專利名稱：一種墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種墜車事故分析計(jì)算與模擬再 現(xiàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
墜車事故是特大道路交通事故的主要事故形態(tài)，2007-2009年我國發(fā)生一次死亡 10人以上特大道路交通事故76起，其中因墜車發(fā)生的事故45起，占事故總數(shù)的59. 2%。墜 車事故不僅給人們的生活、生產(chǎn)帶來巨大的損失，而且增加了公安交通管理部門處理交通 事故壓力和工作量。由于車輛在墜車過程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)極其復(fù)雜，對(duì)我國傳統(tǒng)的道路交通 事故分析方法和手段提出了挑戰(zhàn)，同時(shí)也對(duì)公安交通管理部門處理此類交通事故的科學(xué)性 和嚴(yán)謹(jǐn)性提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。墜車交通事故是指由于車速過快、制動(dòng)失效、轉(zhuǎn)向失效、爆胎等因素引起的車輛從 懸崖或陡坡以一定的初速度沖出路外，并沿拋物線軌跡在空中飛行后落地，而后在邊坡翻 滾多次(或直接)墜落至山谷或江河的一類特定的道路交通事故形態(tài)。此類事故由于事故車 輛存在沖出道路前的失控運(yùn)動(dòng)、沖出道路時(shí)的與公路防護(hù)設(shè)施碰撞沖擊、沖出道路后墜落 過程中的拋物與翻滾運(yùn)動(dòng)等復(fù)合型運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，造成了墜車交通事故車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析和 事故過程模擬再現(xiàn)的極其復(fù)雜性，成為了道路交通事故計(jì)算機(jī)分析再現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域的難點(diǎn)和 前沿技術(shù)之一。我國傳統(tǒng)的墜車事故分析鑒定方法是根據(jù)能量守恒定律，計(jì)算出汽車墜落前瞬間
的車輛行駛■。如目前常用的計(jì)算公式有ν =JA)x3 6。該類計(jì)算方法
過于簡單化和理想化，且不可能進(jìn)行事故過程再現(xiàn)，用這類方式進(jìn)行墜車事故車速鑒定和 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判別根本不能適應(yīng)墜車事故復(fù)雜的現(xiàn)場情況，使用起來具有很大的局限性，事故 分析鑒定結(jié)果精度很差、可信度太低。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)外針對(duì)墜車道路交通事故計(jì)算與模擬再現(xiàn) 的研究尚未開展。本系統(tǒng)開創(chuàng)性地提出了解析計(jì)算與模擬再現(xiàn)墜車交通事故的整體方案， 構(gòu)建了墜車交通事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)層次分明，輸入界面簡潔，操作 簡單，錄入數(shù)據(jù)精煉，約束條件易于確定，且模擬計(jì)算精度高，準(zhǔn)確性好，不要求使用人員具 備較高的專業(yè)技術(shù)水平。本發(fā)明不僅能夠科學(xué)地分析計(jì)算墜車交通事故的成因，有效地提 高墜車事故鑒定與處理的技術(shù)含量，而且其分析鑒定結(jié)果受到交通管理部門、事故鑒定單 位、事故當(dāng)事人的高度認(rèn)同，同時(shí)還能通過事故成因分析，強(qiáng)化機(jī)動(dòng)車駕駛員的交通安全意 識(shí)，加強(qiáng)道路交通設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明填補(bǔ)了國內(nèi)外現(xiàn)有道路交通事故模擬再現(xiàn)技術(shù)研究的空白，提供一種墜車 交通事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)系統(tǒng)，具有墜車事故計(jì)算分析、三維過程再現(xiàn)、主要計(jì)算參數(shù) 輸出功能。利用本系統(tǒng)，可以從墜車事故現(xiàn)場檢測獲得的事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞位置、車輛受損變形情況、公路防護(hù)設(shè)施受損變形情況、沖出道路位置、墜車著地位置、最終停 車位置、車體碰撞痕跡位置、事故車輛的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、事故現(xiàn)場道路路段及邊坡的結(jié)構(gòu)形 式等參數(shù)，求得在事故現(xiàn)場地面坐標(biāo)系中的采取制動(dòng)措施時(shí)的車速、碰撞防護(hù)設(shè)施時(shí)的車 速、墜車瞬間的車速以及三維再現(xiàn)墜車事故車輛的運(yùn)動(dòng)狀況等。為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) 一種墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)至少包括
墜車事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)墜車事故現(xiàn)場基本參數(shù)錄入、特 征點(diǎn)的校核、輸入數(shù)據(jù)歸一化以及輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
墜車瞬間車輛運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化處理后事故車輛墜地位置、最后停 止位置逆向計(jì)算得到事故車輛墜車瞬間的6自由度線速度值與角速度值；
車輛_公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化處理校核的事故現(xiàn) 場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和墜車瞬間事故車輛6自由度線速度值與角速度值，計(jì)算得到事故車輛與公路 防護(hù)設(shè)施碰撞作用前瞬間的6自由度線速度值與角速度值；
墜車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化處理校核的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和 事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用前瞬間6自由度線速度值與角速度值，計(jì)算事故車輛在 危險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生瞬間的6自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值和事故發(fā)生前正常行駛車速值；
墜車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、事故 車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用前瞬間的6自由度線速度值與角速度值及行車速度，實(shí)現(xiàn)墜 車事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效果；
墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)、事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用瞬間的6自由度線速度值與角速度值及行車速 度、三維過程再現(xiàn)結(jié)果，輸出墜車事故特征計(jì)算數(shù)據(jù)表，并實(shí)現(xiàn)墜車事故案例數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào) 用；
所述的墜車事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)、墜車瞬間車輛運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)、 車輛_公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)、墜車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)、墜 車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)以及墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)依次相連，同時(shí)墜 車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)、墜車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)以及墜車事故模擬計(jì)算結(jié) 果輸出描述子系統(tǒng)相連，墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)又與墜車事故現(xiàn)場基本數(shù) 據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)相連。本發(fā)明的其他技術(shù)特征為
