CN102073789A - 两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统 - Google Patents

Abstract

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两车碰撞后再碰固定物组合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、两车碰撞后再碰固定物组合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，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。

Description

两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统

技术领域

本发明涉及计算机仿真应用技术领域，特别针对一类车碰车再碰固定物组合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

传统的两车碰撞后再碰固定物组合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，尤其是在面对两车碰撞后再碰固定物组合事故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。

两车碰撞后再碰固定物组合事故是指汽车与汽车碰撞后，其中一辆或者两辆事故车辆再发生与地面固定物（如电线杆、大树、护栏、护墩等）碰撞的一类特殊道路交通事故事故形态，其事故后果大都很严重，常常成为重特大道路交通事故。因此，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。两车碰撞后再碰固定物组合事故作为一种特定的道路交通事故形态，车辆发生碰撞后的运动状态属于失控状态，由于事故车辆（一车或两车）又发生了与地面固定物碰撞的二次事故，使得车辆间碰撞作用后汽车的运动不再是一个完整的车辆-地面力学运动，而是在事故车辆冲出车道后又有一个碰撞路侧地面固定物（如电线杆、大树、护栏、护墩等）的组合环节，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。

经对现有技术文献检索发现，目前国内外针对两车碰撞后再碰固定物组合事故计算与模拟再现的研究尚未开展。本系统开创性地提出了解析计算与模拟再现两车碰撞后再碰固定物组合事故的整体方案，构建了两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统。使用本发明解决两车碰撞后再碰固定物组合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两车碰撞后再碰固定物组合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，计算得到两车碰撞后再碰固定物组合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、两车碰撞后再碰固定物组合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：

一种两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统，所述的计算机系统至少包括：

两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入与存储子系统，用以实现两车碰撞后再碰固定物事故现场基本数据录入、特征点自动校核、现场录入参数归一化与存储。

两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆碰撞地面固定物后运动量计算子系统，根据归一化后的地面固定物碰撞中心地标位置、车辆最终停止位置与姿态、地面痕迹等事故现场基础数据，求得汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值。

两车碰撞后再碰固定物事故车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统，根据归一化处理的事故现场基础数据、汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值，逆向求得车辆与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值。

两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞速度模拟计算子系统，根据归一化处理的事故现场基本数据和车辆与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值，计算得到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。

两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统，根据归一化处理的事故现场基本数据、碰撞中心点地标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。

两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统，根据归一化处理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及行车速度，实现两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹状态的二维重构。

两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统，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及行车速度，实现两车碰撞后再碰固定物组合事故全景全过程状态的三维再现。

两车碰撞后再碰固定物组合事故模拟计算结果输出描述子系统,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、行车速度及事故轨迹二维重构，输出两车碰撞后再碰固定物组合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。

所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入与存储子系统、两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆碰撞地面固定物后运动量计算子系统、两车碰撞后再碰固定物事故车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统、两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞速度模拟计算子系统以及两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统依次相连，两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统又分别与两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统和两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统相连，同时两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统和两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统与两车碰撞后再碰固定物组合事故模拟计算结果输出描述子系统和两车碰撞后再碰固定物组合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：所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入与存储子系统包括两车碰撞后再碰固定物组合事故现场勘察数据输入与归一化模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故数据存储模块；其中两车碰撞后再碰固定物组合事故现场勘察数据输入与归一化模块依据交警碰撞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，路侧地面固定物位置、类别、形式、尺寸及材质，事故现场道路路段结构形式与平纵曲线参数，事故现场检测获得的事故车辆车对车碰撞位置值、地面固定物碰撞中心地标位置值、最终停车位置值、车体上碰撞痕迹位置值以及路侧地面固定物损坏状态等事故现场基本数据，完成两车碰撞后再碰固定物组合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；两车碰撞后再碰固定物组合事故数据存储功能模块，采用Access数据库方法，利用 VC++6.0开发平台建立了事故现场勘察数据仓库，用于存储归一化处理的事故现场基本数据。

所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆碰撞地面固定物后运动量计算子系统包括精细化车轮-地面力学模块、碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块及终端轨迹点迭代拟合计算模块；所述的精细化车轮-地面力学模块根据车辆与地面固定物碰撞中心点的轨迹，计算地面对轮胎的作用力；碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块，根据车辆与地面固定物碰撞中心的轨迹、地面对轮胎的作用力，计算得到汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值；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基本数据，迭代计算得到汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度；

