車輛EDR數(shù)據(jù)在速度重建中的應(yīng)用

馮浩，吳建平，張志勇，潘少猷，張澤楓（.司法部司鑒定科學(xué)技術(shù)研究所上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺，上海00063；.上海市公安局交通警察總隊，上海00070）

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車輛EDR數(shù)據(jù)在速度重建中的應(yīng)用

馮浩1，吳建平2，張志勇1，潘少猷1，張澤楓1
（1.司法部司鑒定科學(xué)技術(shù)研究所上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺，上海200063；2.上海市公安局交通警察總隊，上海200070）

摘要：目的在回顧車輛碰撞事件記錄裝置（EDR）的發(fā)展和技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際碰撞車輛的數(shù)據(jù)，介紹了基于EDR數(shù)據(jù)的道路交通事故重建技術(shù)。方法利用三起典型碰撞形態(tài)事故中車輛的EDR數(shù)據(jù)，驗證了道路交通事故重建理論中關(guān)于碰撞力、碰撞時間的關(guān)鍵性理論假設(shè)；并以一起案例的速度重建為例，解決了傳統(tǒng)重建方法中關(guān)于碰撞后車輛運動參數(shù)和有效碰撞速度計算的技術(shù)難點。結(jié)果根據(jù)事故車輛EDR數(shù)據(jù)，可以直接根據(jù)車輛碰撞時的速度和最大速度變化量計算車輛碰撞后達到的共同速度，簡化利用動量守恒定律求解參與碰撞車輛的碰撞速度。結(jié)論事故車輛的EDR數(shù)據(jù)為進一步認(rèn)識車輛碰撞提供了真實的車載記錄信息，也為道路交通事故重建提供了一種新的技術(shù)途徑。關(guān)鍵詞：道路交通事故；事故重建；速度重建；事件記錄裝置

隨著汽車工業(yè)和交通運輸業(yè)的發(fā)展，智能汽車和智能交通已經(jīng)成為當(dāng)今汽車技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。為了實時監(jiān)測車輛的行駛狀態(tài)，記錄車輛的行駛過程和運行工況，越來越多的車輛行駛信息記錄裝置被應(yīng)用在現(xiàn)代車輛上。從車載記錄數(shù)據(jù)的使用目的來分，目前的車輛行駛信息記錄裝置大致可以分為兩類，一類是以車輛運行管理為目的的車輛行駛記錄儀，主要用于運輸企業(yè)、交通運輸和交通安全管理部門等檢測、管理在用的營運車輛，這類裝置普遍是在車輛銷售后，由運輸企業(yè)或運輸監(jiān)管部門統(tǒng)一安裝［1］。目前，中國、歐洲和日本普遍使用這類車載記錄裝置。例如，2003年9月1日中國開始實施的GB/T19056-2012《汽車行駛記錄儀》，該標(biāo)準(zhǔn)將汽車行駛記錄儀定義為：“對車輛行駛速度、時間、里程、位置以及有關(guān)車輛行駛的其他狀態(tài)信息進行記錄、存儲并可通過數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置。［2］”這種智能交通監(jiān)控工具的使用，可以有效遏制疲勞駕駛、超速行駛等違章行為，約束駕駛員不良駕駛習(xí)慣；同時，也可以為道路交通事故調(diào)查和分析提供參考，提高交管部門的管理水平和執(zhí)法水平。

另一類則是以記錄車輛碰撞事件為目的事件記錄裝置或功能，主要用于道路交通事故調(diào)查和分析。Event Data Recorder（事件記錄器）是目前此類技術(shù)的代表，該技術(shù)最早起源于美國的通用汽車公司，并在20世紀(jì)90年代基本形成了現(xiàn)代EDR技術(shù)。2006年，美國國家公路安全管理局在“49 CFR Part 563”聯(lián)邦法規(guī)中將EDR定義為：“用于提取車輛碰撞后，記錄車輛碰撞前（速度與時間）和碰撞時（速度變化與時間）對應(yīng)時間序列的車輛動力學(xué)數(shù)據(jù)的裝置或功能。［3］”目前，EDR數(shù)據(jù)中一般包括車輛碰撞前（激活前或達到觸發(fā)條件）5 s或2.5 s內(nèi)的車輛速度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油門踏板位置、制動踏板操作情況，以及車輛碰撞后200ms內(nèi)的速度變化情況。EDR數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確反映事故車輛碰撞前的行駛狀態(tài)，以及駕車人采取的各種駕駛操作，不僅可以直接應(yīng)用于具體案件的司法鑒定工作，也可以利用EDR數(shù)據(jù)開展關(guān)于道路交通事故再現(xiàn)技術(shù)的科研項目。