所述的墜車事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)包括墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與 歸一化模塊和墜車事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；所述的墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一化模塊， 用于完成事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入、輸入?yún)?shù)歸一化處理、墜車位置參數(shù)校核、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)裝 載；
所述的墜車事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)，該模塊采用Access數(shù)據(jù)庫技 術(shù)，利用VC++6. 0開發(fā)平臺(tái)建立了墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)倉庫，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用與鏈接。所述的墜車瞬間車輛運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)包括墜地后車輛滾翻動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊和 車體拋物運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊；所述的墜地后車輛滾翻動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊用于逆向計(jì)算車輛墜車落 地瞬間車輛的6自由度線速度值與角速度值；所述的車體拋物運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊，用于根據(jù)墜地后車輛滾翻動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊計(jì)算得到的 車輛墜車落地瞬間車輛的6自由度線速度值與角速度值。所述的車輛-公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)包括基于有限元網(wǎng)格劃 分原理的車體塑性變形當(dāng)量沖擊速度計(jì)算模塊和基于有限元網(wǎng)格劃分原理的公路防護(hù)設(shè) 施變形與剪切當(dāng)量沖擊速度計(jì)算模塊；所述的基于有限元網(wǎng)格劃分原理的車體塑性變形當(dāng) 量沖擊速度計(jì)算模塊用于計(jì)算事故車輛撞擊變形而吸收的當(dāng)量沖擊速度；
所述的基于有限元網(wǎng)格劃分原理的公路防護(hù)設(shè)施變形與剪切當(dāng)量沖擊速度計(jì)算模塊， 用于計(jì)算公路防護(hù)設(shè)施車輛受撞擊產(chǎn)生塑性變形及發(fā)生剪切折斷而吸收的當(dāng)量沖擊速度。所述的墜車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)包括5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算 模塊和逆向工程多目標(biāo)6維搜索計(jì)算模塊；所述的5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊用 于計(jì)算事故車輛在各種受力和各種運(yùn)動(dòng)狀況下的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與運(yùn)動(dòng)量值；逆向工程多目 標(biāo)6維搜索計(jì)算模塊用于計(jì)算事故車輛在危險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生瞬間的6自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值和事故 發(fā)生前正常行駛車速值。所述的墜車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)包括基于OpenGL圖形技術(shù)的墜車事故諸元 底層3維透視圖形建模模塊和墜車事故動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)及印跡顯示模塊；所述的基于OpenGL圖形 技術(shù)的墜車事故諸元底層3維透視圖形建模模塊，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)，采用OpenGL三維圖形開發(fā)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)事故車輛、道路、邊坡、護(hù)欄、立柱及電線桿三維 透視圖形的底層建模；
所述的墜車事故動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)及印跡顯示模塊，利用3維透視圖形對(duì)墜車事故全景全過程 在屏幕上場景空間坐標(biāo)系中實(shí)時(shí)顯示車輛在給定時(shí)間步長上的各瞬時(shí)形態(tài)和在沖出道路 前的輪胎印跡，并取得動(dòng)畫連續(xù)表現(xiàn)墜車事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效果。所述的墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)包括墜車事故案例數(shù)據(jù)倉庫模塊、 墜車事故特征計(jì)算數(shù)據(jù)表輸出模塊；所述的墜車事故案例數(shù)據(jù)倉庫模塊采用Access數(shù)據(jù) 庫技術(shù)，利用VC++6. 0開發(fā)平臺(tái)建立了墜車事故案例數(shù)據(jù)倉庫，用于存儲(chǔ)模擬計(jì)算生成的 事故案例數(shù)據(jù)和事故案例調(diào)用；所述的墜車事故特征計(jì)算數(shù)據(jù)表輸出模塊，根據(jù)歸一化校 核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用瞬間的6自由度線速度值 與角速度值及行車速度，輸出事故發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、天氣、護(hù)欄型式、碰撞前軌跡點(diǎn)、車輛 墜崖后最初落地位置、方位角、俯仰角、側(cè)翻角、墜崖前車輛有效制動(dòng)痕跡長度、車輛沖擊折 斷護(hù)欄地角及護(hù)板螺栓個(gè)數(shù)、護(hù)欄板被車輛撞斷長度、道路路面寬度、道路等效附著系數(shù)、 路段平曲線半徑、道路縱坡度、采取制動(dòng)措施時(shí)的車速、碰撞護(hù)欄時(shí)的車速及墜車瞬間的車 速等能夠概括墜車事故特征的主要數(shù)據(jù)。本發(fā)明的研究成果將改變傳統(tǒng)的低效、落后的道路交通事故分析處理方式和手 段、具有高效、形象化、真實(shí)感和透明度高等特性，將有效提高交通事故鑒定與處理的技術(shù) 含量，使其分析鑒定結(jié)果容易受到交通管理部門、事故鑒定單位、事故當(dāng)事人的高度認(rèn)同， 起到分清責(zé)任、避免激化矛盾、減少社會(huì)不穩(wěn)定因素、增進(jìn)社會(huì)生活的和諧運(yùn)行等重要作 用，促進(jìn)我國道路交通事故的鑒定更具科學(xué)性、準(zhǔn)確性和權(quán)威性。本發(fā)明可被道路交通事故 鑒定處理部門、科研院所、汽車企業(yè)、保險(xiǎn)公司以及國外同行所采用，具有明顯的行業(yè)共性 和社會(huì)公益性。通常情況下，實(shí)際道路碰撞事故現(xiàn)場調(diào)查而得的碰撞車速數(shù)據(jù)都不準(zhǔn)確，不宜用來驗(yàn)證解析計(jì)算模型的正確性。本發(fā)明在一組可精確控制條件下的實(shí)車碰撞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和試 驗(yàn)結(jié)果對(duì)模擬再現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行了比對(duì)驗(yàn)證。在給定的相應(yīng)計(jì)算條件下，主計(jì)算模型的解析計(jì) 算碰撞車速的平均相對(duì)誤差值為5. 21%，最大相對(duì)誤差為11. 5%。碰撞后車輛運(yùn)動(dòng)軌跡及停 止位置的模擬再現(xiàn)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。


