交通事故再现技术研究现状与发展趋势

CRASH和 IM PAC,日本的 J2DACS和 CARS,德国的 WACCAR ,法国的 ANAC等 。该类软件大都是在大 量的实车碰撞实验基础上 ,采用正向模拟 、反复迭代 的算法 ,通过验证模拟痕迹与实际的事故现场痕迹 是否吻合来推断碰撞前后的速度 。其研究历程是在 大量的实车碰撞试验基础上 ,由试验往计算机模拟 技术过渡 ,并逐步走向二者紧密结合的过程 。在我 国 ,汽车碰撞研究领域的发展尚处于初级阶段 ,碰撞
试验研究和计算机模拟碰撞研究都尚未成熟 。随着 再现技术研究的不断深入 ,构造更合理的模型 ,把握 车辆碰撞仿真技术发展的脉搏 ,提高交通事故再现 的技术水平 ,完善事故再现系统的功能 ,不仅能为快 捷 、准确地处理交通事故提供令人信服的科学依据 , 对汽车工业的发展以及交通的组织和交通设计同样 具有特别重要的意义 [ 1—2 ] 。
但是目前应用的轮胎模型不能全面反映车体本 身的因素或环境因素对车辆运动状态的影响 ,仍需 深入的研究 :
1) 针对不同型号的轮胎及其在不同环境条件 下的工作情况 ,进行大量的实验和现场数据实时采 集 ,从而得到足够的轮胎试验数据 ,提出判别函数 , 构建判别模型 ;
2) 根据地面痕迹信息和环境因素进行大量的 试验和分析比较 ,提出更好的地面痕迹识别方法 ,提 高车辙轨迹识别的精度 。
在国内外所发展的事故再现模型中 ,必须从事 故发生后所遗留的痕迹 、洒落物来逆向推演 ,往往因 采证的不完全 、资料的不确定 、再现模型的优劣程度 的不同而使得计算结果有所差异 。国外发展事故再 现模型的作用在于鉴别事故原因或是预测不同条件 下发生的碰撞所产生的结果 ,作为车辆设计或道路 工程改善的参考 ;而在国内 ,事故责任鉴定的需求远 大于交通安全改善的需求 ,必须开发适合国情的软 件才能满足需求 。
Review of Traffic Accident Rep roduction Technology and Its Develop ing Trend
L IU Zh i2q iang1 , Prof. W ANG Peng1 ZHANG J ian 2hua1 W ANG Yang2 GO NG B iao2 (1 School of Automobile & Traffic Engineering, J iangsu University, Zhenjiang 212013, China
3 文章编号 : 1003 - 3033 (2007) 04 - 0016 - 05; 收稿日期 : 2007 - 01 - 26; 修稿日期 : 2007 - 04 - 02
第 4期 刘 志 强 等 : 交 通 事 故 再 现 技 术 研 究 现 状 与 发 展 趋 势
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1 车辆碰撞事故再现的基本解析流程
车辆碰撞事故再现的基本流程 (见图 1)是从事 故现场所遗留的种种迹证 (路面特性 、刹车痕迹 、洒 落物 ) 、车辆的最终状态 (车辆结构特性 、损坏程度 、 位移和滑行角度 )开始分析 ,根据相关理论方法和 事故现场痕迹 ,构建运动学和动力学模型 ,通过对碰 撞点 、碰撞形态 、碰撞过程的分析得出肇事车辆的行 驶方向与相关位置 、碰撞前后的车速 、角速度 、位移 和损毁程度 ,使整个事故的实际情况在时间和空间 上得以重现 。
图 1 汽车碰撞解析流程图
图 2 事故现场图与事故再现一体化解析流程
1) 根据交通事故现场的特点 ,优化标定物的大 小和标定点的分布对事故现场三维重建精度的影 响 ,提高基于标定点识别的事故现场三维重建精度 ;
2) 深入研究事故现场的道路形状 ,车辆的车型和
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中国 China
安全 Safety
213 碰撞过程解析模型
图 4 汽车固有参数计算图
轮胎经验模源自文库是根据试验数据和经验建立的 , 与理论模型相比 ,精度较高但是预测能力较差 ,如 M agic Formula模型 ;
轮胎半经验模型是在轮胎理论模型基础上 ,通 过满足一定边界条件建立起来的简洁且精度较高的 经验模型 ,便于应用在汽车动力学仿真中 ,如 M F Tyre模型和幂指数模型 ;
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21311 碰撞后车辆运动状态解析模型 碰撞后车辆运动状态解析模型从以往简单的二
车轮单车辙模型发展到目前的二维 4车轮模型 (见 图 5、图 6) ,假定车体为刚体 ,在碰中 、碰后的运动 中 ,车体的质量分布 、几何参数 、车轮的定位参数 、转 向角均不发生变化 ,忽略弹性悬架以及外界环境因 素的影响 。但是在汽车碰撞过程中 ,人体 、汽车和环 境 3者之间在极短时间内发生了强烈的相互作用 , 产生急剧变化 。
现场图绘制系统进行分析 ; 4 )为研究难点 ,需要建 立下列 3个模型进行研究即汽车轮胎动力学模型 、 碰后车辆运动解析模型 、碰撞作用解析模型 。
211 根据事故现场的数据信息构建事故现场图
准确的事故再现依赖于准确的交通事故信息 , 事故勘察报告是交通事故信息的主要来源 ,如果没 有完整且详细的事故信息记录 ,则给事故再现分析 带来困难 。通过适当的方法手段从事故现场拍摄的 照片中提取需要的信息对交通事故再现有重要意 义 。随着计算机视觉技术的发展 ,使运用摄影图像 分析事故现场的三维信息成为可能 (见图 2) 。利用 拍摄的图像进行现场三维重建 ,关键在于对图像进 行精确标定和对图像上的对应点进行准确匹配 ,提 取事故再现计算中所需要的数据信息 ,绘制完整的 现场图 [ 3 ] 。目前我国此项研究还处在初步阶段 ,可 以进一步提高 :
2 Traffic M anagement Research Institute of the M inistry of Public Security, W uxi 214151, China)
