专利名称：汽车失控后再碰固定物事故分析与模拟再现计算机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机仿真技术应用领域，特别涉及一种分析与模拟再现汽车失控后再碰固定物事故形态的计算机仿真系统。
背景技术：
汽车失控后再碰固定物事故是指汽车高速行驶中由于路面状态、车辆技术状态或驾驶人操纵失误等原因突然运动失控(包括侧翻)，后再碰撞地面固定物一类事故形态，此类复杂事故形态为高等级公路交通事故的一种常见事故形态。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，尤其是在面对汽车失控后再碰固定物事故这类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，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。利用本“汽车失控后再碰固定物事故分析与模拟再现计算机系统”，只需从车辆失控及碰撞事故现场检测获得失控位置与形式、被撞固定物种类材质和形状、事故车辆碰撞位置与最终停止位置、固定物和事故车体上碰撞痕迹位置、地面制动印迹等道路交通事故现场痕迹数据以及事故车辆的主要结构参数，即可求得在所设定的碰撞地面坐标系中的事故车辆碰撞固定物瞬间车速、失控瞬间车速、事故前的行驶车速以及2维和3维再现汽车失控后再碰固定物事故过程中事故车辆的运动状况等，进而为查明事故发生原因，分清事故责任提供技术依据。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，针对汽车失控后再碰固定物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汽车失控后再碰固定物事故的整体方案，构建了汽车失控后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统。
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失控后再碰固定物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，计算汽车失控后再碰固定物事故中各事故车辆的行驶车速和碰撞车速，并实现汽车失控后再碰固定物事故的车辆二维轨迹描述、三维过程再现、汽车失控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
一种汽车失控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
汽车失控后再碰固定物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；车辆失控后行驶轨迹与碰撞痕迹特征参数检测子系统，用于根据预处理的事故现场基本数据，确定失控瞬间车辆的坐标位置和碰撞瞬间车辆的坐标位置；
失控车辆与固定物碰撞后瞬间运动量计算子系统，用于根据预处理的事故现场基本数据和碰撞瞬间车辆的坐标位置，计算失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的6自由度线速度与角速度值；
失控车辆与固定物碰撞作用计算子系统，用于计算车辆与固定物碰撞作用前瞬间的质心速度、撞人角和横摆角速度；
车辆失控状态描述及失控临界车速计算子系统，用于计算车辆失控瞬间的质心速度和横摆角速度；
汽车失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统，用于计算事故车辆正常行驶时的行车速度；
汽车失控后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统，用于实现在屏幕上二维坐标系中实时显示失控车辆事故过程中在给定时间步长上的各瞬时形态二维俯视车辆图形及质心轨迹点，取得二维动画连续表现车辆失控后再与固定物碰撞事故全过程的视觉效果并显示失控车辆运动过程轨迹；
汽车失控后再碰固定物事故过程三维再现子系统，用于实现在屏幕三维坐标系中实时显示失控车辆事故过程中在给定时间步长上的各瞬时形态三维透视车辆图形，取得三维动画连续表现车辆失控后再与固定物碰撞事故全过程的视觉效果并显示事故车辆轮胎印迹；
汽车失控后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统，用于输出失控车辆与固定物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。汽车失控后再碰固定物事故现场基本数据录入与存储子系统、车辆失控后行驶轨迹与碰撞痕迹特征参数检测子系统、失控车辆与固定物碰撞后瞬间运动量计算子系统、失控车辆与固定物碰撞作用计算子系统、车辆失控状态描述及失控临界车速计算子系统、汽车失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统依次相连，汽车失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统分别与汽车失控后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统、汽车失控后再碰固定物事故过程三维模拟再现子系统，同时汽车失控后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统和汽车失控后再碰固定物事故过程三维模拟再现子系统再与汽车失控后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统和汽车失控后再碰固定物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汽车失控后再碰固定物事故现场基本数据录入与存储子系统包括两个功能模块汽车失控后再碰固定物事故现场勘查数据录入与预处理模块、汽车失控后再碰固定物事故元数据管理模块。