预定碰撞中心点处碰撞。

具体地该子系统通过以下模块予以实现：

本子系统包括二个功能模块：连环碰撞中心地标位置锁定计算模块和首碰撞车辆运动再现时刻与速率设定模块。

连环碰撞中心地标位置锁定计算模块，块根据车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统计算得到的事故车辆碰撞瞬间接触中心点在地面坐标位置，精确定位连环碰撞事故轨迹二维重构及三维再现过程中的碰撞中心点位置。

首碰撞车辆运动再现时刻与速率设定模块，根据车辆初碰撞接触瞬间及行驶车速计算子系统计算得到的事故车辆在碰撞发生前正常行驶时的行车速度，以及汽车行驶轨迹，设定连环碰撞事故轨迹二维重构及三维再现过程中车辆运动速率及汽车行驶方向。

（6）参见图7，车辆连环碰撞轨迹二维重构子系统，根据预处理的事故现场基本参数、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，实现车辆连环碰撞二维重构效果。本子系统能够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），并同时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），取得动画连续表现连环碰撞道路交通事故轨迹状态的二维重构效果。本子系统包括二个功能模块：基于CDC图形规则的连环碰撞事故诸元二维图形库模块和轨迹定位与图形驱动模块。

a) 基于CDC图形规则的连环碰撞事故诸元，即车辆、现场道路与环境）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。

b) 轨迹定位与图形驱动模块，利用二维图形对连环碰撞事故轨迹状态进行二维重构。本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，计算得到的碰撞中心点地标位置、碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量及车辆行驶车速，应用前述的车辆动力学模型，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（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），在取足够小的计算步长的前提下（为了提高精度，本子系统计算中取为0.0002s），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（包括车辆碰撞中心地标位置、汽车质心坐标位置），从而取得动画连续表现车辆连环碰撞事故轨迹状态的二维重构效果。

（7）参见图8，连环碰撞过程三维再现子系统，根据预处理的事故现场基本数据、首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，实现连环碰撞三维过程再现。本子系统可实现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即：车辆质心坐标值及车身横摆、俯仰、侧倾等3自由度角度值和瞬时运动量即：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，取得动画连续表现连环碰撞道路交通事故全景全过程状态的三维再现效果。本子系统包括二个功能模块：基于OpenGL图形技术的事故诸元（包括车辆、现场道路与环境）底层3维透视图形建模模块和动画驱动及印迹显示模块。

a) 基于OpenGL图形技术的车辆连环碰撞事故诸元（包括车辆、现场道路与环境）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。 

b) 动画驱动及印迹显示模块，实现利用3维透视图形对车辆连环碰撞事故全景全过程的三维过程再现。本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，计算得到的碰撞中心点地标位置、碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量及车辆行驶车速，在三维透视图形的底层建模的基础上，实现利用碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述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），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（包括车辆碰撞中心地标位置），取得动画连续表现车辆连环碰撞事故全景全过程状态的三维再现效果。

本发明为编程简洁及提高动画模拟时的运行速度，采用OpenGL本身功能，通过程序语句来绘制事故过程三维再现中需要使用的事故车辆再现图形。车辆三维再现图形绘制主要包括：车辆三维再现图形几何变换、投影变换原理及图形缓存及动画技术。

① 车辆三维再现图形几何变换原理：

车辆碰撞过程三维再现图形的几何变换包括平移、旋转和缩放。其实质是变换坐标系，每次变换都以当前的坐标系为基准，将同一坐标系按要求平移、旋转和缩放，然后以新的坐标系作图。几何变换中的平移、旋转和缩放分别由OpenGL中的函数glTranslate()，glRotate()，glScale()完成。

使用glTranslate()函数进行平移变换后，模型矩阵M变为M*B，其中，

 x,y,z为函数形参。

执行glRotate()函数进行旋转变换后，模型矩阵M变为M*B，其中：

，

B_x，B_y，B_z分别为绕x，y，z轴旋转地变换矩阵。angle为绕x，y，z的旋转角。

执行glScale()函数进行旋转变换后，模型矩阵M变为M*B，其中：

② 车辆三维再现图形投影变换原理

车辆三维再现图形投影变换分为正射投影和透视投影，分别由函数glOrtho()和glFrustum()，gluPerspective()完成。

投影变换矩阵T变为T*A。对于正射投影：

对于透视投影：

，其中，left，right，bottom，top，near，far为形参。

③ 图形缓存及动画技术

屏幕上所绘制的车辆三维再现图形都是由像素组成的，每个像素都有一个固定的颜色或带有相应点的其他信息。在绘制图形是，内存中必须为每个像素保存数据，系统中所有这类缓存统称为帧缓存。车辆三维再现图形帧缓存由以下四种缓存组成：颜色缓存，深度缓存，模板缓存和积累缓存。OpenGL是通过双缓存实现动画的，绘制车辆三维再现图形前OpenGL先分配两个颜色缓存区，在绘制过程中，一个缓存区执行绘图命令，同时另一个缓存区进行图形显示，这样就可以是所有的显示图形具有良好的动画效果。

