专利名称：一种汽车碰撞行人事故分析计算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应用技术领域，特别涉及一种汽车碰撞行人事故形态的计 算机分析计算与模拟再现仿真系统。
背景技术：
汽车碰撞行人事故一直以来都是交通事故中的主要事故形态。据有关统计资料， 交通事故死伤人数中行人所占比例为25%以上。传统的汽车碰撞行人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撞行人这类复 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，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。
汽车碰撞行人计算与再现问题，典型的分析方法包括冲量/动量分析、多刚体分 析和有限元分析三种方法。冲量/动量分析方法是目前解决汽车碰撞行人事故计算与再现 问题的常见方法，其原理基于碰撞过程动量守恒，相对比较简单，忽略汽车变形等因素，同 时对碰撞行人参数输出较为粗略；多刚体分析方法的原理是基于多刚体动量和能量守恒理 论，以刚体穿透模拟变形，具有运算速度快的特点；有限元分析方法是近年来兴起的一种重 要的交通事故计算与再现的方法，但由于精细有限元模型建立时间长，运算规模大，对于频 发性道路交通事故，计算效率不高。经对现有技术文献的检索发现，目前，虽然国内外开发 的交通事故再现软件很多，其中不乏一些优秀的事故仿真软件，但是还没有一套真正的适 合我国实际交通安全现状且普遍实用的汽车碰撞行人事故分析计算与模拟再现计算机系 统。本发明提出了汽车碰撞行人事故解析计算与模拟再现的整体方案，构建了汽车碰撞行 人事故分析计算与模拟再现计算机系统，本系统为典型模块式结构，层次分明，操作简单， 不要求使用人员具备较高的专业技术水平。使用本发明解决汽车碰撞行人事故将有效地提 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汽 车碰撞行人事故分析计算与模拟再现计算机系统，本系统能够利用事故现场勘察得到的基 本数据，计算得到汽车碰撞行人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、汽车碰撞行人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。
为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现5一种汽车碰撞行人事故分析计算与模拟再现计算机系统，该计算机系统至少包括汽 车碰撞行人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；汽车碰撞行人后瞬间运动量计算子系统，用于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，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；汽车碰撞行人事故车辆行驶车速模拟计算子系统，用于根据归一化处理的车辆碰撞前 制动距离值或痕迹值、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，计算得到事故车辆在危险状态发生前的正常行车车速；汽车碰撞行人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，实现汽车碰撞行 人事故轨迹状态的二维重构；汽车碰撞行人事故三维过程再现子系统，用于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前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及车辆正常行车速 度，实现汽车碰撞行人事故全景全过程状态的三维再现；汽车碰撞行人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前瞬间事故车辆的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，输出汽车碰撞行人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；所述的汽车碰撞行人事故现场勘察数据录入与存储子系统、汽车碰撞行人后瞬间运动 量计算子系统、汽车碰撞行人事故车辆行驶车速模拟计算子系统依次相连，同时汽车碰撞 行人事故车辆行驶车速模拟计算子系统分别与汽车碰撞行人事故轨迹二维重构子系统和 汽车碰撞行人事故三维过程再现子系统相连，汽车碰撞行人事故轨迹二维重构子系统和汽 车碰撞行人事故三维过程再现子系统同时与汽车碰撞行人事故现场勘察数据录入与存储 子系统和汽车碰撞行人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点为所述的包括汽车碰撞行人事故现场勘察数据输入与归一化模块和汽车碰撞行人事故 数据存储模块；所述的汽车碰撞行人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，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、车辆最终停车位置、车体上碰撞痕迹位置等事故现场基本数据，完成 汽车碰撞行人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； 所述的汽车碰撞行人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。
所述的汽车碰撞行人后瞬间运动量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、行人碰撞后动力学计算模块、汽车碰撞行人 后轨迹迭代拟合计算模块；所述的精细化车轮-地面力学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，计算得到碰撞后自由汽车运动中各瞬间的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，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；所述的汽车碰撞行人 后轨迹迭代拟合计算模块根据汽车与行人碰撞中心位置、车辆最终停止位置及姿态、行人 最终停止位置及姿态，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，该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车辆最终停止 位置，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，应用优化方法中的 黄金分割原理迭代一组新的汽车与行人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，根据最新一组汽车与行人碰撞后瞬间运动量迭代值，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。
