Современные методы анализа механизма ДТП – состояние и перспективы. Часть 2.

Традиционный подход к  экспертному  анализу механизма ДТП практически исчерпал возможности значительных шагов в своем развитии. Дальнейшее развитие методов анализа  ДТП  пошло  по пути  использования динамических  расчетов, изучению не только характера движения, но и его причин. Динамика оперирует такими понятиями, как масса, сила, импульс, момент импульса, энергия.

Применение  модели АТС с 6-ю степенями свободы кузова, 4-мя степенями свободы  колес и  модели автомобильной шины  дало возможность анализировать  сложные режимы движения автомобиля — маневр, маневр с торможением, опрокидывание, движение  автомобиля с повреждениями тормозов, ходовой части,  учитывать наличие АБС, систем стабилизации.  

Разработка  достаточно точных и простых в применении  моделей анализа столкновений и расчета  энергии деформации на основе  эквивалентной скорости позволило включить в расчеты фазу столкновения ТС с другими  объектами.

. Модель дороги и окружающей среды  включает не только поперечные и продольные уклоны, но и локальные  препятствия (ямы,  бордюры,  ограждения), силу и направление ветра, видимость в направлении движения, обзорность,  технические средства регулирования (светофоры).

Разработан ряд моделей водителя  (Fuzzy модель и PID- тангенциальная модель) позволяющие реализовывать стратегии управления автомобилем, близкие к человеку.

  Модель манекена  человека (многомассовая  система), позволяет анализировать его динамическое  взаимодействие  с  автомобилем  (элементами салона, внешней поверхностью) с учетом использования  ремней безопасности. 

  Все это создало  предпосылки к появлению специализированных экспертных программ  анализа механизма  ДТП (Carat, PC Crash, и др.), использующих динамический расчетный режим в качестве основного.

Необходимость исследования механизма ДТП в полном объеме  довел сложность  динамической системы  происшествия  до уровня,  исключающего применение аналитических методов анализа.  Получение необходимых результатов стало возможно только с использованием  имитационных моделей. Поэтому  первой особенностью  является тот факт, что специальные экспертные программные пакеты  типа Carat, PC Crash, являются реализацией метода имитационного моделирования применительно к анализу механизма ДТП -  объектно-ориентированными  пакетами  визуального моделирования сложных динамических систем.

Эта особенность предопределяет как широкие возможности программ, так и  определенные сложности их применения. Исследование  с использованием имитационных моделей  коренным образом отличается от  аналитического анализа динамических моделей.  

В аналитических моделях используется расчетный метод исследования, процесс моделирования сводится к расчетам с использованием определенных расчетных зависимостей, слабо связанных со структурой системы, процессами ее функционирования. 

При имитационном моделировании в  модели непосредственно отображается  структура  моделируемой  системы.

В  программах используют детерминированное моделирование.  Поскольку модель включает элементы математического описания процессов на микроуровне, то отличие имитационной модели от математической (дескриптивной) оказывается достаточно условным.  Элементы вероятности, случайности событий в моделируемых системах  отсутствуют.

Для визуализации результатов моделирования используется графическое представление, в том числе -  анимированное с  использованием развитой двух- и трехмерной анимации в реальном времени.

Исходное состояние каждого элемента описывается набором параметров, которые хранятся в памяти компьютера. Взаимодействия элементов системы описываются алгоритмически.

Моделирование осуществляется в пошаговом режиме. На каждом шаге моделирования изменяются значения параметров системы, которые сохраняются в памяти компьютера и отображаются на экране монитора.

Процессы исследования представляет собой численный метод проведения на ЭВМ экспериментов с математической  моделью, описывающей  поведение сложной системы в течение заданного промежутка времени. Компьютерный эксперимент очень близок к  натурному эксперименту.

Работа с программой  имеет свои специфические особенности. Программа позволяет  воспроизводить и  исследовать разработанную на основе исходных данных версию механизма ДТП, качество которой  зависит от исходных данных,  знаний и опыта  эксперта.  На основе тщательного анализа максимально-возможного объема исходных данных у  эксперта формируется  общее  представление  о развитии ДТС, либо  определяется  несколько вариантов развития событий  в  качестве  рабочих  гипотез.  Чем  полнее  исходные  данные,  тем  более  конкретная  модель  динамики  событий  складывается  у эксперта.  

