CN102073790B - 汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于公安交通管理部门道路交通事故鉴定的汽车碰行人后再碰固定物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，计算得到汽车碰行人后再碰固定物事故中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、汽车碰行人后再碰固定物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，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，同时本发明适于广泛推广具有明显的行业共性和社会公益性。

Description

汽车碰行人后再碰固定物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，特别针对一类汽车碰行人后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

传统的汽车碰行人后再碰固定物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，尤其是在面对汽车碰行人后再碰固定物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。

汽车碰行人后再碰固定物事故是指汽车碰撞行人后再发生事故车辆碰撞地面固定物（如电线杆、大树、护栏、护墩等）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。汽车碰行人后再碰固定物事故作为一种特定的道路交通事故形态，由于事故汽车又发生了与地面固定物碰撞的二次事故，使得汽车碰撞行人作用后汽车的运动不再是一个完整的车辆-地面力学运动，而且在事故汽车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。

本发明涉及计算机仿真应用技术领域，特别针对一类汽车碰行人后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。

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碰行人后再碰固定物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，计算得到汽车碰行人后再碰固定物事故中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、汽车碰行人后再碰固定物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：

一种汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统，所述的计算机系统至少包括：

汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据录入与存储子系统，用于实现汽车碰行人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功能；

汽车与地面固定物碰撞后运动量计算子系统，根据归一化后的汽车与地面固定物碰撞中心位置、车辆最终停止位置与姿态、地面痕迹等事故现场基础数据，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；

汽车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勘察数据、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，逆向求得汽车与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值；

汽车碰撞行人后瞬间运动量模拟计算子系统，根据归一化处理后的汽车碰撞行人中心位置、车辆最终停止位置与姿态，以及被撞行人运动状态、倒地位置和最终停止位置等事故现场勘察数据、汽车与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值，逆向求得汽车与行人碰撞作用后瞬间汽车的6自由度线速度与角速度值；

汽车行驶车速模拟计算子系统，根据归一化处理的车辆碰撞前制动距离（痕迹）值、车辆行驶方向等事故现场勘察数据、汽车与行人碰撞作用后瞬间车辆6自由度速度和角速度，采用汽车碰行人后再碰固定物事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和汽车碰行人后再碰固定物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车速；

汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统，根据归一化处理的事故现场勘察数据、汽车与行人碰撞作用前瞬间汽车的6自由度线速度和角速度及正常行车车速，实现汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹状态的二维重构；

汽车碰行人后再碰固定物事故三维过程再现子系统，根据归一化校核处置的事故现场勘察数据、汽车与行人碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及行车速度，实现汽车碰行人后再碰固定物事故全景全过程状态的三维再现；

汽车碰行人后再碰固定物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勘察数据、汽车与行人碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度、汽车与固定物碰撞作用前瞬间汽车的6自由度线速度和角速度、汽车行车速度及事故轨迹二维重构，输出汽车碰行人后再碰固定物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；

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据录入与存储子系统、汽车与地面固定物碰撞后运动量计算子系统、汽车与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统、汽车碰撞行人后瞬间运动量模拟计算子系统以及汽车行驶车速模拟计算子系统依次相连，汽车行驶车速模拟计算子系统又分别与汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统和汽车碰行人后再碰固定物事故三维过程再现子系统相连，同时汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统和汽车碰行人后再碰固定物事故三维过程再现子系统与汽车碰行人后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统相连。

本发明的其他技术特征为：

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据录入与存储子系统包括汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据输入与归一化模块和汽车碰行人后再碰固定物事故数据存储模块；所述的汽车碰行人后再碰固定物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，行人行走方向及碰后运动状态、人体质量、汽车与行人碰撞时的碰撞中心位置、再碰固定物位置、车辆最终停车位置、车体上碰撞痕迹位置以及路侧地面固定物损坏状态等事故现场基本数据，完成汽车碰行人后再碰固定物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；所述的汽车碰行人后再碰固定物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，用于存储归一化处理的事故现场基本数据。

所述的汽车与地面固定物碰撞后运动量计算子系统，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；

所述的汽车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；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。

所述的汽车碰撞行人后瞬间运动量模拟计算子系统包括四个模块：精细化车轮-地面力学模块、汽车碰撞行人后运动力学计算模块、碰撞后行人动力学计算模块、汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹迭代拟合计算模块；所述的精细化车轮-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—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；