所述的汽车碰撞行人事故车辆行驶车速模拟计算子系统包括汽车撞碰行人事故5 质量15自由度车辆动力学计算模块和汽车碰撞行人事故逆向梯次组合计算模块；所述的 汽车碰撞行人事故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；所述的汽车碰撞行人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汽车与行人 碰撞作用后瞬间车辆的运动参量和运动姿态、汽车最终停止位置和姿态、行人最终停止位 置和姿态为计算目标，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或痕迹值 或车辆失控侧滑距离或痕迹值、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-收敛判断模型对计算得到的汽车碰撞行人作用瞬间运动参量、汽 车最终停止位置和姿态、行人最终停止位置和姿态，和碰撞现场实际勘测得到的车辆和行 人停止位置、计算得到的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，当误差大于允许要求时，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。
所述的汽车碰撞行人事故轨迹二维重构子系统包括基于⑶C图形规则的汽车碰 撞行人事故诸元二维图形库模块和汽车碰撞行人事故轨迹定位与图形驱动模块；所述的基 于CDC图形规则的汽车碰撞行人事故诸元二维图形库模块根据归一化校核处置的事故现 场勘察数据，调用二维图形库中汽车、行人、道路结构CDC图形规则的事故储元；所述的汽车碰撞行人事故轨迹定位与图形驱动模块利用二维图形对汽车碰撞行人事 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7车初始行驶路线、汽车与行人的碰撞中心位置、地面轮胎印迹等事故现场勘察数据，以及由 汽车碰撞行人事故逆向梯次组合计算模块计算得到的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、汽车与行人的最终停止位置，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、汽车和行人的质心位置，从而取得动画连续 表现汽车碰撞行人事故轨迹状态的二维重构效果。
所述的汽车碰撞行人事故三维过程再现子系统包括基于OpenGL图形技术的汽车 碰撞行人事故诸元底层3维透视图形建模模块和汽车碰撞行人事故动画驱动及印迹显示 模块；所述的基于OpenGL图形技术的汽车碰撞行人事故诸元底层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、行人三维透视图形的底层建模；所述的汽车碰撞行人事故动画驱动及印迹 显示模块，利用3维透视图形对汽车碰撞行人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和行人的最终停止位置、汽车初始行驶路线、汽车碰撞行人中 心位置、地面轮胎印迹等事故现场勘察数据，以及由汽车碰撞行人事故逆向梯次组合计算 模块计算得到的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撞行人事 故全景全过程状态的三维再现效果。
所述的汽车碰撞行人事故模拟计算结果输出描述子系统包括汽车碰撞行人事故 主要特征计算数据表输出模块、汽车碰撞行人事故发生过程简述输出模块以及汽车碰撞行 人事故案例数据存储模块；所述的汽车碰撞行人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前瞬间事故车辆的6自由度线 速度和角速度及汽车行车速度，输出事故发生时的公有参数、与汽车相关的参数和与行人 相关的参数；所述的汽车碰撞行人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、事故过程2维轨迹描述；所述的汽车碰撞行人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。
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，使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。


图1为汽车碰撞行人事故分析计算与模拟再现计算机系统框图； 图2为汽车碰撞行人事故现场勘察数据录入与存储子系统数据流程图； 图3为汽车碰撞行人后瞬间运动量计算子系统数据流程图；图4为汽车碰撞行人事故车辆行驶车速模拟计算子系统数据流程图； 图5为汽车碰撞行人事故轨迹二维重构子系统数据流程图； 图6为汽车碰撞行人事故三维过程再现子系统数据流程图； 图7为汽车碰撞行人事故模拟计算结果输出描述子系统数据流程图； 图8为本发明实施例事故基本信息数据输入对话窗口 ； 图9为实施例事故车辆的主要结构参数设置对话窗口 ； 图10为实施例事故现场道路结构设置对话窗口 ；图11为本发明实施例碰撞点、停车点及车上碰撞痕迹点位置数据输入对话窗口 ； 图12为本发明实施例碰撞前车辆运动及行人走行轨迹点设置对话窗口 ；； 图13为实施例汽车车轮状态设置对话窗口 ； 图14为实施例事故车速计算结果； 图15为本发明实施例事故三维过程再现； 图16为本发明实施例事故二维轨迹重构； 图17为本发明实施例车速计算数据表； 图18为本发明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，本系统包括六大模拟计算子系统(1)汽车碰撞行人事故现场勘察数据录 入与存储子系统、(2)汽车碰撞行人后瞬间运动量计算子系统、(3)汽车碰撞行人事故车辆 行驶车速模拟计算子系统、(4)汽车碰撞行人事故轨迹二维重构子系统、(5)汽车碰撞行人 事故三维过程再现子系统、(6)汽车碰撞行人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，输入汽车碰撞行人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、汽车碰撞行人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，汽车碰撞行人事故现场勘察数据录入与存储子系统，用于实现汽车 碰撞行人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撞行人事故现场勘察数据输入与归一化模块和汽车碰 撞行人事故数据存储模块。
