基于Matlab的汽车二维碰撞事故的运动仿真研究_唐阳山

Study on Simulation of Automobile Movement after Two-dimension Crash Based on Matlab
TANG Yang-shan, WANG Li-ying
（Automobile & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China）
(2)
仿真系统开发和实现 Matlab 具有较强的图像和视频处理功能的开 发工具[6]，具有可视化仿真环境，并提供了图形用 户界面(GUI)设计与开发功能。 本文的交通事故仿真 系统就是在 Windows XP 环境下，基于 Matlab 的 GUI 工具实现碰撞过程的仿真，其功能菜单界面与 基本参数输入界面如图 2、3 所示。
1 运动轨迹模型的建立
汽车碰撞事故分类 根据汽车碰撞事故发生时的碰撞方式以及碰 撞后汽车运动形态，可以将汽车碰撞事故分成不同 维数的类型[4]。二维碰撞事故是指车辆在碰撞前、 后作平面运动， 但不在同一运动方向的碰撞事故[5]。 1.1
第5期
唐阳山等：基于 Matlab 的汽车二维碰撞事故的运动仿真研究
近实际的轨迹参数，从而实现汽车碰撞后运动过程 的仿真。其仿真程序流程图如图 1 所示。
开始 选择交通事故类型
事故基本参数输入
相关参数计算
v (t t ) v (t ) t g sin y y v (t ) vx (t t ) x(t t ) x(t ) t x 2 v y (t ) v y (t t ) y (t t ) y (t ) t 2
[5] Taoka George T, Reizes Haim, Reizes Amit, etal. Use of AMicrocomputer in Traffic Accident Reconstruction[J]. ITE Journal ISSN, 1989, 11: 27-31. [6] 谢捷如. MATLAB 仿真技术的研究及应用[J]. 电气技术
2.2
式中： ax 、 a y 为汽车质心在 x 轴、 y 轴方向上的加 速度； (t ) 、 (t t ) 为汽车分别在 t 、 t t 时 刻绕质心转动的角速度； 为汽车车体旋转的角加 速度； (t ) 、 (t t ) 为汽车在 t 、t t 时刻的车 体横摆角位移。
图 2 交通事故仿真系统的功能菜单图
2
2.1
仿真系统开发
仿真思路和流程 利用运动轨迹模型，通过数值求解各个时间点 的车辆位移和运动方向，通过与事故现场可勘察的 实际轨迹信息和停车位置信息的比较，优化得到接
图3
来自百度文库
事故汽车基本参数输入界面
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辽宁工业大学学报(自然科学版)
第 31 卷
在经过信息比较获取满意的运动轨迹后，对碰 撞后的汽车可分别模拟运动过程，模拟界面见后面 的实例验证的图 5 和图 6 所示。
事故现场平面图
图4
85870/2758752.html. [3] 舒强 . 道路交通事故三维模拟演示平台的研究与实现 [D]. 西安: 长安大学, 2010. [4] 裴玉龙, 蒋贤才, 程国柱. 道路交通事故分析与再现技
术[M]. 北京: 人民交通出版社, 2010.
将事故现场实测数据输入系统，进行事故过程 仿真，图 5、6 分别为汽车运动过程中的碰撞瞬间 和最终状态。 从实例可以看出，仿真所得结果与实际相差较 小，通过仿真所得动画过程图与现场平面图进行对 比，情况基本符合。
收稿日期：2011-08-17 基金项目：辽宁省教育厅资助项目（L2010184） 作者简介：唐阳山(1972-)，男，辽宁鞍山人，教授，博士。
拟，并且大多数操作复杂，主观性过强，不适合基 层交警部门快速处理交通事故[3]。因此，本文提出 一种简单而实用的方法， 运用 Matlab 开发交通事故 仿真系统。
与自动化, 2002, 10(5): 75-78.