所述的终端轨迹点迭代拟合计算模块其具体迭代计算方法为：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-地面力学模块，从碰撞现场勘测得到的车辆碰撞固定物初始位置开始，用差分数字计算方法先求得对应的车辆计算停止位置，再逆向求解车辆碰撞固定物后瞬间车辆质心速度和横摆角速度等运动量，当计算运动量为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固定物后瞬间运动量值，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，根据最新一组碰撞后瞬间运动量值，则得到汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值。

所述的两车碰撞后再碰固定物事故车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统包括基于有限元网格划分原理的车体塑性变形当量冲击速度计算模块和基于有限元网格划分原理的地面固定物变形与剪切当量冲击速度计算模块；所述的基于有限元网格划分原理的车体塑性变形当量冲击速度计算模块，用于计算事故车辆撞击变形而吸收的当量冲击速度，该模块具体计算方法为首先根据有限元网格划分原理圆整事故车辆大面积复杂变形区域为等效规整变形区域并计算车辆在失控状态下撞击地面固定物产生塑性变形后所吸收的能量值，然后依据能量守恒原理，计算得到与车身变形能量相当的当量冲击速度；所述的基于有限元网格划分原理的地面固定物变形与剪切当量冲击速度计算模块，用于计算地面固定物受车辆撞击产生塑性变形及发生剪切折断而吸收的当量冲击速度，该模块具体计算方法为：首先根据有限元网格划分原理圆整地面固定物变形复杂变形区域为等效规整变形区域并计算在事故车辆撞击下地面固定物产生塑性变形后所吸收的能量值，并根据材料力学理论计算地面固定物发生剪切折断的能量值，然后依据能量守恒原理，折算得到与地面固定物变形和折断能量相当的当量冲击速度。

所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞速度模拟计算子系统包括两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹拟合计算模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞接触瞬间运动量计算模块；所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹拟合计算模块，根据两车碰撞中心位置、车辆最终停止位置、车辆与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值、角速度值及车辆运动姿态，求得两车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描述模块和精细化车轮-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的两车碰撞中心位置开始，采用差分数字计算方法先求得对应的车辆计算停止位置和与地面固定物碰撞瞬间的车辆的6自由度线速度值、角速度值及运动姿态，再根据误差要求逆向求解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；所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞接触瞬间运动量计算模块，根据碰撞后的侧偏运动程度或稳定性状态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型，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型，即可由两车碰撞作用后瞬间车辆的6自由度速度和角速度求得两车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度速度和角速度。

所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统，包括两车碰撞后再碰固定物组合事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故逆向梯次组合计算模块；所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故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；所述的两车碰撞后再碰固定物组合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，根据计算得到的车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、两车辆最终停止位置和两车碰撞作用瞬间运动参量为计算目标，根据事故现场地面痕迹状况确定的车辆碰撞前制动距离或痕迹值或车辆失控侧滑距离或痕迹值、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。

所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统包括基于CDC图形规则的两车碰撞后再碰固定物组合事故诸元二维图形库模块两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹定位与图形驱动模块；所述的基于CDC图形规则的两车碰撞后再碰固定物组合事故诸元二维图形库模块，是基于Visual C++设备环境将事故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；所述的两车碰撞后再碰固定物组合图形驱动模块，利用二维图形对两车碰撞后再碰固定物组合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，以及根据两车碰撞后再碰固定物组合事故逆向梯次组合计算模块计算得到的车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、两车辆最终停止位置和两车碰撞作用瞬间运动参量，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包括车辆质心坐标值和方位角以及瞬时运动量包括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，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两车碰撞中心地标位置、汽车碰固定物中心地标位置或汽车质心坐标位置，从而取得动画连续表现两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹状态的二维重构效果。

所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统，包括基于OpenGL图形技术的两车碰撞后再碰固定物组合事故诸元底层三维透视图形建模模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故动画驱动及印迹显示模块；所述的基于OpenGL图形技术的两车碰撞后再碰固定物组合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、电线杆、大树相关固定物三维透视图形的底层建模；所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故动画驱动及印迹显示模块实现利用三维透视图形对两车碰撞后再碰固定物组合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碰撞位置等事故现场勘察数据，以及根据两车碰撞后再碰固定物组合事故逆向梯次组合计算模块计算得到的车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、两车辆最终停止位置和两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，实现利用碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、5质量15自由度车辆动力学计算模块、逆向梯次组合计算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包括车辆质心坐标值及车身横摆、俯仰、侧倾3自由度角度值以及瞬时运动量包括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和车轮地面印迹包括两车碰撞中心地标位置、车辆碰撞固定物中心位置示意，从而获得动画连续表现两车碰撞后再碰固定物组合事故全景全过程状态的三维再现效果。