所述的车辆失控后行驶轨迹与碰撞痕迹特征参数检测子系统，含有碰撞痕迹特征参数检测与校核模块。碰撞痕迹特征参数检测与校核模块，能够根据经计算机预处理后的失控车辆坐标位置、车辆与固定物碰撞坐标位置以及车辆结构参数(车辆前悬长度、重心位置、车轴、轮距等参数)，检测得到失控车辆在计算机坐标系中的失控瞬间重心位置和碰撞位置。所述的失控车辆与固定物碰撞后瞬间运动量计算子系统包括三个模块轮胎力学计算模块、碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、碰撞后轨迹点迭代拟合计算模块。所述的失控车辆与固定物碰撞作用计算子系统，包括三个模块车体塑性变形当量冲击速度计算模块、地面固定物变形与剪切当量冲击速度计算模块、车体与固定物碰撞作用前瞬间运动参量计算模块。所述的车体塑性变形当量冲击速度计算模块，用于计算与车身变形能量相当的当量冲击速度。所述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。所述的车体与固定物碰撞作用前瞬间运动参量计算模块，用于计算失控车辆与地面固定物碰撞瞬间的质心速度、撞入角及横摆角速度等运动参量。所述的车辆失控状态描述及失控临界车速计算子系统，包括三个模块车轮地面力学模块、运动痕迹迭代一收敛判断计算子模块、车辆临界行驶稳定性计算子模块。所述的车轮地面力学模块，用于计算地面对失控车辆轮胎的作用力。所述的车辆临界行驶稳定性计算子模块，用于计算车辆失控前瞬间的质心速度和横摆角速度。所述的运动痕迹迭代一收敛判断计算子模块，用于计算车辆失控前瞬间的质心速度和横摆角速度。所述的汽车失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统，含有汽车失控后再碰固定物逆向梯次组合计算模块。所述的汽车失控后再碰固定物逆向梯次组合计算模块，用于计算汽车在事故发生前的正常行驶车速值。所述的汽车失控后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统，包括二个功能模块基于CDC图形规则的汽车失控后再碰固定物事故诸元二维图形库模块和汽车失控后再碰固定物轨迹定位与图形驱动模块。所述的基于⑶C图形规则的汽车失控后再碰固定物碰撞事故诸元，用于调用二维图形库中车辆、道路结构、固定物等CDC图形规则的事故储元。所述的汽车失控后再碰固定物事故轨迹定位与图形驱动模块，利用二维图形对汽车失控后再碰固定物事故轨迹状态进行二维重构。所述的汽车失控后再碰固定物事故过程三维再现子系统，包括二个功能模块基于OpenGL图形技术的失控车辆与固定物碰撞事故诸元(车辆、现场道路与环境)底层3维透视图形建模模块和失控车辆与固定物碰撞事故动画驱动及印迹显示模块。所述的基于 OpenGL图形技术的失控车辆与固定物碰撞事故诸元(车辆、现场道路与环境)底层3维透视图形建模模块，根据归一化校核处理的事故现场基础数据(包括车型参数、道路结构参数、 固定物参数等)，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。所述的失控车辆与固定物碰撞事故动画驱动及印迹显示模块，实现利用3维透视图形对失控车辆与固定物碰撞事故全景全过程的三维过程再现。所述的汽车失控后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统，包括三个功能模块汽车失控后再碰固定物事故特征计算数据表输出模块、汽车失控后再碰固定物事故发生过程简述输出模块以及汽车失控后再碰固定物事故案例数据存储模块。所述的汽车失控后再碰固定物事故特征计算数据表输出模块，用于输出事故发生的时间、地点、天气、道路结构、路面状况、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、碰撞速度等能概括表现汽车失控后再碰固定物事故特征的主要数据。所述的汽车失控后再碰固定物事故发生过程简述输出模块，用于输出汽车失控后再碰固定物发生的时间、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。所述的汽车失控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汽车失控后再碰固定物事故案例数据。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。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。