a)汽车碰撞行人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，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、车辆最终停车位置、车体上碰撞痕迹位置等事故现场基本数据，完成汽车碰撞 行人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)汽车碰撞行人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，汽车碰撞行人后瞬间运动量计算子系统，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，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、行人碰撞后动力学计算模块、汽车碰撞行人后轨迹迭代拟合计算模块。
a)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一地面作用 力的作用，空气作用力可以忽略不计。轮胎一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)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，用于模拟计算人体在碰撞过程中的动力学状态， 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Bi (i=l,2…13)表示刚体，有向弧。(j=l，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Sij和通路矩阵T中的元素Tji分别被定义为；1 ￡}:铰与5则体关联且以J.为起点 Si=J-I O.铰与5刖体关联且为终点 ‘丨0 ‘ O.铰与5则体无关联关联矩阵S和联通矩阵T分别为O
权利要求
1.一种汽车碰撞行人事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特征在于该计算机系 统至少包括汽车碰撞行人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；汽车碰撞行人后瞬间运动量计算子系统，用于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，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；汽车碰撞行人事故车辆行驶车速模拟计算子系统，用于根据归一化处理的车辆碰撞前 制动距离值或痕迹值、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，计算得到事故车辆在危险状态发生前的正常行车车速；汽车碰撞行人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，实现汽车碰撞行 人事故轨迹状态的二维重构；汽车碰撞行人事故三维过程再现子系统，用于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前瞬间事故车辆的6自由度线速度和角速度及车辆正常行车速 度，实现汽车碰撞行人事故全景全过程状态的三维再现；汽车碰撞行人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前瞬间事故车辆的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，输出汽车碰撞行人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；所述的汽车碰撞行人事故现场勘察数据录入与存储子系统、汽车碰撞行人后瞬间运动 量计算子系统、汽车碰撞行人事故车辆行驶车速模拟计算子系统依次相连，同时汽车碰撞 行人事故车辆行驶车速模拟计算子系统分别与汽车碰撞行人事故轨迹二维重构子系统和 汽车碰撞行人事故三维过程再现子系统相连，汽车碰撞行人事故轨迹二维重构子系统和汽 车碰撞行人事故三维过程再现子系统同时与汽车碰撞行人事故现场勘察数据录入与存储 子系统和汽车碰撞行人事故模拟计算结果输出描述子系统相连。
2.如权利要求1所述的一种汽车碰撞行人事故分析计算与模拟再现计算机系统，其特 征在于所述的包括汽车碰撞行人事故现场勘察数据输入与归一化模块和汽车碰撞行人事 故数据存储模块；所述的汽车碰撞行人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，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、车辆最终停车位置、车体上碰撞痕迹位置等事故现场基本数据，完 成汽车碰撞行人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；所述的汽车碰撞行人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。