圖1為墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)系統(tǒng)框圖2為墜車事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖3為墜車瞬間車輛運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖4為車輛-公路防護(hù)設(shè)施碰撞前瞬間運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖5為墜車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖6為墜車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖7為墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖
圖8為本發(fā)明實(shí)施例事故基本信息數(shù)據(jù)輸入對(duì)話窗口 ；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例事故車型設(shè)置對(duì)話窗口 ；
圖10為本發(fā)明實(shí)施例公路參數(shù)設(shè)定對(duì)話窗口 ；
圖11為本發(fā)明實(shí)施例車輛墜崖前行駛軌跡點(diǎn)設(shè)置對(duì)話窗口 ；
圖12為本發(fā)明實(shí)施例事故車輛墜崖后位置設(shè)置對(duì)話窗口 ；
圖13為本發(fā)明實(shí)施例事故車速計(jì)算結(jié)果；
圖14為本發(fā)明實(shí)施例事故三維過程再現(xiàn)；
圖15為本發(fā)明實(shí)施例車速計(jì)算數(shù)據(jù)表；
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了具體的操作過程和詳細(xì) 的實(shí)施方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本系統(tǒng)包括六個(gè)模擬計(jì)算子系統(tǒng)(1)墜車事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與 存儲(chǔ)子系統(tǒng)，(2)墜車瞬間車輛運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)，(3)車輛-公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間運(yùn)動(dòng) 量計(jì)算子系統(tǒng)，(4)墜車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)，(5)墜車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)， (6)墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)。利用本系統(tǒng)的工作界面，輸入墜車事故現(xiàn)場勘 察數(shù)據(jù)并經(jīng)過系統(tǒng)歸一化處理和校核后，啟動(dòng)相關(guān)計(jì)算、再現(xiàn)與輸出模塊，完成墜車事故車 輛運(yùn)動(dòng)力學(xué)狀態(tài)分析計(jì)算、墜車事故過程三維再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄入與存 儲(chǔ)及墜車事故特征計(jì)算數(shù)據(jù)表輸出等功能。本系統(tǒng)各個(gè)主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案和執(zhí)行順序?yàn)?br> (1)參見圖2，墜車事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)墜車事故現(xiàn)場基本 參數(shù)錄入、特征點(diǎn)的校核、輸入數(shù)據(jù)歸一化以及輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。參數(shù)歸一化主要是對(duì)輸入?yún)?數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理、消除量綱和數(shù)量級(jí)的差異。本子系統(tǒng)包括兩個(gè)功能模塊墜車事故 現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一化模塊和墜車事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。a)墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一化模塊，用于完成事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入、輸入?yún)?shù)歸一化處理、墜車位置參數(shù)校核、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)裝載。依據(jù)交警對(duì)墜車事故現(xiàn)場勘驗(yàn)獲 得的事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞位置、沖出道路位置、墜車著地位置、最終停車位置、事 故車輛和公路防護(hù)設(shè)施碰撞損傷痕跡、事故車輛的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能參數(shù)及裝載條件、事 故現(xiàn)場道路路段及邊坡的結(jié)構(gòu)形式、公路防護(hù)物位置、類別、形式、尺寸及材質(zhì)等參數(shù)，可快 速完成事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入、輸入?yún)?shù)歸一化處理、墜車位置參數(shù)校核、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)裝載， 為后續(xù)的事故模擬計(jì)算、三維過程再現(xiàn)提供歸一化現(xiàn)場數(shù)據(jù)支持。b)墜車事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)。采用Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利 用VC++6.0開發(fā)平臺(tái)建立了墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)倉庫，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用與鏈接功能。墜 車事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊可將通過對(duì)話窗口錄入并經(jīng)過預(yù)處理和歸一化后的事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)保 存至墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)倉庫。(2)參見圖3，墜車瞬間車輛運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)，在完成前節(jié)墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù) 據(jù)讀入、校核和歸一化處理后，啟動(dòng)本子系統(tǒng)可由事故車輛墜地位置、最后停止位置逆向計(jì) 算得到事故車輛墜車瞬間的6自由度線速度值與角速度值。本子系統(tǒng)包括兩個(gè)功能模塊 車體拋物運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊和墜地后車輛滾翻動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊。a)墜地后車輛滾翻動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊可以根據(jù)歸一化處理的墜車事故現(xiàn)場勘察輸 入數(shù)據(jù)，計(jì)算得到車輛落地瞬間車輛的6自由度線速度值與角速度值。本模塊以從墜車事 故現(xiàn)場勘測得到并經(jīng)過歸一化校核處理后的事故車輛墜落車輛最初著地位置、道路邊坡形 狀、車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)、車輛裝載情況及最終停止位置與姿態(tài)等事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為依據(jù)，將車 輛整體視為一剛性整體，應(yīng)用剛體(車輛)3維空間翻轉(zhuǎn)與平移復(fù)合運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法，逆 向計(jì)算得到車輛墜車落地瞬間車輛的6自由度線速度值與角速度值。