1　EDR技術(shù)的發(fā)展

早在20世紀(jì)70年代，美國國家公路安全管理局和通用汽車公司就已經(jīng)開始使用數(shù)據(jù)記錄裝置。第一個有文獻記載使用數(shù)據(jù)記錄裝置的是1973—1976年間安裝了氣囊約束系統(tǒng)的一批通用汽車，但該記錄裝置僅用于判斷：碰撞級別是否低于展開閾值；碰撞是否發(fā)生在氣墊展開之前；碰撞強度是否超過30m/h的前置固定碰撞強度［4］。

另一個關(guān)于EDR研究的文獻記錄是1974年NHTSA的一項研究，這個研究項目在1050輛出廠后的車輛上安裝了兩軸加速度（碰撞數(shù)據(jù)）采集裝置，但并不記錄碰撞前的數(shù)據(jù)。這些EDR數(shù)據(jù)目的是為了在安裝和使用前的確認(rèn)碰撞測試。EDR裝置被安裝在包括好事達保險公司、GMC等車隊，也包括德國的保時捷、奧迪汽車。在這次研究中，試驗車輛行駛了2 600萬英里，期間發(fā)生了大量碰撞事故。研究人員最終對23起碰撞數(shù)據(jù)進行了分析，研究結(jié)果顯示EDR數(shù)據(jù)可以提供準(zhǔn)確、客觀的碰撞數(shù)據(jù)［5］。

早期的EDR僅記錄了安全帶使用情況、安全氣囊報警燈工作情況以及加速度變化時間。從1999年開始，通用汽車安全氣囊控制模塊（ACM）擴大到記錄碰撞前的數(shù)據(jù)，包括車輛速度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及加速踏板、制動的使用，但此時數(shù)據(jù)的讀取、檢索功能尚沒有對社會開放。

2000年，Vetronix公司發(fā)布了第一款商用EDR速度讀取設(shè)備Crash DataRetrieval（CDR）System，支持通用汽車公司自1995—2000年制造的部分車輛，這也為執(zhí)法人員和交通事故重建人員提供了讀取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的渠道。

2001年，NHTSA的一份報告中［6］顯示豐田、本田和大眾生產(chǎn)的部分車輛已經(jīng)具備在某些特定事件中記錄EDR數(shù)據(jù)的功能。同時，豐田、日產(chǎn)數(shù)年前生產(chǎn)的部分車輛就已經(jīng)安裝了具備記錄EDR數(shù)據(jù)的裝置，記錄碰撞前的速度數(shù)據(jù)和碰撞過程中的速度變化數(shù)據(jù)，但當(dāng)時使用的數(shù)據(jù)讀取工具并不是目前使用的CDR系統(tǒng)。

2003年，Vetronix CDR系統(tǒng)增加了讀取部分福特車輛EDR數(shù)據(jù)的功能，同年，BOSCH公司收購了Vetronix公司，并繼續(xù)開展CDR系統(tǒng)的相關(guān)工作。經(jīng)過三年的發(fā)展，CDR系統(tǒng)的效果已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)可，并被美國國家公路交通安全管理局、美國全國運輸安全委員會、加拿大交通部，以及北美地區(qū)的一些警察局和私人碰撞重建機構(gòu)所認(rèn)可和使用。