所述的汽车碰撞行人后动力学计算模块，本模块主要根据归一化处理后的事故现场勘察数据、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；所述的行人碰撞后动力学计算模块，采用多刚体动力学计算方法，多刚体多力学计算方法设定多个刚体、无质量的弹簧、阻尼以及各种动态铰来描述人体系统的动态响应，对大位移系统做运动分析；

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹迭代拟合计算模块，该模块根据汽车与行人碰撞中心位置、车辆最终停止位置、行人最终停止位置及姿态、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，计算汽车与行人碰撞作用后瞬间汽车的质心速度和横摆角速度等运动量，利用汽车运动状态迭代-收敛判断模型对汽车当前计算得到的与固定物碰撞前瞬间的运动量、汽车最终停止位置、行人最终停止位置，和碰撞现场实际勘测得到的汽车和行人停止位置及前一节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，当误差较大时，则应用优化方法中的黄金分割原理迭代一组新的汽车与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，得到汽车与行人碰撞作用后瞬间汽车的6自由度线速度与角速度值。

所述的汽车行驶车速模拟计算子系统包括汽车碰行人后再碰固定物事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和汽车碰行人后再碰固定物事故逆向梯次组合计算模块；

所述的汽车碰行人后再碰固定物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车辆与固定物碰撞瞬间的运动量和运动姿态、汽车最终停止位置、行人最终停止位置、汽车碰撞行人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、汽车与固定物发生碰撞前的失控状态与形式、汽车碰撞行人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与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车最终停止位置、行人最终停止位置、汽车碰撞行人作用瞬间运动参量，和碰撞现场实际勘测得到的车辆和行人停止位置以及汽车与固定物碰撞瞬间的运动量和运动姿态、汽车碰撞行人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，当误差还较大时，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固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车碰撞行人瞬间运动参量为止。

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统包括基于CDC图形规则的汽车碰行人后再碰固定物事故诸元二维图形库模块和汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹定位与图形驱动模块；所述的基于CDC图形规则的汽车碰行人后再碰固定物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，调用二维图形库中汽车、行人、道路结构、固定物图形规则的事故储元；所述的汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹定位与图形驱动模块，实现利用二维图形对汽车碰行人后再碰固定物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、行人的最终停止位置、汽车初始行驶路线、汽车与行人的碰撞中心位置、地面轮胎印迹、固定物位置及类型、汽车与固定物碰撞中心位置等事故现场勘察数据，以及由汽车碰行人后再碰固定物事故逆向梯次组合计算模块计算得到的汽车与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车与行人的最终停止位置、汽车与行人碰撞作用瞬间运动参量，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行人在各个环节和各个时段的瞬时姿态包括汽车和行人质心坐标值、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汽车和行人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行人碰撞中心地标位置、汽车碰固定物中心位置、汽车和行人的质心位置，从而取得动画连续表现汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹状态的二维重构效果。

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故三维过程再现子系统包括基于OpenGL图形技术的汽车碰行人后再碰固定物事故诸元底层三维透视图形建模模块和汽车碰行人后再碰固定物事故动画驱动及印迹显示模块；所述的基于OpenGL图形技术的汽车碰行人后再碰固定物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、行人、固定物包括路侧护栏、路侧护墩、大树、建筑物墙体、路侧边坡、电线杆、圆形柱、矩形柱三维透视图形的底层建模；所述的汽车碰行人后再碰固定物事故动画驱动及印迹显示模块，实现利用3维透视图形对汽车碰行人后再碰固定物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汽车、行人的最终停止位置、汽车初始行驶路线、汽车与行人的碰撞中心位置、地面轮胎印迹、固定物位置及类型、汽车与固定物碰撞中心位置等事故现场勘察数据，以及由汽车碰行人后再碰固定物事故逆向梯次组合计算模块计算得到的汽车与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车与行人的最终停止位置、汽车与行人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、侧倾相关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，即汽车行驶方向、行人前进方向、车轮地面印迹、汽车与行人最终停止位置，取得动画连续表现汽车碰行人后再碰固定物事故全景全过程状态的三维再现效果。

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统包括汽车碰行人后再碰固定物事故主要特征计算数据表输出模块、汽车碰行人后再碰固定物事故发生过程简述输出模块以及汽车碰行人后再碰固定物事故案例数据存储模块；所述的汽车碰行人后再碰固定物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、汽车与行人碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及汽车的行车速度，输出事故发生时的公有参数、与汽车相关的参数以及与行人相关的参数；

所述的汽车碰行人后再碰固定物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、行人行走方向、汽车发生二次碰撞的固定物类型、事故过程文字描述二维轨迹描述；