剛體(車輛》維空間翻轉(zhuǎn)與平移復(fù)合運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法車輛墜車著地瞬間，先 以一定的初速度向前翻滾，再以翻滾后的速度向前滑移直至停止。在整個(gè)過程中將車輛視 為剛性整體，根據(jù)車輛墜車著地瞬間車輛位置與姿態(tài)、車輛最終停止位置與姿態(tài)、車輛在邊 坡上的翻滾次數(shù)、平移距離，采用能量守恒定律、地面摩擦力學(xué)方法，計(jì)算得到車輛墜車落 地瞬間車輛的6自由度線速度值與角速度值。b)車體拋物運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊，在前面計(jì)算得到的車輛墜車落地瞬間車輛的6自由 度線速度值與角速度值的基礎(chǔ)上，讀入經(jīng)校核和歸一化處理的墜車事故現(xiàn)場道路邊坡結(jié)構(gòu) 勘察輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算得到墜車瞬間車輛的6自由度線速度值與角速度值。本模塊以從墜車 事故現(xiàn)場勘測得到并經(jīng)過歸一化校核處理后的事故車輛沖出道路瞬間位置與姿態(tài)、車輛最 初著地位置與姿態(tài)、道路邊坡結(jié)構(gòu)(高度、層次、坡度等)、車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)、車輛裝載情況等事 故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為依據(jù)，在計(jì)算得到車輛墜車落地瞬間車輛的6自由度線速度值與角速度 值的基礎(chǔ)上，應(yīng)用剛體拋物線運(yùn)動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算得到事故車輛沖出道路邊緣墜車瞬間的6
自由度線速度值與角速度值。車輛墜車過程中，汽車運(yùn)動(dòng)的水平方向速度分量■^為一常數(shù) 且等于汽車駛出路邊瞬間的速度，汽車下落運(yùn)動(dòng)分量為自由落體運(yùn)動(dòng)。由自由落體運(yùn)動(dòng)性 質(zhì)得到其中，K為瞬時(shí)水平運(yùn)動(dòng)速度￡力落地點(diǎn)到飛出點(diǎn)道路邊界的水平距離，h為墜車高 度，g為重力加速度。(3)參見圖4，車輛-公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)，根據(jù)歸一化處理 校核的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和墜車瞬間事故車輛6自由度線速度值與角速度值，計(jì)算得到事 故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用前瞬間的6自由度線速度值與角速度值。本系統(tǒng)根據(jù)歸一 化處理校核的公路防護(hù)設(shè)施的結(jié)構(gòu)形式、事故車輛和公路防護(hù)設(shè)施碰撞損傷痕跡等事故現(xiàn) 場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在完成前述墜車瞬間的6自由度線速度值與角速度值計(jì)算的基礎(chǔ)上，應(yīng)用基 于車輛變形能量、護(hù)欄變形與剪切能量和碰撞面摩擦接觸力學(xué)的有限元變形能量計(jì)算方法 和依據(jù)能量守恒原理的當(dāng)量沖擊速度折算方法求得事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用階 段的合成減速度量值，進(jìn)而計(jì)算得到事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用前瞬間的6自由度 線速度值與角速度值。本子系統(tǒng)包括兩個(gè)功能模塊基于有限元網(wǎng)格劃分原理的車體塑性 變形當(dāng)量沖擊速度計(jì)算模塊和公路防護(hù)設(shè)施變形與剪切當(dāng)量沖擊速度計(jì)算模塊。a)基于有限元網(wǎng)格劃分原理的車體塑性變形當(dāng)量沖擊速度計(jì)算模塊，用于計(jì)算 事故車輛撞擊變形而吸收的當(dāng)量沖擊速度。首先根據(jù)有限元網(wǎng)格劃分原理圓整事故車輛大 面積復(fù)雜變形(域)為等效規(guī)整變形(域)并計(jì)算車輛在失控狀態(tài)下撞擊公路防護(hù)設(shè)施產(chǎn)生 塑性變形后所吸收的能量值，然后依據(jù)能量守恒原理，折算得到與車身變形能量相當(dāng)?shù)漠?dāng) 量沖擊速度。本模塊是對(duì)車輛碰撞前車速與車體變形間關(guān)系進(jìn)行定量分析。本方法的有限 元網(wǎng)格劃分是指將事故車輛車身變形區(qū)域(往往為無規(guī)則大面積復(fù)雜形狀)劃分為若干微 小單元，求出各單元受撞擊產(chǎn)生塑性變形后所吸收的元能量值，然后再集合得到總變形能 量并圓整變形區(qū)域?yàn)榫哂挟?dāng)量變形能量的標(biāo)準(zhǔn)球面(形)。b)基于有限元網(wǎng)格劃分原理的公路防護(hù)設(shè)施變形與剪切當(dāng)量沖擊速度計(jì)算模 塊，用于計(jì)算公路防護(hù)設(shè)施車輛受撞擊產(chǎn)生塑性變形及發(fā)生剪切折斷而吸收的當(dāng)量沖擊速 度。首先根據(jù)有限元網(wǎng)格劃分原理圓整防護(hù)設(shè)施變形復(fù)雜變形(域)為等效規(guī)整變形(域)并 計(jì)算在事故車輛撞擊下公路防護(hù)設(shè)施產(chǎn)生塑性變形后所吸收的能量值，并根據(jù)材料力學(xué)理 論計(jì)算公路防護(hù)設(shè)施發(fā)生剪切折斷的能量值，然后依據(jù)能量守恒原理，折算得到與公路防 護(hù)設(shè)施變形和折斷能量相當(dāng)?shù)漠?dāng)量沖擊速度。(4)墜車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)，根據(jù)歸一化處理校核的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)和事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用前瞬間6自由度線速度值與角速度值，可以計(jì)算得 到事故車輛在危險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生瞬間的6自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值和事故發(fā)生前正常行駛車速值。本 系統(tǒng)根據(jù)歸一化處理的事故現(xiàn)場勘察得到的車輛碰撞前制動(dòng)距離(痕跡)值或車輛失控側(cè) 滑距離(痕跡)值等事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用瞬間的6自由度 線速度值與角速度值，利用5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊，采用以碰撞瞬間位置、姿 態(tài)和運(yùn)動(dòng)參量為計(jì)算目標(biāo)的多目標(biāo)6維搜索算法，計(jì)算得到事故車輛在危險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生前的 正常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值(行駛車速)。本子系統(tǒng)包括二個(gè)模塊5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算模 塊和逆向工程多目標(biāo)6維搜索計(jì)算模塊。a) 5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊(包括精細(xì)化車輪-地面力學(xué)模型)，用于 計(jì)算事故車輛在各種受力和各種運(yùn)動(dòng)狀況下的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與運(yùn)動(dòng)量值。具體計(jì)算方法 采用車輛車身質(zhì)量(汽車簧載質(zhì)量)6自由度(在空間坐標(biāo)系中，分別沿X、Y、Z方向的3個(gè)的 線速度以及繞X軸旋轉(zhuǎn)的側(cè)傾運(yùn)動(dòng)，繞Y軸旋轉(zhuǎn)的俯仰運(yùn)動(dòng)以及繞Z軸旋轉(zhuǎn)的橫擺運(yùn)動(dòng))、4個(gè)車輪獨(dú)立質(zhì)量(汽車簧載質(zhì)量)所具有的垂直運(yùn)動(dòng)和4個(gè)車輪獨(dú)立質(zhì)量(汽車簧載質(zhì)量) 所具有的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以及前輪平均轉(zhuǎn)向(角)運(yùn)動(dòng)。(具體公式參見魏朗等.道路交通事故 模擬再現(xiàn)的車輛動(dòng)力學(xué)三維模型.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào).2003. 3(3).)