2003—2007年，BOSCH CDR系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取范圍不斷擴大，可以讀取更多通用、福特車輛的EDR數(shù)據(jù)。至2007年，該系統(tǒng)已經(jīng)擴展到讀取通用車輛側(cè)翻傳感器數(shù)據(jù)和福特動力控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并增加了讀取克萊斯勒車輛EDR數(shù)據(jù)的功能。

一些車輛生產(chǎn)廠商安裝了EDR數(shù)據(jù)記錄裝置，而另一些車輛生產(chǎn)廠商則把此類數(shù)據(jù)作為機密信息。博世公司不斷通過與汽車生產(chǎn)廠商達成協(xié)議，持續(xù)擴大CDR系統(tǒng)的研究和應(yīng)用范圍，現(xiàn)在BOSCH CDR系統(tǒng)已經(jīng)成為使用最廣泛的車輛EDR數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)。至2016年5月，version16.5是CDR系統(tǒng)的最新版本，可以讀取的EDR數(shù)據(jù)包括以下車輛品牌［7］（表1）：

表1　CDR version 16.5可以讀取EDR數(shù)據(jù)的車輛品牌

目前，除了BOSCH CDR系統(tǒng)中所列的車輛品牌名單外，現(xiàn)在還沒有關(guān)于車輛裝備EDR數(shù)據(jù)記錄功能的準(zhǔn)確目錄。

2　EDR數(shù)據(jù)

2.1數(shù)據(jù)來源

從車輛設(shè)計和使用的角度來看，尚沒有專門用于EDR數(shù)據(jù)采集和記錄的設(shè)備，而具備相關(guān)功能的部分車輛控制模塊或設(shè)備的首要作用也并不是用于記錄EDR數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)記錄功能僅僅是這些模塊或設(shè)備的輔助功能。

目前，一般乘用車輛可能記錄EDR相關(guān)數(shù)據(jù)的裝置有以下三種類型：（1）Electronic Control Module （ECM）電子控制系統(tǒng)和Powertrain Control Module （PCM）動力控制系統(tǒng)；（2）Airbag Control Monitor （ACM）氣囊控制系統(tǒng)、Sensing Diagnostic Module （SDM）傳感診斷模塊、Occupant Restraint Controller （ORC）乘員約束控制器、Restraints Control Module （RCM）約束控制模塊；（3）Rollover Sensors（ROS）側(cè)翻傳感器。

速度數(shù)值是EDR數(shù)據(jù)中一項重要的內(nèi)容，同時也是事故重建的重要目的之一。目前，EDR數(shù)據(jù)中記錄的速度數(shù)據(jù)是通過PCM利用不同的驅(qū)動輪胎尺寸、transmission output shaft rpm變速器輸出軸轉(zhuǎn)速、final-drive gear ratio最終傳動齒輪比計算出來的，計算結(jié)果同樣是車速表顯示的數(shù)值來源。

因此，調(diào)查者應(yīng)該記錄驅(qū)動輪胎的尺寸和原始裝配的輪胎尺寸，如果兩者存在差異，應(yīng)該對其記錄的速度數(shù)值進行校正。此外，驅(qū)動軸傳動比或者是動力控制系統(tǒng)程序也可以影響速度數(shù)值。

2.2數(shù)據(jù)內(nèi)容

2.2.1EDR數(shù)據(jù)要素

根據(jù)“49 CFR Part 563”［3］美國聯(lián)邦法規(guī)的規(guī)定，具備EDR數(shù)據(jù)應(yīng)包含以下15個基本要素信息：（1）縱向速度變化；（2）最大的縱向速度變化；（3）產(chǎn)生最大的縱向速度變化時的時間；（4）車輛速度；（5）發(fā)動機節(jié)氣門開度（百分位）/加速踏板位置（百分位）；（6）制動系統(tǒng)（開/關(guān)）；（7）碰撞時的點火次數(shù)；（8）數(shù)據(jù)讀取時的點火次數(shù)；（9）駕駛位安全帶使用狀態(tài)；（10）正面氣囊警示燈（開/關(guān)）；（11）駕駛位前側(cè)安全氣囊的展開時間（第一級）；（12）右前乘員位前側(cè)安全氣囊的展開時間（第一級）；（13）多次事件的次序；（14）多次事件的間隔時間；（15）完整的事件記錄（是/否）。