所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故模拟计算结果输出描述子系统包括两车碰撞后再碰固定物组合事故主要特征计算数据表输出模块、两车碰撞后再碰固定物组合事故发生过程简述输出模块以及两车碰撞后再碰固定物组合事故案例数据存储模块；所述的两车碰撞后再碰固定物组合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、两车碰撞点、两车停止点、车身碰撞位置、车身变形量、侧翻滑移距离、侧翻角度、碰前制动距离、固定物类型、固定物被碰撞中心点坐标位置、采取制动措施时的车速、碰撞前瞬间的车速等能够概括表现两车碰撞后再碰固定物组合事故特征的主要数据；所述的两车碰撞后再碰固定物组合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、场地、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；所述的两车碰撞后再碰固定物组合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用于存储模拟计算生成的事故案例数据。

利用本系统的人-机交互界面，输入两车碰撞后再碰固定物组合事故现场勘察数据并经过系统自动校核和预处理后，其结果以三维动画过程再现、二维轨迹重构、两车碰撞后再碰固定物组合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两车碰撞后再碰固定物组合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。

附图说明

图1为两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统框图；

图2为两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入与存储子系统数据流程图；

图3为两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆碰撞地面固定物后运动量计算子系统数据流程图；

图4为两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统数据流程图；

图5为两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞速度模拟计算子系统数据流程图；

图6为两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统数据流程图；

图7为两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统数据流程图；

图8为两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统数据流程图

图9为两车碰撞后再碰固定物组合事故模拟计算结果输出描述子系统数据流程图；

图10为事故基本信息数据输入对话窗口；

图11为碰撞车辆的主要结构参数设置对话窗口；

图12为实施例事故现场道路结构设置对话窗口；

图13为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为实施例汽车车轮状态设置对话窗口；

图16为实施例事故车辆再碰撞固定物状态数据设置对话窗口；

图17为实施例事故车速计算结果；

图18为实施例事故三维过程再现；

图19为实施例事故二维轨迹重构；

图20为实施例车速计算数据表；

图21为实施例事故过程描述。

以下结合附图对本发明的内容作进一步详细说明，需要说明的是凡是在本发明基础之上进行的等同变换或替换均属于本发明要求保护的范围。

具体实施方式

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，本系统包括八大模拟计算子系统：（1）两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入与存储子系统、（2）两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆碰撞地面固定物后运动量计算子系统、（3）两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统、（4）两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞速度模拟计算子系统、（5）两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统、（6）两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统、（7）两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统、（8）两车碰撞后再碰固定物组合事故模拟计算结果输出描述子系统。两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入与存储子系统、两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆碰撞地面固定物后运动量计算子系统、两车碰撞后再碰固定物事故车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统、两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞速度模拟计算子系统以及两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统依次相连，两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统又分别与两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统和两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统相连，同时两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统和两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统与两车碰撞后再碰固定物组合事故模拟计算结果输出描述子系统相连。

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2，两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入与存储子系统，用于实现两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入、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：两车碰撞后再碰固定物组合事故现场勘察数据输入与归一化模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故数据存储模块。

a) 两车碰撞后再碰固定物组合事故现场勘察数据输入与归一化模块，依据交警对车碰撞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，路侧地面固定物位置、类别、形式、尺寸及材质，事故现场道路路段结构形式与平纵曲线参数，事故现场检测获得的事故车辆车对车碰撞位置值、地面固定物碰撞中心地标位置值、最终停车位置值、车体上碰撞痕迹位置值以及路侧地面固定物损坏状态等事故现场基本数据，完成两车碰撞后再碰固定物组合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）两车碰撞后再碰固定物组合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）参见图3，两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆碰撞地面固定物后运动量计算子系统，根据归一化后的地面固定物碰撞中心地标位置、车辆最终停止位置与姿态、地面痕迹等事故现场基础数据，求得汽车与地面固定物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：终端轨迹点迭代拟合计算模块、碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、精细化车轮-地面力学模块。

a) 精细化车轮-地面力学模块根据车辆与地面固定物碰撞中心点的轨迹，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—地面作用力的作用，空气作用力可以忽略不计。轮胎—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，根据车辆与地面固定物碰撞中心的轨迹、地面对轮胎的作用力，计算得到汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的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。本模块利用车辆11自由度运动力学计算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，计算汽车与地面固定物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).）