其中，精細(xì)化車輪-地面力學(xué)模塊，用于計(jì)算地面對(duì)輪胎的作用力。對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的汽車 而言，除空氣作用和重力外，幾乎所有其他影響汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的外力(或力矩)都是以地面 作用于輪胎的形式來傳遞給車體的。當(dāng)事故車輛在碰撞沖擊慣性作用下，從碰撞作用結(jié)束 瞬間開始“自由運(yùn)動(dòng)”直至車輛最后停止，此期間碰撞車輛只受重力和車輪一地面作用力的 作用，空氣作用力可以忽略不計(jì)。輪胎-地面作用力計(jì)算與車輪側(cè)偏角、輪胎特性及垂直載 荷相關(guān)，本模塊采用具有大側(cè)偏角運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性的G. Gim輪胎理論力學(xué)模型計(jì)算地面對(duì)輪胎 的作用力。(G. Gim輪胎理論力學(xué)模型具體公式參見魏朗.用于碰撞事故中車輛動(dòng)力學(xué)模 擬的輪胎模型分析.西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999. 2 (1))
b)逆向工程多目標(biāo)6維搜索計(jì)算模塊，用于計(jì)算事故車輛在危險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生瞬間的6 自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值和事故發(fā)生前正常行駛車速值。具體方案是以前節(jié)計(jì)算得到的車輛與 公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間時(shí)的位置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)參量為計(jì)算目標(biāo)，以根據(jù)事故現(xiàn)場地面痕跡 狀況確定的事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施發(fā)生碰撞前的失控狀態(tài)與形式、車輛失控前運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 與行駛路線、制動(dòng)距離或失控側(cè)滑距離值為計(jì)算條件，使用5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì) 算模塊，采用黃金分割原理自動(dòng)變更迭代步長，進(jìn)行多目標(biāo)6維逆向搜索計(jì)算，求得事故車 輛在失控瞬間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值和正常行駛車速值。為了提高計(jì)算模擬的精確度，將本子系統(tǒng)的計(jì)算目標(biāo)值與事故現(xiàn)場采集到的實(shí)際 情況作對(duì)比，如果計(jì)算目標(biāo)值達(dá)到精度要求，則搜索得到事故車輛在失控瞬間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值 和正常行駛車速值；如果達(dá)不到精度要求則繼續(xù)以車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間時(shí)的位 置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)參量為計(jì)算目標(biāo)，使用5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊計(jì)算事故車輛 當(dāng)前狀況下的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與運(yùn)動(dòng)量值，采用黃金分割原理變更迭代步長，進(jìn)行多目標(biāo)6 維逆向搜索計(jì)算，直到模擬計(jì)算結(jié)果達(dá)到精度要求。(5)墜車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、事 故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用前瞬間的6自由度線速度值與角速度值及行車速度，實(shí)現(xiàn) 墜車事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效果。本系統(tǒng)利用5質(zhì)量15自由度車輛運(yùn)動(dòng)力學(xué)計(jì) 算模塊、車體拋物運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊和墜地后車輛滾翻動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊等由始及終順序計(jì)算車 輛在事故過程各個(gè)環(huán)節(jié)和各個(gè)時(shí)段的瞬時(shí)姿態(tài)(車輛質(zhì)心坐標(biāo)值及車身橫擺、俯仰、側(cè)傾等 3自由度角度值)與瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)量(6自由度線速度與角速度值)，同時(shí)調(diào)用墜車動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)及 印跡顯示模塊，在屏幕上場景空間坐標(biāo)系中實(shí)時(shí)顯示車輛在給定時(shí)間步長上的各瞬時(shí)形態(tài) 和在沖出道路前的輪胎印跡，并取得動(dòng)畫連續(xù)表現(xiàn)墜車事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效 果。為了在實(shí)際操作中提高計(jì)算模擬的精確度，可將本系統(tǒng)的三維過程再現(xiàn)結(jié)果與事故現(xiàn) 場采集到的真實(shí)情況作對(duì)比，如果準(zhǔn)確度達(dá)到精度要求，則可輸出事故模擬計(jì)算結(jié)果；如果 準(zhǔn)確度不高，應(yīng)當(dāng)在保證事故碰撞中心基本準(zhǔn)確的前提下，實(shí)時(shí)調(diào)整事故現(xiàn)場基本輸入?yún)?數(shù)及經(jīng)驗(yàn)推測參數(shù)，提高計(jì)算模擬的準(zhǔn)確度，達(dá)到優(yōu)化計(jì)算結(jié)果的目的。本子系統(tǒng)包括二個(gè) 模塊基于OpenGL圖形技術(shù)的墜車事故諸元(車輛、現(xiàn)場道路與環(huán)境)底層3維透視圖形建 模模塊和墜車事故動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)及印跡顯示模塊。a)基于OpenGL圖形技術(shù)的墜車事故諸元(車輛、現(xiàn)場道路與環(huán)境)底層3維透視圖形建模模塊，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用OpenGL三維圖形開發(fā)技術(shù) 來實(shí)現(xiàn)事故車輛、道路、邊坡、護(hù)欄、立柱、電線桿等三維透視圖形的底層建模。b)墜車事故動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)及印跡顯示模塊，實(shí)現(xiàn)利用3維透視圖形對(duì)墜車事故全景 全過程三維過程再現(xiàn)。在三維透視圖形的底層建模的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)利用5質(zhì)量15自由度 車輛運(yùn)動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊、車體拋物運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊和墜地后車輛滾翻動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊等由始 及終順序計(jì)算車輛在事故過程各個(gè)環(huán)節(jié)和各個(gè)時(shí)段的瞬時(shí)姿態(tài)(車輛質(zhì)心坐標(biāo)值及車身橫 擺、俯仰、側(cè)傾等3自由度角度值)與瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)量(6自由度線速度與角速度值)，在屏幕上場 景空間坐標(biāo)系中實(shí)時(shí)顯示車輛在給定時(shí)間步長上的各瞬時(shí)形態(tài)和在沖出道路前的輪胎印 跡，并取得動(dòng)畫連續(xù)表現(xiàn)墜車事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效果。