2.2.2CDR文件

利用BOSCH CDR系統(tǒng)讀取通用車輛EDR數(shù)據(jù)，生成的典型CDR文件主要包括：（1）CDR文件信息。該部分主要包括：車輛識別代號、信息讀取時間、EDR設(shè)備類型、事件類型等。（2）數(shù)據(jù)的使用條件說明。（3）數(shù)據(jù)讀取時的系統(tǒng)狀態(tài)。該部分主要包括：記錄的事件次數(shù)、數(shù)據(jù)讀取時的點火次數(shù)、終端模塊編號、軟件模塊信息等。（4）對應(yīng)事件時的系統(tǒng)狀態(tài)。該部分主要包括：記錄的事件類型、事件是否記錄完整、記錄信息是否鎖止、本次事件的次序、與后一次記錄事件的間隔時間、本次碰撞時的點火次數(shù)、被激活的碰撞類型算法、前排乘員的安全帶使用情況、最大速度變化量及其對應(yīng)的產(chǎn)生時間。（5）對應(yīng)事件的碰撞數(shù)據(jù)。該部分主要包括：縱向速度變化數(shù)據(jù)及曲線、縱向加速度曲線；側(cè)向速度變化數(shù)據(jù)及曲線、測量加速度曲線，以及翻滾數(shù)據(jù)等。（6）對應(yīng)事件的碰撞前數(shù)據(jù)。該部分主要包括：碰撞前一段時間內(nèi)的加速踏板位置、制動系統(tǒng)狀態(tài)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機節(jié)氣門開度、車輛速度等。（7）EDR數(shù)據(jù)中的原始十六進制數(shù)據(jù)。

3　車輛碰撞的特點

事故重建理論中對于車輛碰撞的基本假設(shè)包括：車輛碰撞力巨大，碰撞力通常是物體重力的十幾倍甚至幾十倍；碰撞持續(xù)時間非常短，包括變形和恢復(fù)階段，一般在0.1s左右，而且剛度越大，碰撞時間越短。在以上假設(shè)的基礎(chǔ)上，運用動量守恒定律、能量守恒定律和功能轉(zhuǎn)換原理等動力學(xué)理論和方法進行事故重建。

碰撞車輛的EDR數(shù)據(jù)為證實上述假設(shè)提供了真實的碰撞數(shù)據(jù)。以下利用三起典型碰撞事故形態(tài)中的車輛EDR數(shù)據(jù)，對碰撞力和碰撞時間進行還原。

3.1對向正面碰撞

案例1是發(fā)生在某路段上的一起典型對向碰撞事故，A車為豐田JTEBX9HJ小型越野客車（陸地巡洋艦）（圖1），B車為現(xiàn)代BH7167AY小型轎車（伊蘭特）（圖2），A車前側(cè)與B車前側(cè)發(fā)生正面碰撞。車輛痕跡及A車EDR數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3顯示的是AB兩車碰撞過程中，A車EDR數(shù)據(jù)中記錄的Delta-V（km/h）隨時間T（ms）變化的曲線（紅色），以及據(jù)此計算的加速度（G）曲線（藍色）。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，兩車直接碰撞持續(xù)時間約為110 ms，加速峰值近似達到26 G，即碰撞力峰值約為A車重量的26倍。

3.2側(cè)面直角碰撞

案例2是發(fā)生在某平面十字交叉路口的一起側(cè)面直角碰撞事故，C車為豐田牌TV6460GLX-1小型普通客車（RV4）（圖4），D車為長安CAF7161M小型轎車（馬自達3）（圖5），C車前側(cè)與D車左側(cè)后部發(fā)生碰撞。車輛痕跡及C車EDR數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖1　A車前部痕跡