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基本数据，迭代计算得到汽车与地面固定物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-地面力学模块，从碰撞现场勘测得到的车辆碰撞固定物初始位置开始，用差分数字计算方法先求得对应的车辆计算停止位置，再逆向求解车辆碰撞固定物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固定物后瞬间运动量值，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，根据最新一组碰撞后瞬间运动量值，得到汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值。

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：  

（3）参见图4，两车碰撞后再碰固定物事故车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统，根据归一化处理的事故现场基础数据、汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值，逆向求得车辆与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值。本子系统包括两个模块：基于有限元网格划分原理的车体塑性变形当量冲击速度计算模块和基于有限元网格划分原理的地面固定物变形与剪切当量冲击速度计算模块。

a) 基于有限元网格划分原理的车体塑性变形当量冲击速度计算模块，用于计算事故车辆撞击变形而吸收的当量冲击速度。首先根据有限元网格划分原理圆整事故车辆大面积复杂变形（域）为等效规整变形（域）并计算车辆在失控状态下撞击地面固定物产生塑性变形后所吸收的能量值，然后依据能量守恒原理，折算得到与车身变形能量相当的当量冲击速度。

b) 基于有限元网格划分原理的地面固定物变形与剪切当量冲击速度计算模块，用于计算地面固定物受车辆撞击产生塑性变形及发生剪切折断而吸收的当量冲击速度。首先根据有限元网格划分原理圆整地面固定物变形复杂变形（域）为等效规整变形（域）并计算在事故车辆撞击下地面固定物产生塑性变形后所吸收的能量值，并根据材料力学理论计算地面固定物发生剪切折断的能量值，然后依据能量守恒原理，折算得到与地面固定物变形和折断能量相当的当量冲击速度。

（4）参见图5，两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞速度模拟计算子系统，根据归一化处理的事故现场基本数据和车辆与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值，计算得到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。本子系统包括两个功能模块：两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹拟合计算模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞接触瞬间运动量计算模块。

a) 两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹拟合计算模块，根据两车碰撞中心位置、车辆最终停止位置、车辆与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值、角速度值及车辆运动姿态，求得两车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描述模块和精细化车轮-地面力学模块，从事故现场勘测（并经本系统预处置校核）而得的两车碰撞中心位置开始，采用差分数字计算方法先求得对应的车辆计算停止位置和与地面固定物碰撞瞬间的车辆的6自由度线速度值、角速度值及运动姿态，再根据误差要求逆向求解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。在计算运动量结束时（其中，未发生二次碰撞车辆的计算运动量为0，与地面固定物发生第二次碰撞的车辆的运动量为与固定物碰撞前瞬间的运动量），利用车辆运动状态迭代-收敛判断模型对车辆计算终止位置值（其中，未发生二次碰撞车辆的计算最终位置值为最终停止位置，与地面固定物发生第二次碰撞的车辆计算终止位置值为当前计算得到的与固定物碰撞前瞬间的运动姿态），和碰撞现场实际勘测得到的停止位置及前面计算得到的车辆与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值进行比较，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和上一节计算得到的车辆与地面固定物碰撞瞬间的运动量为止。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，得到两车碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值。

b) 两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞接触瞬间运动量计算模块，根据碰撞后的侧偏运动程度（稳定性状态）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，即可由两车碰撞作用后瞬间车辆的6自由度速度和角速度求得两车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度速度和角速度。

若两车碰撞结束后，参与碰撞固定物的车辆在第二次碰撞前处于可控状态，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；若在两车碰撞结束后，参与碰撞固定物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 E n 。

然后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。

（5）参见图6，两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统，根据归一化处理的事故现场基本数据、碰撞中心点地标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。本子系统根据归一化处理的车辆碰撞前制动距离（痕迹）值或车辆失控侧滑距离（痕迹）值等事故现场基础数据、两车碰撞作用前瞬间车辆6自由度速度和角速度，采用两车碰撞后再碰固定物组合事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故逆向梯次组合计算模块，计算得到事故车辆在危险状态发生前的正常运动状态值（行驶车速）。本子系统包括两个模块：两车碰撞后再碰固定物组合事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故逆向梯次组合计算模块。

a) 两车碰撞后再碰固定物组合事故5质量15自由度车辆动力学计算模块（包括精细化车轮-地面力学模型），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。

b) 两车碰撞后再碰固定物组合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：根据以之前计算得到的车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、两车辆最终停止位置和两车碰撞作用瞬间运动参量为计算目标，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-收敛判断模型对车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、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车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、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与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、两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两车正常行驶车速值就是所要求的值。