(6)墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基 礎(chǔ)數(shù)據(jù)、事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用瞬間的6自由度線速度值與角速度值及行車速 度、三維過程再現(xiàn)結(jié)果，輸出墜車事故特征計(jì)算數(shù)據(jù)表，并實(shí)現(xiàn)墜車事故案例數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào) 用。本子系統(tǒng)包括二個(gè)功能模塊墜車事故案例數(shù)據(jù)倉庫模塊、墜車事故特征計(jì)算數(shù)據(jù)表輸 出模塊。a)墜車事故案例數(shù)據(jù)倉庫模塊用于存儲(chǔ)模擬計(jì)算生成的事故案例數(shù)據(jù)和事故案 例調(diào)用。本模塊采用Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用VC++6.0開發(fā)平臺(tái)建立了墜車事故案例數(shù)據(jù) 倉庫。b)墜車事故特征計(jì)算數(shù)據(jù)表輸出模塊，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)、事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用瞬間的6自由度線速度值與角速度值及行車速度， 輸出事故發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、天氣、護(hù)欄型式、碰撞前軌跡點(diǎn)、車輛墜崖后最初落地位置、方 位角、俯仰角、側(cè)翻角、墜崖前車輛有效制動(dòng)痕跡長度、車輛沖擊折斷護(hù)欄地角及護(hù)板螺栓 個(gè)數(shù)、護(hù)欄板被車輛撞斷長度、道路路面寬度、道路等效附著系數(shù)、路段平曲線半徑、道路縱 坡度、采取制動(dòng)措施時(shí)的車速、碰撞護(hù)欄時(shí)的車速及墜車瞬間的車速等能夠概括墜車事故 特征的主要數(shù)據(jù)。本發(fā)明經(jīng)過對(duì)墜車事故的分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)，其結(jié)果以三維動(dòng)畫過程再現(xiàn)和主 要特征參數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)表的形式表述出來，可以作為公安交警部門進(jìn)行墜車事故技術(shù)鑒定和 事故責(zé)任認(rèn)定的證據(jù)材料。根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利 要求的保護(hù)范圍。以下發(fā)明人給出現(xiàn)實(shí)發(fā)生的真實(shí)案例，通過利用本分析、模擬再現(xiàn)系統(tǒng)所完成的 整個(gè)交通事故鑒定的全過程。實(shí)施例1
2008年9月13日13時(shí)25分，在四川省道101線525公里+300米，由南江縣向光霧山 鎮(zhèn)方向行駛的大客車發(fā)生墜車事故。事故現(xiàn)場為急彎路段。事故發(fā)生時(shí)天晴，干燥水泥路 面。模擬計(jì)算結(jié)果汽車墜崖瞬間的行駛速度為17. 8km/h，駕駛員采取制動(dòng)措施時(shí)的速度 為55. lkm/h，汽車碰撞護(hù)欄時(shí)的速度為22. 8km/h。數(shù)據(jù)輸入對(duì)話窗口操作步驟
①參加圖8，運(yùn)行軟件，執(zhí)行汽車公路墜車事故命令，彈出事故發(fā)生時(shí)的基本情況 文字列對(duì)話窗口對(duì)話框。根據(jù)交警對(duì)事故現(xiàn)場勘驗(yàn)獲得的事故基本信息數(shù)據(jù)，在各文本框中依據(jù)字段要求輸入事故發(fā)生時(shí)的基本信息。②參加圖9，第一步對(duì)話框內(nèi)容輸入完畢后，單擊下一步按鈕，彈出事故車類 型設(shè)定對(duì)話窗口對(duì)話框。根據(jù)交警對(duì)事故現(xiàn)場勘驗(yàn)獲得的車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)，設(shè)定事故發(fā) 生時(shí)車輛類型等數(shù)據(jù)。③參加圖10，第二步對(duì)話框內(nèi)容輸入完畢后，單擊下一步按鈕，彈出公路參 數(shù)設(shè)定對(duì)話窗口對(duì)話框。根據(jù)交警對(duì)事故現(xiàn)場勘驗(yàn)獲得的道路結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)，在對(duì)話框中 輸入道路結(jié)構(gòu)信息及邊坡基本狀況。④參加圖11，第三步對(duì)話框內(nèi)容輸入完畢后，單擊下一步按鈕，彈出車輛墜 崖前行駛軌跡點(diǎn)對(duì)話窗口對(duì)話框。根據(jù)交警對(duì)事故現(xiàn)場勘驗(yàn)獲得的車輛墜車位置參數(shù)和 地面痕跡檢測數(shù)據(jù)，在對(duì)話框中輸入汽車墜崖前痕跡點(diǎn)等數(shù)據(jù)。⑤參加圖12，第四步對(duì)話框內(nèi)容輸入完畢后，單擊下一步按鈕，彈出車輛墜崖 后位置對(duì)話窗口對(duì)話框。根據(jù)交警對(duì)事故現(xiàn)場勘驗(yàn)獲得的車輛墜崖后位置參數(shù)和地面痕 跡檢測數(shù)據(jù)，在對(duì)話框中輸入車輛墜崖后最初落地位置狀態(tài)和最終停止位置狀態(tài)等數(shù)據(jù)。⑥第五步對(duì)話框內(nèi)容輸入完畢后，單擊下一步(確定)按鈕。屏幕顯示事故現(xiàn) 場數(shù)據(jù)輸入完畢。至此，汽車墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)話窗口數(shù)據(jù)輸入的操作 結(jié)束，可執(zhí)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和事故計(jì)算功能。本發(fā)明的汽車墜車事故模擬再現(xiàn)系統(tǒng)具體操作步驟如下
(1)如圖13所示，單擊工具欄事故計(jì)算按鈕，進(jìn)行3碰撞運(yùn)動(dòng)力學(xué)計(jì)算。(2)如圖14所示，單擊工具欄三維再現(xiàn)按鈕，實(shí)現(xiàn)事故三維過程再現(xiàn)。(3)如圖15所示，單擊工具欄數(shù)據(jù)表輸出按鈕，實(shí)現(xiàn)車速計(jì)算數(shù)據(jù)表輸出。
權(quán)利要求
1.一種墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)至少包括墜車事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)墜車事故現(xiàn)場基本參數(shù)錄入、特 征點(diǎn)的校核、輸入數(shù)據(jù)歸一化以及輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；墜車瞬間車輛運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化處理后事故車輛墜地位置、最后停 止位置逆向計(jì)算得到事故車輛墜車瞬間的6自由度線速度值與角速度值；車輛-公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化處理校核的事故現(xiàn) 場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和墜車瞬間事故車輛6自由度線速度值與角速度值，計(jì)算得到事故車輛與公路 防護(hù)設(shè)施碰撞作用前瞬間的6自由度線速度值與角速度值；墜車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化處理校核的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和 