所述的汽车碰行人后再碰固定物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。

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，是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为汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现系统框图；

图2为汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据录入与存储子系统数据流程图；

图3为汽车与地面固定物碰撞后运动量计算子系统数据流程图；

图4为汽车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为汽车碰撞行人后瞬间运动量模拟计算子系统数据流程图；

图6为汽车行驶车速模拟计算子系统数据流程图；

图7为汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统数据流程图；

图8为汽车碰行人后再碰固定物事故三维过程再现子系统数据流程图

图9为汽车碰行人后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统数据流程图；

图10为实施例事故基本信息数据输入对话窗口；

图11为实施例事故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为实施例事故车辆碰撞点、停止点及车上碰撞痕迹点位置数据输入对话框；

图14为实施例事故车辆碰撞前运动轨迹点及行人走行轨迹点设置对话窗口；

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

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，本系统包括八大模拟计算子系统：（1）汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据录入与存储子系统、（2）汽车与地面固定物碰撞后运动量计算子系统、（3）汽车与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统、（4）汽车碰撞行人后瞬间运动量模拟计算子系统、（5）汽车行驶车速模拟计算子系统、（6）汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统、（7）汽车碰行人后再碰固定物事故三维过程再现子系统、（8）汽车碰行人后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统。利用本系统的人-机交互界面，输入汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据并经过系统自动校核和预处理后，完成事故车辆运动力学状态分析计算、事故二维轨迹重构、三维过程再现、事故案例存档、汽车碰行人后再碰固定物事故主要特征计算数据表输出以及事故发生过程简述输出等功能。

（1）参见图2，汽车碰行人后再碰固定物事故现场基本数据录入与存储子系统，用于实现汽车碰行人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：汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据输入与归一化模块和汽车碰行人后再碰固定物事故数据存储模块。

a) 汽车碰行人后再碰固定物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，行人行走方向及碰后运动状态、人体质量、汽车与行人碰撞时的碰撞中心位置、再碰固定物位置、车辆最终停车位置、车体上碰撞痕迹位置以及路侧地面固定物损坏状态等事故现场基本数据，完成汽车碰行人后再碰固定物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）汽车碰行人后再碰固定物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）参加图3，汽车与地面固定物碰撞后运动量计算子系统，根据归一化后的汽车与地面固定物碰撞中心位置、车辆最终停止位置与姿态、地面痕迹等事故现场基础数据，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。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）汽车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勘察数据、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，汽车碰撞行人后瞬间运动量模拟计算子系统，根据归一化处理后的汽车碰撞行人中心位置、车辆最终停止位置与姿态，以及被撞行人运动状态、倒地位置和最终停止位置等事故现场勘察数据、汽车与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值，逆向求得汽车与行人碰撞作用后瞬间汽车的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、汽车碰撞行人后运动力学计算模块、碰撞后行人动力学计算模块、汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹迭代拟合计算模块。

a) 精细化车轮-地面力学模块，用于计算碰撞过程中地面对轮胎上作用力，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。

b) 汽车碰撞行人后动力学计算模块，本模块主要根据归一化处理后的事故现场勘察数据、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) 行人碰撞后动力学计算模块，用于对人体在碰撞过程中的动力学模拟计算，分析各个瞬时人体的受力状况与运动姿态。本模块采用多刚体动力学计算方法，多刚体多力学计算方法设定多个刚体、无质量的弹簧、阻尼以及各种动态铰来描述人体系统的动态响应，对大位移系统做运动分析，能够更好地处理非线性问题，建模方便而且计算速度也较快。

① 三维人体多刚体系统结构

本计算模块将人体简化为由13个刚体组成的多体系统，用顶点B _i （i=1,2

13）表示刚体，有向弧O _j （j=1,2

13）表示铰。在系统的运动学和动力学分析中，用关联矩阵S描述系统内各刚体与铰的关联情况，用通路矩阵T来描述系统内各刚体与零刚体之间的通路情况。关联矩阵S中的S _ij 和通路矩阵T中的元素T _ji 分别被定义为：

关联矩阵S和联通矩阵T分别为：

② 人体模型的基本参数

人体模型中各部分的刚度和关节特征：

躯干关节特征值：弯曲时刚度为3.8N·m/deg，扭转时为3.2 N·m/deg；颈关节特征值：1.4 N·m/deg，扭转时为1.1 N·m/deg；髋关节特征值：在较小力矩作用下的最大横向变形为200