（6）参见图7，两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统，根据归一化处理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及行车速度，实现两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹状态的二维重构。本子系统包括二个功能模块：基于CDC（Visual C++设备环境）图形规则的两车碰撞后再碰固定物组合事故诸元（车辆、现场道路与环境）二维图形库模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹定位与图形驱动模块。为了在实际操作中提高计算模拟的精确度，可将本系统的二维重构结果与事故现场采集到的真实情况作对比，如果准确度达到精度要求，则可输出事故模拟计算结果；如果准确度不高，应当在保证事故碰撞中心点基本准确的前提下，适当调整事故现场基本输入参数及经验推测参数，提高计算模拟的准确度，达到优化计算结果的目的。

a) 基于CDC（Visual C++设备环境）图形规则的两车碰撞后再碰固定物组合事故诸元（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) 两车碰撞后再碰固定物组合图形驱动模块，实现利用二维图形对两车碰撞后再碰固定物组合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，以及根据两车碰撞后再碰固定物组合事故逆向梯次组合计算模块计算得到的车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、两车辆最终停止位置和两车碰撞作用瞬间运动参量，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（包括两车碰撞中心地标位置、汽车碰固定物中心地标位置、汽车质心坐标位置），从而取得动画连续表现两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹状态的二维重构效果。

（7）参见图8，两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统，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及行车速度，实现两车碰撞后再碰固定物组合事故全景全过程状态的三维再现。本子系统包括两个功能模块：基于OpenGL图形技术的两车碰撞后再碰固定物组合事故诸元（车辆、现场道路与环境）底层三维透视图形建模模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故动画驱动及印迹显示模块。为了在实际操作中提高计算模拟的精确度，可将本系统的三维过程再现结果与事故现场采集到的真实情况作对比，如果准确度达到精度要求，则可输出事故模拟计算结果；如果准确度不高，应当在保证事故碰撞中心基本准确的前提下，适当调整事故现场基本输入参数及经验推测参数，提高计算模拟的准确度，达到优化计算结果的目的。

a) 基于OpenGL图形技术的两车碰撞后再碰固定物组合事故诸元（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、电线杆、大树等三维透视图形的底层建模。 

b) 两车碰撞后再碰固定物组合事故动画驱动及印迹显示模块，实现利用3维透视图形对两车碰撞后再碰固定物组合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，以及根据两车碰撞后再碰固定物组合事故逆向梯次组合计算模块计算得到的车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、两车辆最终停止位置和两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，实现利用碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、5质量15自由度车辆动力学计算模块、逆向梯次组合计算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（包括两车碰撞中心地标位置、车辆碰撞固定物中心位置示意），取得动画连续表现两车碰撞后再碰固定物组合事故全景全过程状态的三维再现效果。

（8）参见图9，两车碰撞后再碰固定物组合事故模拟计算结果输出描述子系统，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、行车速度及事故轨迹二维重构，输出两车碰撞后再碰固定物组合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。本子系统包括三个模块：两车碰撞后再碰固定物组合事故主要特征计算数据表输出模块、两车碰撞后再碰固定物组合事故发生过程简述输出模块以及两车碰撞后再碰固定物组合事故案例数据存储模块。

a）两车碰撞后再碰固定物组合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、两车碰撞点、两车停止点、车身碰撞位置、车身变形量、侧翻滑移距离、侧翻角度、碰前制动距离、固定物类型、固定物被碰撞中心点坐标位置、采取制动措施时的车速、碰撞前瞬间的车速等能够概括表现两车碰撞后再碰固定物组合事故特征的主要数据。

b）两车碰撞后再碰固定物组合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、场地、事故车辆行驶状态、计算行驶车速、事故过程文字描述及2维轨迹描述。

c）两车碰撞后再碰固定物组合事故案例数据存储模块，用于存储模拟计算生成的事故案例数据。采用Access数据库技术，利用 VC++6.0开发平台建立了事故案例数据仓库。

利用本发明系统的人机交互界面，可以实现两车碰撞后再碰固定物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、两车碰撞后再碰固定物组合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。

