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道路交通事故重建技术及发展趋势

2020-10-20 23:34:46·  来源:碰撞与安全  作者:曾文铭  
 
汽车诞生以来,研究交通事故的原因,重建交通事故过程是改善汽车设计,提高汽车安全性能,预防道路交通事故的重要方法,而对交通事故重建技术的研究几乎也是随着
汽车诞生以来,研究交通事故的原因,重建交通事故过程是改善汽车设计,提高汽车安全性能,预防道路交通事故的重要方法,而对交通事故重建技术的研究几乎也是随着汽车安全技术的不断改进而发展的。交通事故重建作为一门新兴的交叉学科,通常涉及到碰撞力学、运动学、生物力学、材料科学、交通行为学、车辆工程等技术领域,特别是关于转向系统、制动系统以及车辆力学以及数字仿真技术、数字摄影和数码影像技术、道路交通设施、侦查学和证据科学等专门知识。

图1 交通事故重建相关学科知识

交通事故重建主要包含两部分:事故现场勘测和事故重建分析。事故现场勘测完成的主要任务是现场测量( 包括事故现场定位测量及事故现场各事故元素的测量) 、绘制现场图、拍摄现场照片等。而事故重建分析则是我们要讲述的重中之重,事故重建分析是以事故现场勘测的结果为依据, 分析事故发生的原因及过程。交通事故重建的目的是准确认识事故发生的过程,正确分析道路交通事故成因,科学认定交通事故责任。
 
 
图2 交通事故责任认定书

1  事故现场勘测

事故现场勘测分为以下三大内容,主要是道路信息、事故车辆信息以及人员伤残信息,如下图所示。

图3 事故现场勘测内容

事故现场勘测完成的主要任务是现场测量( 包括事故现场定位测量及事故现场各事故元素的测量) 、绘制现场图、拍摄现场照片等。现阶段国内道路交通事故现场勘测工作, 仍采用人工测量现场各种几何数据( 如拖痕长度、散落物位置、车辆损坏程度等) , 手工绘制各种事故现场草图, 辅助以现场拍照的方法。

事故现场信息采集内容主要分为:标记、伤情调查、拍照、测量等四部分,如下图所示。

 
图4 事故现场采集概况

事故现场勘测的关键是根据道路信息、车辆最终位置、车胎痕迹,人员最终位置和地面散落物等绘制事故草图。通常以离事故不远的道路上的某个标志物为基准点(路灯或信号灯之类),以此建立坐标系,沿道路方向为X轴,垂直于道路方向为Y轴,尽量使待测元素在X轴与Y轴的一边,事故草图如下图所示。

图5 事故现场草图

2  事故重建分析

事故重建主要根据根据事故现场的采集及记录的信息与绘制的事故现场草图, 如碰撞后车辆位移、损坏程度、拖痕长度、路面情况等, 运用力学中的动量守恒与能量守恒的基本理论, 对事故发生过程进行理论推理与验证。在汽车被动安全技术阶段,事故调查与重建工作多依赖于事故车辆在人体、路面、车体的痕迹与变形,再辅以文证、书证及鉴定报告分析重建事故过程; 在汽车主动安全技术阶段,大量的ECU监控着车辆的行驶状态,事故发生后,人们可以从存储单元中获取较为客观、准确的车辆运行数据,辅助事故重建工作。目前交通事故重建主要采用以下四种方法:

2.1  基于事故形态的手工重建

这种方法在事故形态和过程分析的基础上,利用经典力学和实验数据解算事故中各运动过程的速度,这种方法是车速计算的基本方法,也是目前具备司法鉴定资质机构使用最广泛的方法之一。目前已有的标准GA/T-33195-2016《道路交通事故车辆速度鉴定》由中华人民共和国公安部提出,主要包括:根据动能原理,利用车辆路面制动痕迹及制动纵滑附着系数的速度计算公式;基于碰撞数据建立的车辆塑性变形与有效碰撞速度的经验公式,结合动量守恒定律推导一维碰撞事故中的速度计算公式;根据圆周运动的极限条件,推导车辆转弯过程中发生侧滑、侧翻时的临界速度计算公式等等。
图6 事故重建车速行业标准