；膝关节特征值：最大弯矩为120 N·m；裸关节特征值：最大弯矩为80 N·m；肩关节、肘关节可视为万向节，具有与解剖学运用相适应的良好运动可能性；骨盆刚度的承载极限为6 kN；躯干中部刚度承载极限为3 kN；躯干上部承载极限为3 kN；头部刚度变形极限为5 kN；大腿刚度的承载极限为7 kN；小腿的承载极限为5 kN；脚的承载极限为3 kN；踝部刚度承载极限为6.5 kN；上臂刚度承载极限为2 kN；前臂承载极限为2 kN。在模拟计算中人体对地面的摩擦系数取为0.6。

③ 人体运动学方程

对于行人人体多体系统，各刚体之间的相互运动只有转动，当连接两个刚体的铰为铰球时，采用Bryant角作为描述刚体空间转动的广义坐标。在汽车对行人碰撞中，行人属于无根多体系统，以抽象的参考坐标为零刚体(

)，

与B ₁ 以虚铰O ₁ 相关联。

设

（j=1,2

13）铰联结的刚体偶对为

和B _i(j) ，B _i(j) 为

的内接刚体。定义

为各铰的转轴基矢量（

=1，…，

，为

铰的自由度），q _jk 为与铰

关联的邻接刚体之间相对转动的广义坐标，则

相对于B _i(j) 的相对角速度为

和相对角速度

可由下式表述：

式中，

；n为系统中铰的个数。

利用通路矩阵T可以写出各刚体的绝对角速度

和角加速度

为：

；

式中，

。

采用分析力学中的Jourdan原理进行动力学方程的推导，得到人体的动力学方程为：

行人质心运动方程：

；

行人刚体运动姿态：；

式中，，

为系统中内力的总功率，；为系统总质量；为外力主矢；m _i 为刚体B _i 的质量；J _i 为刚体B _i 的中心惯性张量；

为系统总质心

相对于惯性空间中固定点

的矢量，

为刚体质心O _ci 相对于的矢径；

为刚体质心O _ci 相对于固定参考点

的转动角速度；和

为系统外对刚体作用的主动力相对质心简化的主矢和主矩；

为刚体之间通过转动铰

作用的主动力矩。

d) 汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹迭代拟合计算模块，根据汽车与行人碰撞中心位置、车辆最终停止位置、行人最终停止位置及姿态、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，计算汽车与行人碰撞作用后瞬间汽车的质心速度和横摆角速度等运动量。本模块根据汽车碰撞行人后动力学计算模块中采用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）而得的汽车与行人碰撞中心位置开始，采用差分数字计算方法先求得行人计算停止位置和汽车与地面固定物碰撞瞬间的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汽车与行人碰撞作用后瞬间汽车的6自由度线速度和角速度。在计算运动量结束时，利用汽车运动状态迭代-收敛判断模型对汽车当前计算得到的与固定物碰撞前瞬间的运动量、汽车最终停止位置、行人最终停止位置，和碰撞现场实际勘测得到的汽车和行人停止位置及前一节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汽车与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，得到汽车与行人碰撞作用后瞬间汽车的6自由度线速度与角速度值。

（5）参见图6，汽车行驶车速模拟计算子系统，根据归一化处理的车辆碰撞前制动距离（痕迹）值、车辆行驶方向等事故现场勘察数据、汽车与行人碰撞作用后瞬间车辆6自由度速度和角速度，采用汽车碰行人后再碰固定物事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和汽车碰行人后再碰固定物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：汽车碰行人后再碰固定物事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和汽车碰行人后再碰固定物事故逆向梯次组合计算模块。由于行人与汽车质量上的差异较大，汽车与行人碰撞瞬间的运动状态基本不受行人质量的影响，汽车将在紧急制动行驶一段距离后与固定物发生碰撞，汽车与行人碰撞作用后瞬间车辆6自由度速度和角速度和汽车与行人碰撞作用前瞬间车辆6自由度速度和角速度基本保持一致。

汽车碰行人后再碰固定物事故5质量15自由度车辆动力学计算模块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；所述的汽车碰行人后再碰固定物事故5质量15自由度车辆动力学计算模块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；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）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。