使用本发明系统经过对两车碰撞后再碰固定物组合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、两车碰撞后再碰固定物组合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两车碰撞后再碰固定物组合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

2010年06月27日15时55分许，在咸阳西宝高速公路K168+100m处，由西向东行驶的雪佛兰LZW7080型轿车与由西向东行驶的北京现代BH7167M型轿车发生追尾碰撞事故，其中雪佛兰LZW7080型轿车与路侧护栏发生了二次碰撞事故。事故现场高速公路，东西方向为双向6车道。事故发生时晴天，干沥青路面。

将事故现场数据数据输入系统对话窗口数据操作步骤如下：

① 如图10所示，运行软件，执行【车辆碰撞后再碰固定物事故】命令，弹出【车-车碰撞+再碰固定物组合事故对话窗口】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，输入事故发生时的基本信息。在此选择【甲车再碰固定物】按钮，模拟计算两车辆碰撞后再碰固定物组合事故。

② 如图11所示，第一步对话框内容输入完毕后，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车辆结构参数数据，设定事故发生时车辆类型等数据。

③ 如图12所示，第二步对话框内容输入完毕后，单击【下一步】按钮，弹出【事故现场道路结构对话窗口】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，在对话框中输入道路结构信息。

④ 如图13所示，第三步对话框内容输入完毕后，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，在对话框中输入车辆碰撞位置点、最后停止点以及车辆碰撞中心位置数据。

数据输入注意事项：侧翻后汽车车体与地面滑动摩擦系数推荐值为0.35-0.65，由低到高取值顺序为：混凝土路面、沥青路面、土石路面。对于农用三轮车，其碰撞时及停止时位置坐标应输入该车前轮位置坐标。如果为两车碰撞+再坠车组合事故，相应的停止位置为车辆冲出路面瞬间点位置；如果为两车碰撞+再碰固定物组合事故，相应的停止位置为车辆与固定物碰撞瞬间点位置。事故车辆为半挂车时前述停止位置车辆方位角输入为挂车的方位角，此偏差值为主车方位角与挂车方位角的差值，主车相对挂车向左偏时此偏差角取正值。

⑤ 如图14所示，第四步对话框内容输入完毕后，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…】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，在对话框中输入车辆碰撞瞬间质心位置和车辆碰撞前的运动痕迹点。

数据输入注意事项：在碰撞点之前有路面制动痕迹时，第1点为事故碰撞瞬间车辆质心点（参考点）到路面制动痕迹起点之间的点；第2点为路面制动痕迹起点对应的车辆质心点；第3及第4点顺序为制动痕迹起点前的车辆行驶轨迹质心点；在碰撞点之前没有路面制动痕迹时，全部点顺序为从碰撞位置点向前反推的车辆行驶质心轨迹点；碰撞前车辆为停止状态时，所有4个点的坐标值都输为0。

⑥ 如图15所示，第五步对话框内容输入完毕后，单击【下一步】按钮，弹出【汽车车轮状态对话窗口】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。数据输入注意事项：车轮制动抱死时输入1；车轮没有制动抱死时输入0；前轮转角以左转向角为正值，右转向角为负值；碰撞后操控行驶现象仅限于小轿车与重型货车在碰撞事故。

⑦ 如图16所示，第六步对话框内容输入完毕后，单击【下一步】按钮，弹出【甲车再碰撞固定物状态对话窗口】对话框。根据交警对事故现场勘验获得的碰撞位置参数、固定物类型和地面痕迹检测数据，在对话框中输入汽车碰撞位置点、最后停止点及地面固定物的状态等数据。数据输入注意事项：对于农用三轮车，其碰撞时及停止时位置坐标应输入该车前轮位置坐标。碰撞圆形固定物或没有碰撞摩擦滑动过程时，碰撞前、后瞬间为同一数值。事故车辆为半挂车时，前述停止位置车辆方位角输入为挂车的方位角，此偏差值为主车方位角与挂车方位角的差值，主车相对挂车向左偏时，此偏差角取正值。

⑧ 第七步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，两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统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。

本发明的两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现具体系统操作步骤为：

（1） 如图17所示，单击工具栏【事故计算】按钮，进行事故车辆碰撞运动力学计算。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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 (9)

1.一种两车碰撞后再碰固定物组合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：

两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入与存储子系统，用以实现两车碰撞后再碰固定物事故现场基本数据录入、特征点自动校核、现场录入参数归一化与存储；