本发明有三厢小轿车、大客车、两厢小轿车、微型轿车、中型客车、中型货车、大型货车、半挂大货车、农用三轮车、微型面包车、吉普车等19种车辆的三维再现图形模型。

（8）参加图9，连环碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统，根据预处理的事故现场基本数据、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、事故轨迹二维重构计算，本子系统可输出车辆连环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。本子系统包括三个功能模块：连环碰撞事故特征计算数据表输出模块、事故发生过程简述输出模块以及事故案例数据存储模块。

a）连环碰撞事故特征计算数据表输出模块，采用事故现场勘察数据输入模块的基本录入数据，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、首碰撞点、车身碰撞印迹、碰撞前轨迹点、方位角、车身上碰撞位置、碰前制动距离、行驶车速、碰撞速度等能概括标线连环碰撞事故特征的主要数据。

b）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，输出连环碰撞事故发生的时间、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。

c）事故案例数据存储模块，用于存储模拟计算生成的连环碰撞事故案例数据。采用Access数据库技术，利用 VC++6.0开发平台建立了连环碰撞事故案例数据仓库。

使用本发明系统经过对连环碰撞交通事故的分析计算与模拟再现，其结果将以三维动画过程再现、二维轨迹重构、主要特征参数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连环碰撞交通事故技术鉴定和事故责任认定的证据材料。

以下发明人给出现实发生的真实案例，通过利用本分析模拟再现系统所完成的整个交通事故鉴定的全过程。

实施例1

2008年10月11日17时43分，在G108户县东K56+320m处，由东向西行驶的丰田霸道越野车与向西停止的东风大货车发生追尾及侧面碰撞，又与由西向东行驶的大货车发生碰撞事故。事故现场为公路，东西方向为双向4车道，路面总宽为18m。事故发生时晴天，干燥沥青路面。

事故模拟计算结果：甲车（东风大货车）在驾驶员采取制动时的车速为0km/h；甲车计算碰撞速度为0km/h。乙车（丰田霸道越野车）在驾驶员采取制动时的车速为92.2km/h；乙车计算碰撞速度为87.2km/h。丙车（大货车）在驾驶员采取制动时的车速为79km/h；丙车计算碰撞速度为66.4km/h。

①运行软件，在菜单栏中执行【3车连续碰撞事故】命令，弹出【事故发生时的基本情况文字列对话窗口】对话框。根据交警对事故现场勘验获得的事故基本信息数据，在各文本框中依据字段要求输入或设定事故发生时的基本情况。

②参见图12，单击【下一步】按钮，弹出【碰撞车辆的主要结构参数】对话框。根据交警对事故现场勘验获得的事故车辆结构参数数据，在【类型代码】文本框中依据“车辆类型代码设定规定”设定事故发生时的碰撞车辆的类型代码。

③参见图13，单击【下一步】按钮，弹出【直-弯组合道路参数对话窗口】对话框。根据交警对事故现场勘验获得的道路结构参数数据，在对话框中选定或输入道路结构信息。

④参见图14，单击【下一步】按钮，弹出【甲车-乙车：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（m）】对话框。根据交警对事故现场勘验获得的车辆碰撞位置参数和地面痕迹检测数据，输入车辆碰撞位置点、最后停止点等数据。

⑤参见图15，单击【下一步】按钮，弹出【乙车-丙车：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（m）】对话框。根据交警对事故现场勘验获得的车辆碰撞位置参数和地面痕迹检测数据，输入车辆碰撞位置点、最后停止点等数据。

⑥参见图16，单击【下一步】按钮，弹出【车辆在碰撞前的运动痕迹点（从碰撞点直前计第1--4个点）在地面坐标系中的坐标值】对话框。根据交警对事故现场勘验获得的车辆碰撞位置参数和地面痕迹检测数据，输入车辆碰撞瞬间质心位置和车辆碰撞前的运动痕迹点。

⑦参见图17，单击【下一步】按钮，弹出【车辆车轮状态对话窗口】对话框。根据交警对事故现场勘验获得的事故车辆参数数据，在对话框中输入车轮状态参数。

⑧ 上述对话框内容输入完毕后，单击【下一步（确定）】按钮。屏幕显示事故现场数据输入完毕。至此，三车连环碰撞事故对话窗口数据输入的操作结束，可执行系统的数据存储和事故计算功能。