汽车碰行人后再碰固定物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：根据以前节计算得到的车辆与固定物碰撞瞬间的运动量和运动姿态、汽车最终停止位置、行人最终停止位置、汽车碰撞行人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、汽车与固定物发生碰撞前的失控状态与形式、汽车碰撞行人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与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车最终停止位置、行人最终停止位置、汽车碰撞行人作用瞬间运动参量，和碰撞现场实际勘测得到的车辆和行人停止位置、上述步骤计算得到的汽车与固定物碰撞瞬间的运动量和运动姿态、汽车碰撞行人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固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车碰撞行人瞬间运动参量为止。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正常行驶车速值就是所要求的值。

（6）参见图7，汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统，根据归一化处理的事故现场勘察数据、汽车与行人碰撞作用前瞬间汽车的6自由度线速度和角速度及正常行车车速，实现汽车碰行人后再碰固定物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）图形规则的汽车碰行人后再碰固定物事故诸元（车辆、现场道路与环境、行人、固定物）二维图形库模块和汽车碰行人后再碰固定物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）图形规则的汽车碰行人后再碰固定物事故诸元（车辆、现场道路与环境、行人、固定物）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、行人、道路结构、固定物等CDC图形规则的事故储元。

b) 汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹定位与图形驱动模块，实现利用二维图形对汽车碰行人后再碰固定物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汽车、行人的最终停止位置、汽车初始行驶路线、汽车与行人的碰撞中心位置、地面轮胎印迹、固定物位置及类型、汽车与固定物碰撞中心位置等事故现场勘察数据，以及由汽车碰行人后再碰固定物事故逆向梯次组合计算模块计算得到的汽车与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车与行人的最终停止位置、汽车与行人碰撞作用瞬间运动参量，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行人在各个环节和各个时段的瞬时姿态（汽车和行人质心坐标值、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（为了提高精度，本子系统计算中取为0.0002s）的前提下，在计算机屏幕上适时显示事故汽车和行人在给定时间计算步长上的各瞬时形态和特征点（包括汽车与行人碰撞中心地标位置、汽车碰固定物中心位置、汽车和行人的质心位置），从而取得动画连续表现汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹状态的二维重构效果。

（7）汽车碰行人后再碰固定物事故三维过程再现子系统，根据归一化校核处置的事故现场勘察数据、汽车与行人碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及行车速度，实现汽车碰行人后再碰固定物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图形技术的汽车碰行人后再碰固定物事故诸元（车辆、现场道路与环境、行人、固定物）底层3维透视图形建模模块和汽车碰行人后再碰固定物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图形技术的汽车碰行人后再碰固定物事故诸元（车辆、现场道路与环境、行人、固定物）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、行人、固定物（路侧护栏、路侧护墩、大树、建筑物墙体、路侧边坡、电线杆、圆形柱、矩形柱）等三维透视图形的底层建模。 

b) 汽车碰行人后再碰固定物事故动画驱动及印迹显示模块，实现利用3维透视图形对汽车碰行人后再碰固定物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汽车、行人的最终停止位置、汽车初始行驶路线、汽车与行人的碰撞中心位置、地面轮胎印迹、固定物位置及类型、汽车与固定物碰撞中心位置等事故现场勘察数据，以及由汽车碰行人后再碰固定物事故逆向梯次组合计算模块计算得到的汽车与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车与行人的最终停止位置、汽车与行人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（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（汽车行驶方向、行人前进方向等）、车轮地面印迹、汽车与行人最终停止位置，取得动画连续表现汽车碰行人后再碰固定物事故全景全过程状态的三维再现效果。

（8）汽车碰行人后再碰固定物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勘察数据、汽车与行人碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度、汽车与固定物碰撞作用前瞬间汽车的6自由度线速度和角速度、汽车行车速度及事故轨迹二维重构，输出汽车碰行人后再碰固定物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：汽车碰行人后再碰固定物事故主要特征计算数据表输出模块、汽车碰行人后再碰固定物事故发生过程简述输出模块以及汽车碰行人后再碰固定物事故案例数据存储模块。

a）汽车碰行人后再碰固定物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、汽车与行人碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及汽车的行车速度，输出事故发生时的公有参数有：时间、地点、天气、路面状况等；输出与汽车相关的参数有：车牌号、汽车质量、碰撞前轨迹点、碰撞点、方位角、停止点、车身碰撞位置、最大变形量、碰前制动距离、侧翻滑移距离、侧翻角度、汽车再碰固定物类型、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；输出与行人相关的参数有：被撞人姓名、行人质量、事故前行人行走轨迹点、行人在被车撞时的位置点、行人在被撞位置时的方位角、行人被撞出后的落地位置点、行人在落地位置时的方位角、行人摔出最后停止位置点、行人最后停止位置时方位角。

b）汽车碰行人后再碰固定物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、行人行走方向、汽车发生二次碰撞的固定物类型、事故过程文字描述及2维轨迹描述。

c）汽车碰行人后再碰固定物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。

使用本发明系统经过对汽车碰行人后再碰固定物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、汽车碰行人后再碰固定物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碰行人后再碰固定物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