事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用前瞬間6自由度線速度值與角速度值，計(jì)算事故車輛在 危險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生瞬間的6自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值和事故發(fā)生前正常行駛車速值；墜車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、事故 車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用前瞬間的6自由度線速度值與角速度值及行車速度，實(shí)現(xiàn)墜 車事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效果；墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)，用于根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)、事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用瞬間的6自由度線速度值與角速度值及行車速 度、三維過程再現(xiàn)結(jié)果，輸出墜車事故特征計(jì)算數(shù)據(jù)表，并實(shí)現(xiàn)墜車事故案例數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào) 用；所述的墜車事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)、墜車瞬間車輛運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)、 車輛-公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)、墜車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)、墜 車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)以及墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)依次相連，同時(shí)墜 車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)、墜車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)以及墜車事故模擬計(jì)算結(jié) 果輸出描述子系統(tǒng)相連，墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)又與墜車事故現(xiàn)場基本數(shù) 據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于 所述的墜車事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)包括墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一 化模塊和墜車事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；所述的墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)輸入與歸一化模塊，用于 完成事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入、輸入?yún)?shù)歸一化處理、墜車位置參數(shù)校核、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)裝載，依 據(jù)交警對(duì)墜車事故現(xiàn)場勘驗(yàn)獲得的事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞位置、沖出道路位置、墜 車著地位置、最終停車位置、事故車輛和公路防護(hù)設(shè)施碰撞損傷痕跡、事故車輛的主要結(jié)構(gòu) 參數(shù)、性能參數(shù)及裝載條件、事故現(xiàn)場道路路段及邊坡的結(jié)構(gòu)形式、公路防護(hù)物位置、類別、 形式、尺寸及材質(zhì)參數(shù)，完成事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入、輸入?yún)?shù)歸一化處理、墜車位置相關(guān) 參數(shù)校核、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)裝載，為事故模擬計(jì)算、三維過程再現(xiàn)提供歸一化現(xiàn)場數(shù)據(jù)支持；所述的墜車事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)，該模塊采用Access數(shù)據(jù)庫技 術(shù)，利用VC++6. 0開發(fā)平臺(tái)建立了墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)倉庫，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用與鏈接。
3.如權(quán)利要求1所述的一種墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于 所述的墜車瞬間車輛運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)包括墜地后車輛滾翻動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊和車體拋物 運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊；所述的墜地后車輛滾翻動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊以從墜車事故現(xiàn)場勘測得到并經(jīng) 過歸一化校核處理后的事故車輛墜落車輛最初著地位置、道路邊坡形狀、車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)、車輛裝載情況及最終停止位置與姿態(tài)等事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為依據(jù)，將車輛整體視為一剛性整 體，應(yīng)用剛體3維空間翻轉(zhuǎn)與平移復(fù)合運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法，逆向計(jì)算得到車輛墜車落地 瞬間車輛的6自由度線速度值與角速度值；所述的車體拋物運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊，用于根據(jù)墜地后車輛滾翻動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊計(jì)算得到的 車輛墜車落地瞬間車輛的6自由度線速度值與角速度值，讀入經(jīng)校核和歸一化處理的墜車 事故現(xiàn)場道路邊坡結(jié)構(gòu)勘察輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用剛體拋物線運(yùn)動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算得到事故車輛沖 出道路邊緣墜車瞬間的6自由度線速度值與角速度值。