2.2  计算机辅助重建

利用事故重建系统可以依据事故车辆结构参数、碰撞初始点位置、车辆碰撞初速度、车辆行驶方监控信息辅助重建向、碰撞角度、车辆损伤程度、车辆最后停止位置及地面轮胎痕迹,比较精确地模拟出车辆碰撞过程的速度变化曲线、行驶轨迹及损毁结果。在初始条件发生变化时可以快速生成计算结果,大大提高了交通事故重建的效率和精确度。如下图所示,根据事故草图非常生动逼真的展示事故发生的过程。

 
 
图7 利用PC-Crash重建道路交通事故

2.3  监控信息辅助重建

随着治安监控与交通监控装备的推广与应用,事故现场环境的电子监控信息和事故现场的车体痕迹和路面痕迹一样成为交通事故现场的重要证据;目前,监控信息通常包括固定的治安监控、交通监控和移动的交通监控装置记录的动、静态影像信息。通常这些监控设施从某一特定位置、以特定角度记录了事故发生的过程,如下图所示。

 
图8 初始帧及碰撞时两车目标点位置

根据中华人民共和国公安安全行业标准GA/T1133-2014《基于视频图像的车辆行驶速度技术鉴定》可以通过利用道路环境参照物距离计算车辆行驶速度。首先, 面对面转换法的原理是使拍摄相片的平面与事故现场路面一致,利用现场地面4 个控制点及对应的像点, 求解8 个联立方程而得到二维平面到三维空间的转换参数。视频法得到的结果是碰撞前,车辆1的车速为36km/h,车辆2的车速为41km/h,如下图所示。

 
图9 车辆1&车辆2车速

2.4  车载电子信息辅助事故重建

随着汽车电子系统的不断发展,采用不同形式记录汽车行驶状态的记录装置(黑匣子)在不断开发和应用,其中EDR 正在逐步被国外相关政府管理部门、司法机关、汽车厂商、保险公司所认可,成为道路交通事故调查的重要手段。碰撞车辆的EDR 数据记录了车辆碰撞前车辆的行驶及操控过程,可以用于道路交通事故成因分析, 以及评估事故过程中车辆安全系统是否工作正常。一般车型的EDR 数据中包括:车辆碰撞前(激活前或达到触发条件)5 s 内的车辆速度、发动机转速、油门踏板位置、节气门开度、制动踏板操作情况,以及车辆碰撞后200ms 内的速度变化情况。目前大部分EDR 数据可以通过博世生产的CDR 模块进行解读,如下图所示。

 
图10 利用CDR获取车辆碰撞数据

利用专门的数据读取装置获取汽车发生碰撞时的一系列数据信息,有效辅助事故调查与重建人员,提高事故重建质量和工作的效率。

3  交通大数据辅助事故重建

随着汽车的智能化、网联化、电动化、共享化等新“四化”不断推动汽车工业升级换代,汽车高级辅助驾驶系统ADAS未来会装备在越来越多的汽车上,ADAS系统包含的导航与实时交通系统TMC,电子警察系统ISA、车联网、自适应巡航ACC、车道偏移报警系统LDWS、车道保持系统LKA等等,会产生更多信息,这些信息全面、客观、准确、完整地记录汽车在使用过程中的环境信息、操纵信息与运行信息。

图11 ADAS系统

其中德国德累斯顿工业大学交通事故研究专家,基于具有特定EES 值的虚拟车辆模型,充分利用辅助驾驶系统ADAS 的数据,以及从GIDAS 数据库中获得的车辆变形和其他参数,在不使用PC-Crash 的情况下对碰撞事故过程进行自动重建如下图所示,对道路交通事故重建工作具有重要意义。

 
图12 基于GIDAS数据库自动化重建

4  总结

总之,随着高级辅助驾驶系统ADAS 以及5G网络的推广与应用,车联网与数据融合技术的不断成熟和完善,基于交通大数据的交通事故重建自动化将成为可能,多元化数据的融合应用,也将大大提高事故重建的质量和水平。
 
 
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