图1为本发明的系统流程框图。图2为本发明的汽车失控后再碰固定物事故现场数据录入与存储子系统逻辑流程图。图3为本发明的车辆失控后行驶轨迹与碰撞痕迹特征参数检测子系统逻辑流程图。图4为本发明的失控车辆与固定物碰撞后瞬间运动量计算子系统逻辑流程图。图5为本发明的失控车辆与固定物碰撞作用计算子系统逻辑流程图。图6为本发明的车辆失控状态描述及失控临界车速计算子系统逻辑流程图。图7为本发明的汽车失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统逻辑流程图。图8为本发明的汽车失控后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统逻辑流程图。图9为本发明的汽车失控后再碰固定物事故过程三维模拟再现子系统逻辑流程图。图10为汽车失控后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统逻辑流程框图。图11为本发明的实施例事故基本信息数据输入对话窗口。图12为本发明的实施例事故车辆的主要结构参数设置对话窗口。图13为本发明的实施例事故现场道路结构设置对话窗口。图14为本发明的实施例汽车失控事故现场位置数据对话窗口。图15为本发明的实施例汽车失控事故前车辆行驶轨迹点对话窗口。图16为本发明的实施例汽车车轮状态对话窗口。图17为本发明的实施例甲车再碰撞固定物状态对话窗口。图18为本发明的实施例事故三维过程再现。图19为本发明的实施例事故二维轨迹重构。图20为本发明的实施例车速计算数据表。图21为本发明的实施例事故过程描述。
具体实施例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，本发明包括九个子系统(1)汽车失控后再碰固定物事故现场基本数据录入与存储子系统，(2)车辆失控后行驶轨迹与碰撞痕迹特征参数检测子系统，(3)失控车辆与固定物碰撞后瞬间运动量计算子系统，(4)失控车辆与固定物碰撞作用计算子系统， (5)车辆失控状态描述及失控临界车速计算子系统，(6)汽车失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统，(7)汽车失控后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统，(8)汽车失控后再碰固定物事故过程三维模拟再现子系统，(9)汽车失控后再碰固定物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，可以实现汽车失控后再碰固定物事故现场勘查数据录入与存储、事故过程分析计算、二维轨迹描绘、三维过程再现、事故案例存档、主要计算数据表输出以及事故发生过程简述输出等功能。本发明各个子系统的实现设计方案
(1)参见图2，汽车失控后再碰固定物事故现场基本数据录入与存储子系统，用于实现事故现场勘查数据录入、预处理、显示、修改及存储功能。本子系统包括两个功能模块汽车失控后再碰固定物事故现场勘查数据录入与预处理模块、汽车失控后再碰固定物事故元数据管理模块。a)汽车失控后再碰固定物事故现场勘查数据录入与预处理模块，根据交警对事故现场勘验获得的车辆结构参数、现场道路结构、被撞固定物结构、车辆失控位置与形式、 事故车辆类型、事故车辆和固定物损伤痕迹、事故现场地面痕迹等事故现场数据，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)汽车失控后再碰固定物事故元数据管理模块，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查数据存储仓库。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数据仓库。(2)参见图3，车辆失控后行驶轨迹与碰撞痕迹特征参数检测子系统，用于确定失控瞬间车辆的坐标位置和碰撞瞬间车辆的坐标位置。根据预处理后的被撞固定物结构、事故车辆类型、事故车辆和固定物损伤痕迹、事故现场地面痕迹等事故现场印迹资料，应用本子系统针对汽车失控后再碰固定物事故形态的碰撞痕迹特征参数检测与校核模块，计算得到确定的车辆碰撞位置、车辆失控位置，并装载车辆结构与力学参数等计算数据。碰撞痕迹特征参数检测与校核模块，能够根据经计算机预处理后的失控车辆坐标位置、车辆与固定物碰撞坐标位置以及车辆结构参数(车辆前悬长度、重心位置、车轴、轮距等参数)，检测得到失控车辆在计算机坐标系中的失控瞬间重心位置和碰撞位置。(3)参加图4，失控车辆与固定物碰撞后瞬间运动量计算子系统，根据预处理后的车辆与固定物碰撞位置、车辆最终停止位置与姿态、地面痕迹等事故现场基础数据，求得失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的6自由度线速度与角速度值。本子系统包括三个模块 轮胎力学计算模块、碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、碰撞后轨迹点迭代拟合计算模块。a)轮胎力学计算模块，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。当事故车辆在碰撞冲击力与运动惯性的作用下，从碰撞作用结束瞬间开始“自由运动”直至车辆最后停止，此期间碰撞车辆只受重力和轮胎力的作用，而忽略空气阻力作用。轮胎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，计算得到失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的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，计算失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的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。(具体公式参见一魏朗等.