2004年7月15日21时40分，在陕西省西安市长安区新环山公路K69+500m处，一辆又西向东行驶的长安SC6350微型普通客车与一名有北向南横穿道路的行人发生碰撞事故，其中长安SC6350微型普通客车与路侧大树发生了二次碰撞事故。事故现场城市道路，东西方向为双向4车道。事故发生时晴天，干沥青路面。

汽车碰行人后再碰固定物事故数据输入操作步骤：

① 如图10所示，运行本子系统，执行【车碰行人后再碰固定物事故】命令，弹出【车-两轮车（或行人）后再碰固定物组合事故基本情况对话窗口】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事故发生时的基本信息。

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【事故车类型对话窗口】对话框。根据交警对事故现场勘验获得的汽车和被撞行人参数数据，设定事故发生时车辆类型和被撞行人质量等数据。

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【碰撞点、停止点及车上碰撞痕迹点位置对话窗口】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、行人位置参数和地面痕迹检测数据，在对话框中输入车辆和行人碰撞位置点和最后停止点等数据。

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【碰撞前车辆运动及行人走行轨迹点对话窗口】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、行人走行轨迹及地面痕迹检测数据，在对话框中输入车辆碰撞瞬间质心位置、车辆碰撞前的运动痕迹点及行人走行轨迹点。

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。

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。

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，汽车碰行人后再碰固定物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，可执行子系统的数据存储和事故计算功能。

汽车碰撞行人后再碰固定物组合事故模拟计算操作步骤：

① 如图17所示，单击工具栏【事故计算】按钮，进行碰撞运动力学计算。

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.汽车碰行人后再碰固定物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：

汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据录入与存储子系统，包括汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据输入与归一化模块和汽车碰行人后再碰固定物事故数据存储模块；用于实现汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据录入、自动校核、事故现场勘察数据归一化与存储功能；

汽车与地面固定物碰撞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和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勘察数据，即汽车与地面固定物碰撞中心位置、发生碰撞事故的车辆最终停止位置与姿态、地面痕迹，计算得到汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间的发生碰撞事故的车辆的6自由度线速度与角速度值；

汽车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；用于根据归一化处理的事故现场勘察数据，即汽车与地面固定物碰撞作用后瞬间的发生碰撞事故的车辆的6自由度线速度与角速度值，逆向求得发生碰撞事故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；

汽车碰撞行人后瞬间运动量模拟计算子系统，包括精细化车轮-地面力学模块、汽车碰撞行人后运动力学计算模块、碰撞后行人动力学计算模块和汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹迭代拟合计算模块；用于根据归一化处理后的事故现场勘察数据，即汽车碰撞行人中心位置、发生碰撞事故的车辆最终停止位置与姿态，以及被撞行人运动状态、倒地位置和最终停止位置、汽车与地面固定物碰撞瞬间的6自由度线速度值与角速度值，逆向求得汽车与行人碰撞作用后瞬间汽车的6自由度线速度与角速度值；

汽车行驶车速模拟计算子系统，包括汽车碰行人后再碰固定物事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和汽车碰行人后再碰固定物事故逆向梯次组合计算模块；用于根据归一化处理的事故现场勘察数据，即发生碰撞事故的车辆碰撞前制动距离或痕迹值、发生碰撞事故的车辆行驶方向、汽车与行人碰撞作用后瞬间发生碰撞事故的车辆6自由度速度和角速度，用汽车碰行人后再碰固定物事故5质量15自由度车辆动力学计算模块和汽车碰行人后再碰固定物事故逆向梯次组合计算模块，计算得到发生碰撞事故的车辆在与行人碰撞作用前的正常行车车速；

所述的5质量15自由度包括：发生碰撞事故的车辆的车身质量6自由度、4个车轮独立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；

汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统，包括基于CDC图形规则的汽车碰行人后再碰固定物事故诸元二维图形库模块和汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹定位与图形驱动模块；用于根据归一化处理的事故现场勘察数据、汽车与行人碰撞作用前瞬间汽车的6自由度线速度和角速度及正常行车车速，实现汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹状态的二维重构；