圖2　B車前部痕跡

圖3　A車隨時間T（ms）變化曲線

圖4　C車后部痕跡

圖5　D車前部痕跡

圖6　C車隨時間T（ms）變化曲線

圖6顯示的是CD兩車碰撞過程中，C車EDR數(shù)據(jù)中記錄的Delta-V（km/h）隨時間T（ms）變化的曲線（紅色），以及據(jù)此計算的加速度（G）曲線（藍色）。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，兩車直接碰撞持續(xù)時間約為60 ms，加速峰值近似達到17 G，即碰撞力峰值約為C車重量的17倍。

圖7　E車后部痕跡

3.3同向追尾碰撞

案例3是發(fā)生在某高速公路路段上的一起同向追尾碰撞事故，E車為乘龍LZ4230QCA重型半掛車牽引車及其拖掛的駿強牌JQ9400CCY重型倉柵式半掛車（圖7），F(xiàn)車為別克SGM7242ATA小型轎車（君越）（圖8），E車后側(cè)與F車前側(cè)發(fā)生追尾碰撞。車輛痕跡及F車EDR數(shù)據(jù)如圖9所示。

圖8　F車前部痕跡

圖9　F車隨時間T（ms）變化曲線

圖9顯示的是EF兩車碰撞過程中，F(xiàn)車EDR數(shù)據(jù)中記錄的Delta-V（km/h）隨時間T（ms）變化的曲線（紅色），以及據(jù)此計算的加速度（G）曲線（藍色）。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，兩車直接碰撞持續(xù)時間約為120 ms，加速峰值近似達到30 G，即碰撞力峰值約為F車重量的30倍。

4　速度重建案例應(yīng)用

以案例3為例進行兩車速度重建。根據(jù)道路交通事故現(xiàn)場圖及照片，以及EF兩車的碰撞痕跡分析，兩車發(fā)生追尾碰撞后運動方向均未發(fā)生改變，并最終停止在同一條車道內(nèi)。根據(jù)GA/T 643-2006《典型交通事故形態(tài)車輛行駛速度技術(shù)鑒定》推薦的方法，可以根據(jù)碰撞車和被碰撞車從碰撞地點至停止地點的滑移距離或滾動距離，依據(jù)能量守恒定律，計算出兩車碰撞后的共同速度。而后再根據(jù)車輛變形量與有效碰撞速度的關(guān)系式和動量守恒定律關(guān)系式，計算出兩車碰撞前的瞬時速度。

但在本起事故中，由于EF兩車碰撞后的運動阻力系數(shù)不易獲知；尚無準(zhǔn)確方法根據(jù)E車后部塑形變形量計算其有效碰撞速度；F車前部嚴(yán)重變形，涉及車體前部多個區(qū)域，也不易使用F車的塑形變形量計算其有效碰撞速度。因此，很難使用傳統(tǒng)的速度重建方法計算兩車事故發(fā)生時的速度。

F車記錄的EDR數(shù)據(jù)為本起事故的速度重建提供了新的技術(shù)途徑。EDR數(shù)據(jù)中包括碰撞中F車的速度變化量（圖9），其中最大值達到78 km/h；也包括數(shù)據(jù)記錄功能激活（近似碰撞時）前約2.5 s內(nèi)的車輛速度，以及制動踏板、加速踏板的工作情況，如表2所示。

表2　F車碰撞前約2.5 s內(nèi)的數(shù)據(jù)

根據(jù)EDR數(shù)據(jù)中記錄的碰撞數(shù)據(jù)可知，EF兩車的碰撞過程滿足使用動量守恒定律進行分析的條件。因此，根據(jù)動量守恒定律EF兩車的碰撞過程表示如下：