以下是本系统具体使用操作步骤：

①如图18所示，单击工具栏【三维再现】按钮，实现事故三维过程再现。

②如图19所示，单击工具栏【二维重构】按钮，实现事故二维轨迹重构。

③如图20所示，单击工具栏【数据表输出】按钮，实现车速计算数据表输出。

④如图21所示，单击工具栏【过程描述】按钮，实现事故过程描述。

Claims (5)

1.一种车辆连环碰撞事故分析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：

车辆连环碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统，用于根据预处理的事故现场基本数据，实现事故现场基本数据录入、参数校对、数据装载、轨迹特征点预处理及显示与存储；

车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统，用于根据预处理的事故现场基本数据，确定事故车辆碰撞瞬间接触中心点在地面坐标系中的位置；

连环碰撞车辆运动量计算子系统，用于根据预处理的事故现场基本数据和连环碰撞中心点地标位置，计算得到连环碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值；

车辆初次碰撞车速计算子系统，用以根据预处理的事故现场基本数据、碰撞中心点地标位置和碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量，计算得到事故车辆在碰撞发生前正常行驶时的行车速度；

连环碰撞接触位置再现定位子系统，根据预处理的事故现场基本参数、碰撞中心点地标位置、碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量及车辆行驶车速，预瞄锁定动画再现过程中连环碰撞中心点在地面坐标系中的位置，设定及适时调节连环碰撞接触前首碰撞车辆的三维再现运动起始时刻和速率，确保在再现运动场景中连环碰撞关联车辆能够以符合碰撞印迹的姿态在预定碰撞中心点处交集；

连环碰撞轨迹二维重构子系统，用以实现车辆连环碰撞二维重构效果；

连环碰撞过程三维再现子系统，用以实现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；

连环碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统，用以输出车辆连环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；

车辆连环碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统、车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统、连环碰撞车辆运动量计算子系统、车辆初次碰撞车速计算子系统及连环碰撞接触位置再现定位子系统依次相连，连环碰撞接触位置再现定位子系统分别与连环碰撞轨迹二维重构子系统和连环碰撞过程三维再现子系统相连，同时连环碰撞轨迹二维重构子系统和连环碰撞过程三维再现子系统再与连环碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统和车辆连环碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统相连；

所述的车辆连环碰撞事故现场基本数据录入与存储子系统包括事故现场勘察数据输入与预处理功能模块和元数据管理功能模块，其中事故现场勘察数据输入与预处理功能模块针对来自连环碰撞交通事故现场勘验获得的事故车辆主要结构参数、首碰撞位置、最终停车位置、车体上碰撞痕迹位置与变形量、地面制动印迹的事故现场基本数据，快速完成事故现场基本数据的录入、参数校对、数据装载及轨迹特征点预处理操作；元数据管理功能模块采用Access数据库技术，利用 VC++6.0开发平台建立的事故现场勘察数据存储仓库，存储预处理后的事故现场基本数据信息；

所述的车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统包括轨迹预瞄迭代计算模块和痕迹检验重构模块；所述的轨迹预瞄迭代计算模块根据预处理的事故现场基础数据，计算得到碰撞后各事故车辆自由运动过程中各瞬时姿态和各碰撞中心点的映射轨迹，该模块以从碰撞现场勘测得到并经过归一化校核处置的最初两车碰撞位置和各车最终停止位置、车体上碰撞痕迹位置与变形形状及变形量、地面制动印迹基础数据为预描目标，应用车辆11自由度运动力学计算模型及最优化拟合逼近算法，计算得到碰撞后各事故车辆自由运动过程中各瞬时姿态和各碰撞中心点的映射轨迹；所述的痕迹检验重构模块，根据车辆在碰撞运动过程中各瞬时运动姿态和各碰撞中心点的最优映射轨迹，计算检测并最终确定出各碰撞中心地标真值及瞬间车辆姿态真值，该模块是在求得车辆在碰撞运动过程中各瞬时运动姿态和各碰撞中心点的最优映射轨迹基础上，以车身连环碰撞部位、车身碰撞变形区域为检验目标，采用区域变形网格划分计算模型，重构连环碰撞车辆映射轨迹并寻求连环碰撞车辆车身碰撞印迹交集点，计算检测并最终确定出各碰撞中心地标真值及该瞬间车辆姿态真值；

所述的连环碰撞车辆运动量计算子系统包括碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、轨迹拟合计算模块和车辆连环碰撞接触瞬间计算模块；所述的碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块采用三维四轮车辆动力学模型，根据碰撞车辆由碰撞后失控状态到最终停止状态顺序，计算相关车辆在连环碰撞后的失控运动中各瞬间的运动姿态、位置及力学状态；所述的轨迹拟合计算模块根据各连环碰撞中心位置和车辆最终停止位置求得连环碰撞作用后瞬间关联车辆的质心速度和横摆角速度运动量；所述的车辆连环碰撞接触瞬间计算模块根据碰撞后的侧偏运动程度采用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式，或采用基于有限元网格原理及局域当量变形特性的塑性力学描述模型的碰撞作用计算模式求得连环碰撞作用前瞬间关联事故车辆的6自由度速度和角速度；