4.如權(quán)利要求1所述的墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述 的車輛-公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)包括基于有限元網(wǎng)格劃分原理的車體 塑性變形當(dāng)量沖擊速度計(jì)算模塊和基于有限元網(wǎng)格劃分原理的公路防護(hù)設(shè)施變形與剪切 當(dāng)量沖擊速度計(jì)算模塊；所述的基于有限元網(wǎng)格劃分原理的車體塑性變形當(dāng)量沖擊速度計(jì) 算模塊用于計(jì)算事故車輛撞擊變形而吸收的當(dāng)量沖擊速度，該模塊首先根據(jù)有限元網(wǎng)格劃 分原理圓整事故車輛大面積復(fù)雜變形域?yàn)榈刃б?guī)整變形域并計(jì)算車輛在失控狀態(tài)下撞擊 公路防護(hù)設(shè)施產(chǎn)生塑性變形后所吸收的能量值，然后依據(jù)能量守恒原理，折算得到與車身 變形能量相當(dāng)?shù)漠?dāng)量沖擊速度；所述的基于有限元網(wǎng)格劃分原理的公路防護(hù)設(shè)施變形與剪切當(dāng)量沖擊速度計(jì)算模塊， 用于計(jì)算公路防護(hù)設(shè)施車輛受撞擊產(chǎn)生塑性變形及發(fā)生剪切折斷而吸收的當(dāng)量沖擊速度， 該模塊根據(jù)有限元網(wǎng)格劃分原理圓整防護(hù)設(shè)施變形復(fù)雜變形域?yàn)榈刃б?guī)整變形域并計(jì)算 在事故車輛撞擊下公路防護(hù)設(shè)施產(chǎn)生塑性變形后所吸收的能量值，并根據(jù)材料力學(xué)理論計(jì) 算公路防護(hù)設(shè)施發(fā)生剪切折斷的能量值，然后依據(jù)能量守恒原理，折算得到與公路防護(hù)設(shè) 施變形和折斷能量相當(dāng)?shù)漠?dāng)量沖擊速度。
5.如權(quán)利要求1所述的墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述 的墜車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)包括5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊和逆向工 程多目標(biāo)6維搜索計(jì)算模塊；所述的5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊用于計(jì)算事故車 輛在各種受力和各種運(yùn)動(dòng)狀況下的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與運(yùn)動(dòng)量值；逆向工程多目標(biāo)6維搜索計(jì) 算模塊用于計(jì)算事故車輛在危險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生瞬間的6自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值和事故發(fā)生前正常 行駛車速值，該模塊以5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊計(jì)算得到車輛與公路防護(hù)設(shè)施 碰撞瞬間時(shí)的位置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)參量為計(jì)算目標(biāo)，以根據(jù)事故現(xiàn)場地面痕跡狀況確定的事 故車輛與公路防護(hù)設(shè)施發(fā)生碰撞前的失控狀態(tài)與形式、車輛失控前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與行駛路線、 制動(dòng)距離或失控側(cè)滑距離值為計(jì)算條件，使用5質(zhì)量15自由度車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊，采用 黃金分割原理自動(dòng)變更迭代步長，進(jìn)行多目標(biāo)6維逆向搜索計(jì)算，求得事故車輛在失控瞬 間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值和正常行駛車速值。
6.如權(quán)利要求1所述的墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述 的墜車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)包括基于OpenGL圖形技術(shù)的墜車事故諸元底層3維透 視圖形建模模塊和墜車事故動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)及印跡顯示模塊；所述的基于OpenGL圖形技術(shù)的墜 車事故諸元底層3維透視圖形建模模塊，根據(jù)歸一化校核處置的事故現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用 OpenGL三維圖形開發(fā)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)事故車輛、道路、邊坡、護(hù)欄、立柱及電線桿三維透視圖形 的底層建模；所述的墜車事故動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)及印跡顯示模塊，利用3維透視圖形對(duì)墜車事故全景全過程在屏幕上場景空間坐標(biāo)系中實(shí)時(shí)顯示車輛在給定時(shí)間步長上的各瞬時(shí)形態(tài)和在沖出道路 前的輪胎印跡，并取得動(dòng)畫連續(xù)表現(xiàn)墜車事故全景全過程狀態(tài)的三維再現(xiàn)效果。
7.如權(quán)利要求1所述的墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述 的墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)包括墜車事故案例數(shù)據(jù)倉庫模塊、墜車事故特征 計(jì)算數(shù)據(jù)表輸出模塊；所述的墜車事故案例數(shù)據(jù)倉庫模塊采用Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用 VC++6. 0開發(fā)平臺(tái)建立了墜車事故案例數(shù)據(jù)倉庫，用于存儲(chǔ)模擬計(jì)算生成的事故案例數(shù)據(jù) 和事故案例調(diào)用；所述的墜車事故特征計(jì)算數(shù)據(jù)表輸出模塊，根據(jù)歸一化校核處置的事故 現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、事故車輛與公路防護(hù)設(shè)施碰撞作用瞬間的6自由度線速度值與角速度值及 行車速度，輸出事故發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、天氣、護(hù)欄型式、碰撞前軌跡點(diǎn)、車輛墜崖后最初落 地位置、方位角、俯仰角、側(cè)翻角、墜崖前車輛有效制動(dòng)痕跡長度、車輛沖擊折斷護(hù)欄地角及 護(hù)板螺栓個(gè)數(shù)、護(hù)欄板被車輛撞斷長度、道路路面寬度、道路等效附著系數(shù)、路段平曲線半 徑、道路縱坡度、采取制動(dòng)措施時(shí)的車速、碰撞護(hù)欄時(shí)的車速及墜車瞬間的車速等能夠概括 墜車事故特征的主要數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種墜車事故分析計(jì)算與模擬再現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括六個(gè)模擬計(jì)算子系統(tǒng)墜車事故現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)子系統(tǒng)，墜車瞬間車輛運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)，車輛-公路防護(hù)設(shè)施碰撞瞬間運(yùn)動(dòng)量計(jì)算子系統(tǒng)，墜車事故車輛行駛車速計(jì)算子系統(tǒng)，墜車事故三維過程再現(xiàn)子系統(tǒng)，墜車事故模擬計(jì)算結(jié)果輸出描述子系統(tǒng)。利用本系統(tǒng)的工作界面，輸入墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)并經(jīng)過系統(tǒng)歸一化處理和校核后，啟動(dòng)相關(guān)計(jì)算、再現(xiàn)與輸出模塊，完成墜車事故車輛運(yùn)動(dòng)力學(xué)狀態(tài)分析計(jì)算、墜車事故過程三維再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)墜車事故現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)及墜車事故特征計(jì)算數(shù)據(jù)表輸出等功能。
文檔編號(hào)G06T13/20GK102063573SQ201010616528
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者周維新, 張維峰, 張韋, 李春明, 袁望方, 趙晨, 陳濤, 魏朗 申請(qǐng)人:長安大學(xué)