汽车碰行人后再碰固定物事故三维过程再现子系统，包括基于OpenGL图形技术的汽车碰行人后再碰固定物事故诸元底层三维透视图形建模模块和汽车碰行人后再碰固定物事故动画驱动及印迹显示模块；用于根据归一化处理的事故现场勘察数据、汽车与行人碰撞作用后瞬间发生碰撞事故的车辆的6自由度线速度和角速度及行车速度，实现汽车碰行人后再碰固定物事故全景全过程状态的三维再现；

汽车碰行人后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统，包括汽车碰行人后再碰固定物事故主要特征计算数据表输出模块、汽车碰行人后再碰固定物事故发生过程简述输出模块以及汽车碰行人后再碰固定物事故案例数据存储模块；用于根据归一化处理的事故现场勘察数据、汽车与行人碰撞作用后瞬间、发生碰撞事故的车辆的6自由度线速度和角速度、汽车与固定物碰撞作用前瞬间汽车的6自由度线速度和角速度、汽车行车速度及事故轨迹二维重构，输出汽车碰行人后再碰固定物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；

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据录入与存储子系统、汽车与地面固定物碰撞后运动量计算子系统、汽车与地面固定物碰撞瞬间运动量计算子系统、汽车碰撞行人后瞬间运动量模拟计算子系统以及汽车行驶车速模拟计算子系统依次相连，汽车行驶车速模拟计算子系统又分别与汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统和汽车碰行人后再碰固定物事故三维过程再现子系统相连，同时汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统和汽车碰行人后再碰固定物事故三维过程再现子系统与汽车碰行人后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统相连。

2.如权利要求1所述的汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于：

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据输入与归一化模块，依据交警对发生碰撞行人事故的车辆现场勘验获得的事故现场勘察数据，即车辆主要结构参数、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、行人行走方向及碰后运动状态、人体质量、汽车与行人碰撞时的碰撞中心位置、再碰固定物位置、发生碰撞事故的车辆最终停车位置、车体上碰撞痕迹位置以及路侧地面固定物损坏状态；完成汽车碰行人后再碰固定物事故现场勘察数据录入以及碰撞位置数据校核、性能参数及装载与轨迹特征点预处理，为其它各子系统涉及的事故模拟计算、事故二维轨迹重构及三维过程再现提供归一化数据支持；

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故数据存储模块，采用Access数据库技术，利用 VC++6.0开发平台建立了事故现场勘察数据仓库，用于存储归一化处理的事故现场勘察数据。

3.如权利要求1所述的汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于：

所述的精细化车轮-地面力学模块，根据发生碰撞事故的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；

所述的碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块，根据发生碰撞事故的车辆与地面固定物碰撞中心的轨迹、地面对轮胎的作用力，计算得到发生碰撞事故的车辆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勘察数据，迭代计算得到发生碰撞事故的车辆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，该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，从碰撞现场勘测得到的发生碰撞事故的车辆碰撞固定物初始位置开始，利用差分数字计算方法先求得对应的车辆停止位置，再逆向求解发生碰撞事故的车辆碰撞固定物后瞬间发生碰撞事故的车辆质心速度和横摆角速度运动量；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；当误差大于允许误差要求时，则应用优化方法中的黄金分割原理重新迭代一组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；当发生碰撞事故的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。

4.如权利要求1所述的汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于：

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，用于计算发生碰撞事故的车辆撞击变形而吸收的当量冲击速度；

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发生碰撞事故的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。

5.如权利要求1所述的汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于：

所述的汽车碰撞行人后运动力学计算模块，主要根据归一化处理后的事故现场勘察数据、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；

所述的碰撞后行人动力学计算模块，采用多刚体动力学计算方法，多刚体多力学计算方法设定多个刚体、无质量的弹簧、阻尼以及动态铰来描述人体系统的动态响应，对大位移系统做运动分析；

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹迭代拟合计算模块，根据汽车与行人碰撞中心位置、车辆最终停止位置、行人最终停止位置及姿态、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，计算汽车与行人碰撞作用后瞬间汽车的质心速度和横摆角速度运动量，利用车辆运动状态迭代-收敛判断模型对汽车当前计算得到的与固定物碰撞前瞬间运动量、汽车最终停止位置、行人最终停止位置，和碰撞现场实际勘测得到的汽车和行人停止位置及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，当误差较大时，则应用优化方法中的黄金分割原理迭代一组新的汽车与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汽车最终停止位置与状态、行人最终停止位置与状态值收敛于实测停止位置值和计算得到的车辆与地面固定物碰撞瞬间运动量为止，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，得到汽车与行人碰撞作用后瞬间汽车的6自由度线速度与角速度值。