所述的车辆初次碰撞车速计算子系统包括接续轨迹点拟合计算模块、最初两车碰撞接触过程动力学计算模块及车辆连环碰撞事故逆向梯次组合计算模块；所述的接续轨迹点拟合计算模块，根据预处理的事故现场基本数据、车辆连环碰撞中心点地面坐标位置值及连环碰撞前瞬间的运动参量值，求得最初两车碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度；所述的最初两车碰撞接触过程动力学计算模块，根据最初两车碰撞作用后瞬间的6自由度运动参量，计算得到最初两车碰撞作用前瞬间关联事故车辆的6自由度线速度和角速度；所述的车辆连环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，具体地该模块以计算得到的连环碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值、连环碰撞作用前瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值、最初两车碰撞作用后瞬间的6自由度运动参量、最初两车碰撞作用前瞬间关联事故车辆的6自由度线速度和角速度以及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、事故车辆与固定物发生碰撞前的失控状态与形式、两车碰撞前的行驶路线为计算条件，使用三维四轮车辆动力学模型，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最终停止位置和两车碰撞作用瞬间运动参量，和碰撞现场实际勘测得到的两车停止位置、计算得到的两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允许误差要求；如果误差大于误差要求，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值收敛于实测停止位置值和计算得到的车辆碰撞作用瞬间运动参量为止。

2.如权利要求1所述的车辆连环碰撞事故分析与模拟再现计算机系统，其特征在于：所述的连环碰撞接触位置再现定位子系统包括连环碰撞中心地标位置锁定计算模块和首碰撞车辆运动再现时刻与速率设定模块；所述的连环碰撞中心地标位置锁定计算模块根据车辆连环碰撞中心点地标位置检测子系统计算得到的事故车辆碰撞瞬间接触中心点在地面坐标位置，精确定位连环碰撞事故轨迹二维重构及三维再现过程中的碰撞中心点位置；所述的首碰撞车辆运动再现时刻与速率设定模块，根据车辆初次碰撞车速计算子系统计算得到的事故车辆在碰撞发生前正常行驶时的行车速度，以及汽车行驶轨迹，设定连环碰撞事故轨迹二维重构及三维再现过程中车辆运动速率及汽车行驶方向。

3.如权利要求1所述的车辆连环碰撞事故分析与模拟再现计算机系统，其特征在于：所述的连环碰撞轨迹二维重构子系统包括基于CDC图形规则的连环碰撞事故诸元二维图形库模块和轨迹定位与图形驱动模块；所述的基于CDC图形规则的连环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CDC图形规则的事故诸元；所述的轨迹定位与图形驱动模块，利用二维图形对连环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事故现场勘察数据，计算得到的碰撞中心点地标位置、碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量及车辆行驶车速，应用车辆动力学模型，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车辆连环碰撞事故轨迹状态的二维重构效果。

4.如权利要求1所述的车辆连环碰撞事故分析与模拟再现计算机系统，其特征在于：所述的连环碰撞过程三维再现子系统包括基于OpenGL图形技术的事故诸元底层三维透视图形建模模块和动画驱动及印迹显示模块；所述的基于OpenGL图形技术的事故诸元底层三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、道路结构三维透视图形的底层建模；所述的动画驱动及印迹显示模块，自动读入来自事故现场的初始行驶路线及碰撞位置事故现场勘察数据，计算得到的碰撞中心点地标位置、碰撞作用前瞬间车辆6自由度运动参量及车辆行驶车速，在三维透视图形的底层建模的基础上，实现利用碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述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，取得动画连续表现车辆连环碰撞事故全景全过程状态的三维再现效果。

5.如权利要求1所述的车辆连环碰撞事故分析与模拟再现计算机系统，其特征在于：所述的连环碰撞事故模拟计算结果输出描述子系统包括连环碰撞事故特征计算数据表输出模块、事故发生过程简述输出模块和事故案例数据存储模块；所述的连环碰撞事故特征计算数据表输出模块采用事故现场勘察数据输入模块的基本录入数据，经过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、首碰撞点、车身碰撞印迹、碰撞前轨迹点、方位角、车身上碰撞位置、碰前制动距离、行驶车速、碰撞速度能概括标线连环碰撞事故特征的主要数据；所述的事故发生过程简述输出模块将根据数据采集及模拟计算与再现结果，输出连环碰撞事故发生的时间、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二维轨迹描述；所述的事故案例数据存储模块采用Access数据库，利用 VC++6.0开发平台建立了连环碰撞事故案例数据仓库存储模拟计算生成的连环碰撞事故案例数据。

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