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)碰撞后轨迹点迭代拟合计算模块，根据预处理的事故现场基本数据，应用迭代一收敛判断模型计算得到失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的6自由度线速度与角速度。以事故现场勘查得到的车辆最终停止位置为计算目标，以根据失控车辆与固定物碰撞后事故现场地面痕迹确定的车辆运动轨迹、车辆碰撞位置以及装载的车辆结构与力学参数等计算数据为计算条件，采用碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块，应用黄金分割原理自动变更迭代步长，搜索碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值。为提高计算精度，初次计算终止后，利用车辆运动状态迭代_收敛判断模型对计算得到的车辆最终停止位置与事故现场勘查得到的车辆最终停止位置进行比较，检验其逼近程度是否达到预先设定的误差要求。如果误差还大，则应用黄金分割原理迭代一组新的碰撞作用后瞬间车辆的运动量值，重复上述计算，直至在设定的允许误差范围内计算位置值收敛于实测位置值为止。迭代一收敛判断模型
权利要求
1.一种汽车失控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失控后再碰固定物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；车辆失控后行驶轨迹与碰撞痕迹特征参数检测子系统，用于根据预处理的事故现场基本数据，确定失控瞬间车辆的坐标位置和碰撞瞬间车辆的坐标位置；失控车辆与固定物碰撞后瞬间运动量计算子系统，用于根据预处理的事故现场基本数据和碰撞瞬间车辆的坐标位置，计算失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的6自由度线速度与角速度值；失控车辆与固定物碰撞作用计算子系统，用于计算车辆与固定物碰撞作用前瞬间的质心速度、撞人角和横摆角速度；车辆失控状态描述及失控临界车速计算子系统，用于计算车辆失控瞬间的质心速度和横摆角速度；汽车失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统，用于计算事故车辆正常行驶时的行车速度；汽车失控后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统，用于实现在屏幕上二维坐标系中实时显示失控车辆事故过程中在给定时间步长上的各瞬时形态二维俯视车辆图形及质心轨迹点，取得二维动画连续表现车辆失控后再与固定物碰撞事故全过程的视觉效果并显示失控车辆运动过程轨迹；汽车失控后再碰固定物事故过程三维再现子系统，用于实现在屏幕三维坐标系中实时显示失控车辆事故过程中在给定时间步长上的各瞬时形态三维透视车辆图形，取得三维动画连续表现车辆失控后再与固定物碰撞事故全过程的视觉效果并显示事故车辆轮胎印迹；汽车失控后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统，用于输出失控车辆与固定物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；汽车失控后再碰固定物事故现场基本数据录入与存储子系统、车辆失控后行驶轨迹与碰撞痕迹特征参数检测子系统、失控车辆与固定物碰撞后瞬间运动量计算子系统、失控车辆与固定物碰撞作用计算子系统、车辆失控状态描述及失控临界车速计算子系统、汽车失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统依次相连，汽车失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统分别与汽车失控后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统、汽车失控后再碰固定物事故过程三维模拟再现子系统，同时汽车失控后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统和汽车失控后再碰固定物事故过程三维模拟再现子系统再与汽车失控后再碰固定物事故模拟计算结果输出描述子系统和汽车失控后再碰固定物事故现场基本数据录入与存储子系统相连。
2.如权利要求1所述的汽车失控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失控后再碰固定物事故现场基本数据录入与存储子系统包括两个功能模块汽车失控后再碰固定物事故现场勘查数据录入与预处理模块、汽车失控后再碰固定物事故元数据管理模块；其中汽车失控后再碰固定物事故现场勘查数据录入与预处理模块，根据交警对事故现场勘验获得的车辆结构参数、现场道路结构、被撞固定物结构、车辆失控位置与形式、事故车辆类型、事故车辆和固定物损伤痕迹、事故现场地面痕迹事故现场数据，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，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；汽车失控后再碰固定物事故元数据管理模块，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，用于存储预处理后的事故现场基本数据。