4
结
论
该系统实现了一维与二维汽车碰撞事故的分 析与仿真，验证表明误差较小，为事故鉴定提供了
责任编校：刘亚兵
唐阳山，王丽莹
（辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）
摘
要：以二维汽车碰撞事故为主要研究对象，将二维汽车碰撞事故分成向心碰撞和偏心碰撞类型，并建立
了相应的运动轨迹的数学模型，运用 MATLAB 作为工具开发了汽车碰撞事故二维运动仿真系统，最后通过实例 进行了系统验证。该系统实现了汽车事故碰撞过程的二维再现，可为汽车事故鉴定提供一定依据。 关键词：汽车碰撞事故；运动轨迹；MATLAB；仿真系统 中图分类号：U491.3 文献标识码：A 文章编号：1674-3261(2011)05-0330-03
表1
参数项目 质量/kg 汽车长度/m 汽车宽度/m 汽车轮距/m 汽车轴距/m 碰撞后汽车滑移距离/m 车轮状态 路面附着系数
事故基本数据
A车 1320 4.62 1.78 3.16 1.5 2.8 全轮制动 0.6 B车 1190 4.28 1.64 2.85 1.2 2.1 全轮制动 0.6
图5
(1)
假定初始状态
事故汽车运动 轨迹计算模型 改变初始参数
式中： vx (t ) 、 vx (t t ) 为汽车分别在 t 、 t t 时 刻沿 x 轴方向的行驶速度； v y (t ) 、 v y (t t ) 为汽 车分别在 t 、 t t 时刻沿 y 轴方向的行驶速度； y (t ) 、y (t t ) 为汽车质心分别在 t 、t t 时刻的 纵坐标； 为事故汽车运动方向与 x 轴的夹角。x,y 为运动平面直角坐标系。 在汽车二维偏心碰撞中，汽车做平面滑移运动 的同时，还做绕其质心的横摆旋转运动，故汽车二 维偏心碰撞运动模型如下所示。 vx (t t ) vx (t ) ax t
第 31 卷第 5 期 2 0 11 年 10 月
辽宁工业大学学报(自然科学版)
Journal of Liaoning University of Technology(Natural Science Edition)
Vol.31, No.5 Oct. 2011
本刊核心层次论文
基于 Matlab 的汽车二维碰撞事故的 运动仿真研究
Key words: automobile crash accident; movement trajectory; MATLAB; simulation system Abstract: Automobile’s two-dimension crash was taken as the main research object and also was classified into the centroclinal crash and the eccentric one. Therefrom, the mathematical model was established in correspondence with movement trajectory. Then two-dimentional movement simulation system for automobile crash accident was developed with MATLAB. At last, the system was verified with samples. The system achieved two-dimentional reconstruction of crash process after the automobile accident, which provides reference for automobile accident appraisal. 近年来我国道路交通事故的数量和死亡人数 呈逐年上升的趋势，已经成为世界上道路交通事故 死亡人数最多的国家，如此众多的事故使得交通警 察处理交通事故成为一项繁琐的事情[1]。根据我国 道路交通事故统计情况显示， 2010 年全国共发生道 路交通事故 3 906 164 起。同比上升 35.9%. 其中， 造成 65 225 人死亡、254 075 人受伤，直接财产损 失 9.3 亿元，适用简易程序处理的道路交通事故共 3 686 652 起[2]。目前已开发出较成熟的交通事故再 现模拟系统如 CRASH、PC-CRASH 等，或适用事 故类型单一，或只能正向进行车辆运动状态计算模
依据与简单的操作平台，能够提高交通部门对交通 事故处理的效率与公正性。而三维交通事故再现实 现的问题在日后的研究中尚待解决。
3
实例验证
事故简介：A 车自北向南逆向行驶，B 车自南 向北正常行驶时发现正逆向行驶的 A 车， 紧急采取 制动后与 A 车发生相撞， 事故现场平面如图 4 所示， 事故数据见表 1.
汽车发生碰撞瞬间
北
10.0m 7.5m B
A
图6
B
最终停车位置
参考文献：
[1] 张伟, 李一兵, 胡远志. 道路交通事故的三维仿真方法
研究[J]. 计算机仿真, 2003,20(10): 99-101.
A
0.9m 2.7m
[2] 公安部交通管理局. 2010 年全国道路交通事故情况[EB/ OL]. [2011-01-25]. http://www.mps.gov.cn/n16/n85753/n
与实际轨迹 进行比较
模拟汽车碰撞过程
结束
图 1 仿真程序流程图
v y (t t ) v y (t ) a y t vx (t ) vx (t t ) t x(t t ) x(t ) 2 v y (t ) v y (t t ) t y (t t ) y (t ) 2 (t t ) (t ) t (t ) (t t ) (t t ) (t ) 2
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根据轨迹分析的需要，将其分为向心和偏心碰撞两 类。 本文主要研究二维碰撞事故，提出向心和偏 心条件下的碰撞后运动轨迹模型，并研发汽车碰撞 事故的过程分析系统。 1.2 二维碰撞后运动轨迹模型的建立 汽车二维向心碰撞发生以后，事故车辆在道路 平面内仅做不含有横摆旋转的平移运动，因此二维 向心碰撞运动轨迹模型为： vx (t t ) vx (t ) t g cos