两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆碰撞地面固定物后运动量计算子系统，根据归一化后的地面固定物碰撞中心地标位置、车辆最终停止位置与姿态、地面痕迹等事故现场基础数据，求得汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值；

两车碰撞后再碰固定物事故车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统，根据归一化处理的事故现场基础数据、汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值，逆向求得车辆与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值；

两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞速度模拟计算子系统，根据归一化处理的事故现场基本数据和车辆与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值，计算得到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；

两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统，根据归一化处理的事故现场基本数据、碰撞中心点地标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；

两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统，根据归一化处理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及行车速度，实现两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹状态的二维重构；

两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统，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及行车速度，实现两车碰撞后再碰固定物组合事故全景全过程状态的三维再现；

两车碰撞后再碰固定物组合事故模拟计算结果输出描述子系统,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、行车速度及事故轨迹二维重构，输出两车碰撞后再碰固定物组合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；

所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入与存储子系统、两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆碰撞地面固定物后运动量计算子系统、两车碰撞后再碰固定物事故车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统、两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞速度模拟计算子系统以及两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统依次相连，两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统又分别与两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统和两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统相连，同时两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统和两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统与两车碰撞后再碰固定物组合事故模拟计算结果输出描述子系统相连。

2.如权利要求1所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统，其特征在于：所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故现场基本数据录入与存储子系统包括两车碰撞后再碰固定物组合事故现场勘察数据输入与归一化模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故数据存储模块；其中两车碰撞后再碰固定物组合事故现场勘察数据输入与归一化模块依据交警碰撞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，路侧地面固定物位置、类别、形式、尺寸及材质，事故现场道路路段结构形式与平纵曲线参数，事故现场检测获得的事故车辆车对车碰撞位置值、地面固定物碰撞中心地标位置值、最终停车位置值、车体上碰撞痕迹位置值以及路侧地面固定物损坏状态等事故现场基本数据，完成两车碰撞后再碰固定物组合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；两车碰撞后再碰固定物组合事故数据存储功能模块，采用Access数据库方法，利用 VC++6.0开发平台建立了事故现场勘察数据仓库，用于存储归一化处理的事故现场基本数据。

3.如权利要求1所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统，其特征在于：所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故车辆碰撞地面固定物后运动量计算子系统包括精细化车轮-地面力学模块、碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块及终端轨迹点迭代拟合计算模块；所述的精细化车轮-地面力学模块根据车辆与地面固定物碰撞中心点的轨迹，计算地面对轮胎的作用力；碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块，根据车辆与地面固定物碰撞中心的轨迹、地面对轮胎的作用力，计算得到汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值；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基本数据，迭代计算得到汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度；

所述的终端轨迹点迭代拟合计算模块其具体迭代计算方法为：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-地面力学模块，从碰撞现场勘测得到的车辆碰撞固定物初始位置开始，用差分数字计算方法先求得对应的车辆计算停止位置，再逆向求解车辆碰撞固定物后瞬间车辆质心速度和横摆角速度等运动量，当计算运动量为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固定物后瞬间运动量值，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，根据最新一组碰撞后瞬间运动量值，则得到汽车与地面固定物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所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统，其特征在于：所述的两车碰撞后再碰固定物事故车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统包括基于有限元网格划分原理的车体塑性变形当量冲击速度计算模块和基于有限元网格划分原理的地面固定物变形与剪切当量冲击速度计算模块；所述的基于有限元网格划分原理的车体塑性变形当量冲击速度计算模块，用于计算事故车辆撞击变形而吸收的当量冲击速度，该模块具体计算方法为首先根据有限元网格划分原理圆整事故车辆大面积复杂变形区域为等效规整变形区域并计算车辆在失控状态下撞击地面固定物产生塑性变形后所吸收的能量值，然后依据能量守恒原理，计算得到与车身变形能量相当的当量冲击速度；所述的基于有限元网格划分原理的地面固定物变形与剪切当量冲击速度计算模块，用于计算地面固定物受车辆撞击产生塑性变形及发生剪切折断而吸收的当量冲击速度，该模块具体计算方法为：首先根据有限元网格划分原理圆整地面固定物变形复杂变形区域为等效规整变形区域并计算在事故车辆撞击下地面固定物产生塑性变形后所吸收的能量值，并根据材料力学理论计算地面固定物发生剪切折断的能量值，然后依据能量守恒原理，折算得到与地面固定物变形和折断能量相当的当量冲击速度。