3.如权利要求1所述的汽车失控后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统， 其特征在于所述的车辆失控后行驶轨迹与碰撞痕迹特征参数检测子系统包括碰撞痕迹特征参数检测与校核模块，碰撞痕迹特征参数检测与校核模块能够根据经计算机预处理后的失控车辆坐标位置、车辆与固定物碰撞坐标位置以及车辆结构参数检测得到失控车辆在计算机坐标系中的失控瞬间重心位置和碰撞位置。
4.如权利要求1所述的汽车失控后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统， 其特征在于所述的失控车辆与固定物碰撞后瞬间运动量计算子系统包括三个模块轮胎力学计算模块、碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块、碰撞后轨迹点迭代拟合计算模块；所述的轮胎力学计算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，计算得到失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的6自由度线速度与角速度值；碰撞后轨迹点迭代拟合计算模块，根据预处理的事故现场基本数据，应用迭代一收敛判断模型计算得到失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的6自由度线速度与角速度；所述的碰撞后轨迹点迭代拟合计算模块其具体迭代计算方法为根据失控车辆与固定物碰撞后事故现场地面痕迹确定的车辆运动轨迹、车辆碰撞位置以及装载的车辆结构与力学参数等计算数据为计算条件，采用碰撞作用后车辆大侧偏运动力学描述模块，应用黄金分割原理自动变更迭代步长，搜索碰撞作用后瞬间车辆的6自由度线速度与角速度值，初次计算终止后，利用车辆运动状态迭代_收敛判断模型对计算得到的车辆最终停止位置与事故现场勘查得到的车辆最终停止位置进行比较，检验其逼近程度是否达到预先设定的误差要求，当误差大于设定的允许误差范围时，则应用黄金分割原理迭代一组新的碰撞作用后瞬间车辆的运动量值，重复上述计算，直至在设定的允许误差范围内计算位置值收敛于实测位置值为止。
5.如权利要求1所述的汽车失控后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统， 其特征在于所述的失控车辆与固定物碰撞作用计算子系统包括车体塑性变形当量冲击速度计算模块、地面固定物变形与剪切当量冲击速度计算模块和车体与固定物碰撞作用前瞬间运动参量计算模块；所述的车体塑性变形当量冲击速度计算模块，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，折算得到与车身变形能量相当的当量冲击速度；所述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；所述的车体与固定物碰撞作用前瞬间运动参量计算模块，用于计算失控车辆与地面固定物碰撞瞬间的质心速度、撞入角及横摆角速度等运动参量，该模块以失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的6自由度线速度与角速度值为计算目标，以预处理后的事故现场基础数据、计算得到的车体塑性变形当量冲击速度、地面固定物变形与剪切当量冲击速度等为计算条件，采用车辆11自由度运动力学计算模型，应用黄金分割原理自动变更迭代步长，搜索失控车辆与地面固定物碰撞瞬间车辆质心速度、撞入角及横摆角速度；为提高计算精度， 初次计算终止后，利用迭代_收敛判断模型比较当前计算的失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的6自由度线速度与角速度值与前节计算得到失控车辆与固定物碰撞作用后瞬间的6 自由度线速度与角速度值终值，检验的逼近程度是否达到预先设定的误差要求；若误差较大，则应用黄金分割原理迭代一组新的碰撞瞬间车辆质心速度、撞入角及横摆角速度值，重复上述计算，直至当前目标值收敛于前节计算终值为止，继而计算得到失控车辆与地面固定物碰撞瞬间的质心速度、撞入角及横摆角速度等运动参量。
6.如权利要求1所述的汽车失控后再碰固定物事故分析计算与模拟再现计算机系统， 其特征在于所述的车辆失控状态描述及失控临界车速计算子系统包括车轮地面力学模块、车辆临界行驶稳定性计算子模块和运动痕迹迭代一收敛判断计算子模块；所述的车轮地面力学模块，用于计算地面对失控车辆轮胎的作用力；所述的车辆临界行驶稳定性计算子模块，用于计算车辆失控前瞬间的质心速度和横摆角速度；所述的运动痕迹迭代一收敛判断计算子模块，用于在车辆临界行驶稳定性计算子模块基础上精确计算车辆失控前瞬间的质心速度和横摆角速度，该模块计算得到的失控车辆与地面固定物碰撞瞬间车辆质心速度和横摆角速度为计算目标，以归一化处理的事故现场基础数据、计算得到的地面对轮胎的作用力为计算条件，采用车辆临界行驶稳定性计算子模块，应用黄金分割原理自动变更迭代步长，计算得到车辆失控前瞬间的质心速度和横摆角速度。
7.如权利要求1所述的汽车失控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失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统，用于计算汽车在事故发生前的正常行驶车速值，该模块根据计算得到的汽车失控前瞬间的位置、质心速度、横摆角速度等运动参量为计算目标，以归一化处理的事故现场基础数据、根据事故现场地面痕迹状况确定的车辆碰撞前制动痕迹或车辆失控侧滑痕迹为计算条件，使用车辆11自由度运动力学计算模块，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，再利用车辆运动状态迭代-收敛判断模型对失控车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态，与碰撞现场实际勘测得到的车辆与固定物碰撞瞬间的位置和姿态进行比较，检验其逼近程度是否达到预先设定的允许误差要求的数值。