Abstract: Road traffic accident rep roduction is not only the most important way of responsibility identifi2 cation and cause analysis, but also an important part of traffic accident p revention and control. On the ba2 sis of detailed introduction of computer simulation technology of traffic accident rep roduction at hom e and abroad, existing technical p roblem s are analyzed and discussed in data collection on spot, velocity estima2 tion before and after vehicle impact, and virtual reality technology for the simulation of impact p rocess. Problem s and directions needing op tim ization are pointed out so as to imp rove the technology of accident rep roduction. Further studying fields of accident rep roduction technology are indicated as well as its devel2 op ing trends. Key words: vehicle impact; computer sim ulation; accident rep roduction; data collection;
轮胎作为连接车身与路面的惟一部件 ,除空气 阻力 ,车辆所受到的外力几乎都是通过轮胎与路面 之间的作用产生 。深入研究轮胎的力学特性 、构造 合理的模型能够完善事故再现中的车体受力分析 。 目前实际应用的轮胎动力学模型 (见图 3、图 4)有 : 经验模型 、半经验模型 、理论模型 。
图 3 G im 轮胎简化形式图
velocity estim ation
0 引 言
随着交通运输业和汽车工业的高速发展 ,交通 事故成为全球性主要公害之一 ,如何提高事故处理 分析的科学性 、准确性已经成为当前一个重要的研 究课题 。当前国际上用于事故再现分析的计算机软 件逐渐发展并趋于完善 ,主要集中在欧美和日本等 发达国家 。其中具有代表性的应用软件有美国的
第 2
1 7卷 第 0 0 7年
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期 月
中 Ch
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安全 Safe ty
科学 Science
学 报 Vol. 1 7 No. 4
Jou rna l
Ap r . 2 0 0 7
交通事故再现技术研究现状与发展趋势 3
刘志强 1 教授 汪 澎 1 张建华 1 汪 2 龚 标 2
国内外现有事故再现模型主要应用“正推法 ” 和“反推法 ”两种思路来建立 ,各有优缺点 。但是路 权和超速的问题始终没有得到彻底解决 ,而两个问 题的解决对事故的处理至关重要 ,因此 ,国内现有事 故再现模型的重点应该放在“准确判定碰前车辆运 动位置 ”和“提高碰前车速计算的可靠性 ”上 。
第 4期 刘 志 强 等 : 交 通 事 故 再 现 技 术 研 究 现 状 与 发 展 趋 势
轮胎理论模型是在简化的轮胎物理模型的基础 上建立的 ,是对轮胎力学特性的一种数学描述 ,更适 用于事故再现仿真 ,如 Fiala模型和 Gim 模型 。
在简化的轮胎理论模型基础上建立的 Fiala轮 胎模型 ,通过引入胎冠 、胎体的变形得到侧向力 、回 正力矩 、侧偏角以及外倾角之间的关系 ,并有近似计 算公式 ,但是在较大侧偏角及较大滑移率的非稳定 区内计算误差较大 。
2 交通事故再现的关键技术及其今后 发展的趋势
事故再现包括以下 5个方面的内容 : 1) 涉案的相关人车判定 ; 2) 碰撞过程中人车间的位置关系 ; 3) 人员伤害 、车辆损坏情况 ; 4) 车辆运动学 、动力学模型的建立与应用 ; 5) 驾驶行为的推定 。 其中 : 2) 3)为研究热点 ,需要开发完善的事故
(1 江苏大学汽车与交通工程学院 ,镇江 212013 2 公安部交通管理科学研究所 ,无锡 214151)
学科分类与代码 : 620. 2030 中图分类号 : X928 文献标识码 : A 资助项目 :江苏省科技厅 2005年高新项目 ( BQ2005028) 。
【摘 要 】 道路交通事故再现不仅是交通事故责任鉴定和原因分析的重要方法 ,也是交通事故防 治的重要内容 。在详细介绍国内外事故再现计算机仿真技术的基础上 ,分析目前事故再现系统开发 中事故现场数据采集技术 、碰撞前后速度估算的技术 、碰撞过程进行模拟的虚拟现实技术的研究现 状与存在的问题 ,提出进一步优化的方向 ,进而达到完善交通事故模拟再现的目的 。最后指出我国 交通事故再现技术进一步研究的内容和发展趋势 。 【关键词 】 汽车碰撞 ; 计算机仿真 ; 事故再现 ; 数据采集 ; 速度估算
科学 Sc ience
学Jou r报na l 第2 0 10 77卷年
位置的识别、描述方法 ,完善碰后车辙轨迹模拟的算 法 ,提高重建的智能化水平和对事故再现的说服力 ;
3) 提高现场图在现场勘查和事故再现中的承 接作用 ,提高现场图绘制环节的效率 。 212 汽车轮胎动力学模型
Gim 模型 [ 4 ]是在三维弹簧模型的基础上 ,在纯 滑移 (纯纵向 、纯侧偏和纯外倾滑移 ) 和复合滑移 (外倾 、侧偏和纵向滑移同时存在 ) 的情况下建立 的 ,引入了纵向临界滑移率 、纵向附着系数和横向附 着系数 ,推出了完整的轮胎力学特性公式 ,与 Fiala 轮胎模型相比 ,计算速度快 、精度高 ,更适用于对车 体进行受力分析 。