5.如权利要求1所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统，其特征在于：两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞速度模拟计算子系统包括两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹拟合计算模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞接触瞬间运动量计算模块；所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹拟合计算模块，根据两车碰撞中心位置、车辆最终停止位置、车辆与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值、角速度值及车辆运动姿态，求得两车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描述模块和精细化车轮-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的两车碰撞中心位置开始，采用差分数字计算方法先求得对应的车辆计算停止位置和与地面固定物碰撞瞬间的车辆的6自由度线速度值、角速度值及运动姿态，再根据误差要求逆向求解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；所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故两车碰撞接触瞬间运动量计算模块，根据碰撞后的侧偏运动程度或稳定性状态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型，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型，即可由两车碰撞作用后瞬间车辆的6自由度速度和角速度求得两车碰撞作用前瞬间事故车辆的6自由度速度和角速度。

6.如权利要求1所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统，其特征在于：所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故两车行驶车速模拟计算子系统，包括两车碰撞后再碰固定物组合事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故逆向梯次组合计算模块；所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故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；所述的两车碰撞后再碰固定物组合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，根据计算得到的车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、两车辆最终停止位置和两车碰撞作用瞬间运动参量为计算目标，根据事故现场地面痕迹状况确定的车辆碰撞前制动距离或痕迹值或车辆失控侧滑距离或痕迹值、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。

7.如权利要求1所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统，其特征在于：所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹二维重构子系统包括基于CDC图形规则的两车碰撞后再碰固定物组合事故诸元二维图形库模块两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹定位与图形驱动模块；所述的基于CDC图形规则的两车碰撞后再碰固定物组合事故诸元二维图形库模块，是基于Visual C++设备环境将事故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图形规则的事故储元；所述的两车碰撞后再碰固定物组合图形驱动模块，利用二维图形对两车碰撞后再碰固定物组合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，以及根据两车碰撞后再碰固定物组合事故逆向梯次组合计算模块计算得到的车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、两车辆最终停止位置和两车碰撞作用瞬间运动参量，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包括车辆质心坐标值和方位角以及瞬时运动量包括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，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两车碰撞中心地标位置、汽车碰固定物中心地标位置或汽车质心坐标位置，从而取得动画连续表现两车碰撞后再碰固定物组合事故轨迹状态的二维重构效果。

8.如权利要求1所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统，其特征在于：所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故三维模拟再现子系统，包括基于OpenGL图形技术的两车碰撞后再碰固定物组合事故诸元底层三维透视图形建模模块和两车碰撞后再碰固定物组合事故动画驱动及印迹显示模块；所述的基于OpenGL图形技术的两车碰撞后再碰固定物组合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、电线杆、大树相关固定物三维透视图形的底层建模；所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故动画驱动及印迹显示模块实现利用三维透视图形对两车碰撞后再碰固定物组合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碰撞位置等事故现场勘察数据，以及根据两车碰撞后再碰固定物组合事故逆向梯次组合计算模块计算得到的车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、两车辆最终停止位置和两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，实现利用碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、5质量15自由度车辆动力学计算模块、逆向梯次组合计算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包括车辆质心坐标值及车身横摆、俯仰、侧倾3自由度角度值以及瞬时运动量包括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和车轮地面印迹包括两车碰撞中心地标位置、车辆碰撞固定物中心位置示意，从而获得动画连续表现两车碰撞后再碰固定物组合事故全景全过程状态的三维再现效果。

9.如权利要求1所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故分析计算与模拟再现系统，其特征在于：所述的两车碰撞后再碰固定物组合事故模拟计算结果输出描述子系统包括两车碰撞后再碰固定物组合事故主要特征计算数据表输出模块、两车碰撞后再碰固定物组合事故发生过程简述输出模块以及两车碰撞后再碰固定物组合事故案例数据存储模块；所述的两车碰撞后再碰固定物组合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、两车碰撞点、两车停止点、车身碰撞位置、车身变形量、侧翻滑移距离、侧翻角度、碰前制动距离、固定物类型、固定物被碰撞中心点坐标位置、采取制动措施时的车速、碰撞前瞬间的车速等能够概括表现两车碰撞后再碰固定物组合事故特征的主要数据；所述的两车碰撞后再碰固定物组合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、场地、事故车辆行驶状态、计算行驶车速、事故过程文字描述及2维轨迹描述；所述的两车碰撞后再碰固定物组合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。

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