8.如权利要求1所述的汽车失控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失控后再碰固定物事故轨迹二维重构子系统包括基于CDC图形规则的汽车失控后再碰固定物事故诸元二维图形库模块和汽车失控后再碰固定物轨迹定位与图形驱动模块；所述的基于CDC图形规则的汽车失控后再碰固定物碰撞事故诸元，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、固定物CDC图形规则的事故储元；所述的汽车失控后再碰固定物事故轨迹定位与图形驱动模块，利用二维图形对汽车失控后再碰固定物事故轨迹状态进行二维重构，该模块自动读入归一化处理后的事故现场基础数据，计算得到的失控车辆碰撞作用前瞬间的质心速度和横摆角速度、行车速度，并且应用车辆11自由度运动力学计算模型和车轮-地面力学计算模型进行计算，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、碰撞角、方位角与瞬时运动量，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，包括车辆行驶轨迹位置、 车辆碰撞点坐标、汽车质心坐标位置，从而取得动画连续表现汽车失控后再碰固定物事故轨迹状态的二维重构效果。
9.如权利要求1所述的汽车失控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失控后再碰固定物事故过程三维再现子系统包括基于OpenGL图形技术的失控车辆与固定物碰撞事故诸元底层三维透视图形建模模块和失控车辆与固定物碰撞事故动画驱动及印迹显示模块；所述的基于OpenGL图形技术的失控车辆与固定物碰撞事故诸元底层三维透视图形建模模块，根据归一化校核处理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、道路结构相关固定物三维透视图形的底层建模；所述的失控车辆与固定物碰撞事故动画驱动及印迹显示模块，实现利用三维透视图形对失控车辆与固定物碰撞事故全景全过程的三维过程再现；该模块自动读入归一化处理后的事故现场基础数据，将计算得到的车辆行驶车速、车辆失控瞬间速度和横摆角速度、失控车辆与固定物碰撞作用前瞬间的质心速度、撞入角和横摆角速度、车辆最终停止位置以及其他有关车辆结构参数，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、所述的车辆临界行驶稳定性计算子模块、汽车失控后再碰固定物事故行驶车速计算子系统，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、侧倾等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，取得动画连续表现失控车辆与固定物碰撞事故全景全过程状态的三维再现效果。
10.如权利要求1所述的汽车失控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失控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失控后再碰固定物事故特征计算数据表输出模块、汽车失控后再碰固定物事故发生过程简述输出模块和汽车失控后再碰固定物事故案例数据存储模块；所述的汽车失控后再碰固定物事故特征计算数据表输出模块，用于输出事故发生的时间、地点、天气、道路结构、路面状况、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、行驶车速或者碰撞速度，即能概括表现汽车失控后再碰固定物事故特征的主要数据；所述的汽车失控后再碰固定物事故发生过程简述输出模块，用于输出汽车失控后再碰固定物发生的时间、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模拟图像；所述的汽车失控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开发平台建立了汽车失控后再碰固定物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。
全文摘要
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失控后再碰固定物事故事故模拟再现系统，本系统能够利用事故现场勘察得到的基本数据，计算得到汽车失控后与固定物事故碰撞事故中失控汽车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、汽车失控后再碰固定物事故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。
文档编号G06F17/50GK102231210SQ20111019800
公开日2011年11月2日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者周维新, 张维峰, 张韦, 李春明, 袁望方, 赵晨, 陈涛, 魏朗 申请人:长安大学