6.如权利要求1所述的汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于：

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故5质量15自由度车辆动力学计算模块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5质量15自由度包括：发生碰撞事故的车辆的车身质量6自由度、4个车轮独立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；

所述的汽车碰行人后再碰固定物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车辆与固定物碰撞瞬间运动量和运动姿态、汽车最终停止位置、行人最终停止位置、汽车碰撞行人瞬间运动量为计算目标，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值或车辆失控侧滑距离值、汽车与固定物发生碰撞前的失控状态与形式、汽车碰撞行人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与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车最终停止位置、行人最终停止位置、汽车碰撞行人作用瞬间运动量，和碰撞现场实际勘测得到的车辆和行人停止位置以及汽车与固定物碰撞瞬间运动量和运动姿态、汽车碰撞行人作用瞬间运动量进行比较，检验其逼近程度是否达到预先设定的允许误差要求，当误差还较大时，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汽车最终停止位置与状态、行人最终停止位置与状态值收敛于实测停止位置值和上述步骤计算得到的汽车与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车碰撞行人瞬间运动量为止，当计算汽车最终停止位置与状态、行人最终停止位置与状态值在允许误差范围内时，则最新一组迭代获得的汽车正常行驶车速值就是所要求的值。

7.如权利要求1所述的汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于：

所述的基于CDC图形规则的汽车碰行人后再碰固定物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处理的事故现场勘查数据，调用二维图形库中汽车、行人、道路结构、固定物图形规则的事故储元；

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹定位与图形驱动模块，实现利用二维图形对汽车碰行人后再碰固定物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勘察数据，即汽车、行人的最终停止位置、汽车初始行驶路线、汽车与行人的碰撞中心位置、地面轮胎印迹、固定物位置及类型、汽车与固定物碰撞中心位置，以及由汽车碰行人后再碰固定物事故逆向梯次组合计算模块计算得到的汽车与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车与行人的最终停止位置、汽车与行人碰撞作用瞬间运动量，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行人在各个环节和各个时段的瞬时姿态包括汽车和行人质心坐标值、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汽车和行人在给定时间计算步长上的各瞬时形态和特征点，即包括汽车与行人碰撞中心地标位置、汽车碰固定物中心位置、汽车和行人的质心位置，从而取得动画连续表现汽车碰行人后再碰固定物事故轨迹状态的二维重构效果；

所述的5质量15自由度包括：发生碰撞事故的车辆的车身质量6自由度、4个车轮独立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。

8.如权利要求1所述的汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于：

所述的基于OpenGL图形技术的汽车碰行人后再碰固定物事故诸元底层三维透视图形建模模块，根据归一化处理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、行人、固定物三维透视图形的底层建模；

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故动画驱动及印迹显示模块，实现利用3维透视图形对汽车碰行人后再碰固定物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勘察数据，即汽车、行人的最终停止位置、汽车初始行驶路线、汽车与行人的碰撞中心位置、地面轮胎印迹、固定物位置及类型、汽车与固定物碰撞中心位置，以及由汽车碰行人后再碰固定物事故逆向梯次组合计算模块计算得到的汽车与固定物碰撞瞬间的位置和姿态、汽车与行人的最终停止位置、汽车与行人碰撞作用瞬间运动量，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、侧倾相关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，即汽车行驶方向、行人前进方向、车轮地面印迹、汽车与行人最终停止位置，取得动画连续表现汽车碰行人后再碰固定物事故全景全过程状态的三维再现效果；

所述的5质量15自由度包括：发生碰撞事故的车辆的车身质量6自由度、4个车轮独立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。

9.如权利要求1所述的汽车碰行人后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于：

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故主要特征计算数据表输出模块，根据归一化处理的事故现场勘察数据、汽车与行人碰撞作用后瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及汽车的行车速度，输出事故发生时的公有参数、与汽车相关的参数以及与行人相关的参数；

所述的事故发生时的公有参数有：时间、地点、天气和路面状况；

所述的汽车碰行人后再碰固定物事故发生过程简述输出模块，根据归一化处理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、发生碰撞事故的车辆行驶状态、计算得到的行驶车速、行人行走方向、汽车发生二次碰撞的固定物类型、事故过程文字描述二维轨迹描述；

所述的汽车碰行人后再碰固定物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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