式中：

mE、mF分別為E、F兩車的質(zhì)量；

vE0、vF0分別為E、F兩車碰撞時的速度；

vC為兩車碰撞過程中達到的共同速度。

通過直接稱量獲得可以mE、mF；由F車碰撞前的EDR數(shù)據(jù)可獲知vF0。根據(jù)有效碰撞速度和共同速度的概念，有下式成立：

式中：

vFE為F車的有效碰撞速度；

△vF max為F車碰撞過程中的達到最大速度變化量。

根據(jù)F車EDR數(shù)據(jù)可獲知△vF max，則（2）式可以表示為：

將（3）式帶入（1）進行整理可得：

帶入具體參數(shù)取值即可解算E車碰撞時的速度。

5　結(jié)論

EDR數(shù)據(jù)大大提高了道路交通事故速度重建的可信度和精度，既可以直接利用碰撞前的記錄數(shù)據(jù)，對本車碰撞前及碰撞時的駕駛操作和行駛狀態(tài)進行分析和還原，也可以綜合利用碰撞時的記錄數(shù)據(jù)對參與碰撞車輛碰撞時的狀態(tài)進行重建。

EDR技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展給傳統(tǒng)道路交通事故重建帶來了巨大影響。但與傳統(tǒng)事故重建一樣，對于人、車、環(huán)境在交通事故中作用的認(rèn)知，事故現(xiàn)場的各種痕跡和車輛位置，以及在其基礎(chǔ)上的事故過程分析，仍是正確使用EDR數(shù)據(jù)進行事故重建和研究的重要基礎(chǔ)和前提。

隨著汽車安全技術(shù)、輔助駕駛和自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，從車輛行駛控制決策和交通事故調(diào)查的角度出發(fā)，未來車輛將廣泛使用紅外測距、激光測距、雷達測距等更多的傳感器和信息采集設(shè)備?！败嚶?lián)網(wǎng)”、“路聯(lián)網(wǎng)”和車載緊急救援信息系統(tǒng)也將會采集更多本車的行駛狀態(tài)和運行工況，以及周邊的交通環(huán)境和條件，這些信息都將可能為未來的道路交通事故重建提供新的技術(shù)途徑。

參考文獻：

［1］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局監(jiān)管二局，中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院.汽車行駛記錄儀的應(yīng)用與監(jiān)督管理［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2006:1-3.

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［7］Bosch CDR Toll help，Version 16.5，Robert Bosch LLC［Z］. 2016.

（本文編輯：李江）

Application of EDR Data in the Reconstruction of Traffic Accident

FENG Hao1，WU Jian-ping2，ZHANG Zhi-yong1，PAN Shao-you1，ZHANG Ze-feng1
（1. Shanghai Forensic Serrice Platfrom，Institute of Forensic Science，Ministry of Justice，P.R. China；Shanghai 200063，China；2. General Brigade of Traffic Police，Shanghai Public Security Bureau，Shanghai 200070，China）

Abstract:Objectives On the basis of review on the development and status of the event data recorder（EDR），and combined with the actual data of collision vehicles，this paper gave a brief introduction of road traffic accident reconstruction based on EDR data. Methods Using the EDR data of three typical collision cases，the critical theory assumption of collision impact and time in traffic accident reconstruction theory was demonstrated. The solution to technical difficulties related to collision vehicles movement parameters and valid speed in traditional reconstruction methods were introduced with an example of speed reconstruction. Results According to accident vehicles EDR data，the common speed of collision vehicles could be calculated on the basis of the speed when colliding and the maximum speed variation，and the speed of collision vehicles could be solved in a simplified way based on momentum conservation law. Conclusion EDR data of accident vehicles provide genuine vehicle record information，and can be used as a new technological approach to traffic accident reconstruction.

Key words:road traffic accident；collision reconstruction；speed reconstruction；event data recorder（EDR）

中圖分類號:U491.3

文獻標(biāo)志碼:A

doi:10.3969/j.issn.1671-2072.2016.03.004

文章編號：1671-2072-（2016）03-0026-06

收稿日期：2016-05-03

基金項目：中央科研院所公益專項資金項目（GY2013G-5）；上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺資助項目（16DZ2290990）

作者簡介：馮浩（1982—），男，高級工程師，主要從事道路交通事故調(diào)查、重建及交通安全研究。E-mail: fenghao526@163.com。

通信作者：潘少猷（1982—），男，工程師，主要從事道路交通事故技術(shù)鑒定。E-mail: pansy@ssfjd.cn。