3.如权利要求1所述的一种汽车碰撞行人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瞬间运动量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、行人碰撞后动力学计算模块、汽车碰撞行人 后轨迹迭代拟合计算模块；所述的精细化车轮-地面力学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，计算得到碰撞后自由汽车运动中各瞬间的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，对人体在碰撞过 程中的动力学进行模拟计算，分析各个瞬时人体的受力状况与运动姿态；所述的汽车碰撞 行人后轨迹迭代拟合计算模块根据汽车与行人碰撞中心位置、车辆最终停止位置及姿态、 行人最终停止位置及姿态，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，该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车辆最终 停止位置，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，应用优化方法 中的黄金分割原理迭代一组新的汽车与行人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，根据最新一组汽车与行人碰撞后瞬间运动量迭代值，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。
4.如权利要求1所述的一种汽车碰撞行人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事故车辆行驶车速模拟计算子系统包括汽车撞碰行人事故5 质量15自由度车辆动力学计算模块和汽车碰撞行人事故逆向梯次组合计算模块；所述的 汽车碰撞行人事故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；所述的汽车碰撞行人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汽车与行人 碰撞作用后瞬间车辆的运动参量和运动姿态、汽车最终停止位置和姿态、行人最终停止位 置和姿态为计算目标，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或痕迹值 或车辆失控侧滑距离或痕迹值、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-收敛判断模型对计算得到的汽车碰撞行人作用瞬间运动参量、汽 车最终停止位置和姿态、行人最终停止位置和姿态，和碰撞现场实际勘测得到的车辆和行 人停止位置、计算得到的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，当误差大于允许要求时，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。
5.如权利要求1所述的一种汽车碰撞行人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事故轨迹二维重构子系统包括基于CDC图形规则的汽车碰撞 行人事故诸元二维图形库模块和汽车碰撞行人事故轨迹定位与图形驱动模块；所述的基于 CDC图形规则的汽车碰撞行人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勘察数据，调用二维图形库中汽车、行人、道路结构CDC图形规则的事故储元；所述的汽车碰撞行人事故轨迹定位与图形驱动模块利用二维图形对汽车碰撞行人事 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、地面轮胎印迹等事故现场勘察数据，以及由 汽车碰撞行人事故逆向梯次组合计算模块计算得到的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、汽车与行人的最终停止位置，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、汽车和行人的质心位置，从而取得动画连续 表现汽车碰撞行人事故轨迹状态的二维重构效果。
6.如权利要求1所述的一种汽车碰撞行人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事故三维过程再现子系统包括基于OpenGL图形技术的汽 车碰撞行人事故诸元底层3维透视图形建模模块和汽车碰撞行人事故动画驱动及印迹显 示模块；所述的基于OpenGL图形技术的汽车碰撞行人事故诸元底层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、行人三维透视图形的底层建模；所述的汽车碰撞行人事故动画驱动及印迹 显示模块，利用3维透视图形对汽车碰撞行人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和行人的最终停止位置、汽车初始行驶路线、汽车碰撞行人中 心位置、地面轮胎印迹等事故现场勘察数据，以及由汽车碰撞行人事故逆向梯次组合计算 模块计算得到的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撞行人事 故全景全过程状态的三维再现效果。
7.如权利要求1所述的一种汽车碰撞行人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事故模拟计算结果输出描述子系统包括汽车碰撞行人事故主 要特征计算数据表输出模块、汽车碰撞行人事故发生过程简述输出模块以及汽车碰撞行人 事故案例数据存储模块；所述的汽车碰撞行人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前瞬间事故车辆的6自由度线速 度和角速度及汽车行车速度，输出事故发生时的公有参数、与汽车相关的参数和与行人相 关的参数；所述的汽车碰撞行人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、事故过程2维轨迹描述；所述的汽车碰撞行人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。
全文摘要
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汽车碰撞行人事故分析计算与模拟再现计算机系统，本系统能够利用事故现场勘察得到的基本数据，计算得到汽车碰撞行人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、汽车碰撞行人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，同时本发明可被广泛推广应用，具有明显的行业共性和社会公益性。
文档编号G01P3/00GK102034012SQ20101061593
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30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