Далее следует построение имитационной модели. Построение имитационной модели заключается в создании  структуры  из отдельных компонентов  и определении процессов  функционирования  системы.  Считается,  что  область  пригодности модели  тем  обширнее,  чем  ближе  структура  модели  к  структуре  системы  и  чем  выше  уровень детализации.  При этом, при построении любой модели неизбежны  упрощения,  абстракции  реальной  системы.  Поэтому  модель  не может быть абсолютно точной  в  смысле  однозначного  соответствия  её  реальной  системе. Основная задача — создать достаточно простую  и в то же время достаточно точную модель. Модель должна отображать только те аспекты системы, которые соответствуют задачам исследования.

Осуществляется декомпозиция системы в соответствии с ее структурой. Определяются наиболее существенные элементы системы  и взаимодействия между ними. Структура модели создается на экране монитора набором элементов  в графической форме в виде  как условных, так и реалистичных образов объектов – автомобилей, пешеходов, элементов дорожной обстановки и т.п., причем эти образы могут быть как плоскими (2D), так и объемными (3D). 

Объекты, используемые программой, могут быть 3-х видов:

1- пассивные — графические образы, не взаимодействующие с другими элементами;

2- элементы  внешней среды, оказывающие влияние на элементы системы, но не испытывающие обратного влияния (например — дорога, параметры дорожного покрытия  которой — уклон, коэффициент сцепления и т.п. влияют на движение автомобиля, но автомобиль не оказывает влияние на дорожное покрытие);

3-  активные элементы (компоненты)  системы, оказывающие взаимное влияние при взаимодействии -  транспортные средства (автомобили, прицепы  и т.п.), препятствия (деревья, столбы, ограждения и т.п.),  пешеходы, животные и другие объекты.

  Программы имеют собственные базы данных для этих объектов. Параметры и характеристики объектов можно изменять.

При моделировании движения АТС, пешеходов и других подвижных объектов моделируется их взаимодействие с объектами внешней среды. Характер взаимодействия автоматически определяется программой, в зависимости от свойств объекта и заданным режимом функционирования активного объекта (траекторией движения, управляющим воздействием «фазой»).  При столкновении характер взаимодействия  определяется программой автоматически в зависимости от принятой модели расчета столкновения .

В соответствии с динамикой события,  для каждого подвижного объекта процесс разбивается на фазы с одинаковым характером движения (постоянная скорость, ускорение или замедление, поворот, указываются точки  изменения состояния объекта — повреждения).

Особое внимание уделяется столкновениям ТС с подвижными и неподвижными объектами  и последующим перемещениям до конечных положений. Эта процедура выполняется отдельно для каждого подвижного объекта.

После  того,  как  имитационная  модель  реализована  на  ЭВМ,  начинается

работа с программой. Программа воспроизводит процесс ДТП  во  времени,  причем  имитируются  все основные явления,  составляющие процесс,  с  сохранением  их  логической  структуры  и  последовательности протекания,  

Это позволяет  по  исходным  данным,  содержащим  сведения  о  начальном  состоянии процесса  и параметрах, наблюдая за  его ходом, получить информацию о развитии и состоянии  дорожно-транспортной ситуации в произвольные моменты времени.

Общая задача моделирования – изменяя значения задаваемых параметров и характеристик, возможно точно воспроизвести процесс ДТП. Решающим признаком правильно произведенного моделирования является соответствие моделируемого движения транспортных средств объективным данным (расположению и характеру зафиксированных следов, мест столкновений, конечных положений ТС)  при заданных исходных данных  и допустимых значениях  выбираемых параметров. Добиться этого достаточно трудно. Имитационная модель не способна формировать свое  собственное  решение  в  том  виде,  как  это  имеет  место  в  аналитических  моделях.

Исследование  на имитационной модели состоит из серии прогонов (опытов).  В ходе каждого прогона задается комплекс исходные данные и запускается процесс моделирования.  С помощью  анимации,  визуализирующей  течение  процесса  и полученных  результатов расчета,  дается оценка соответствия  моделируемого движения транспортных средств объективным данным.  Как правило, результаты первых прогонов далеки от желаемых. После анализа результатов выполняется целенаправленное изменение варьируемых параметров  и производится следующий прогон.  Далее цикл повторяется. Желаемый результат достигается итерационными методами, основанных  на многократных поисковых шагах  в пространстве управляемых параметров.

Имитационное моделирование в большей степени искусство, нежели наука. Искусством моделирования могут овладеть те, кто наряду с глубокими знаниями динамики автомобиля,  теории удара, опытом проведения экспериментальных исследований, обладает интуицией,  позволяющей  на основе анализа полученных результатов выбрать правильное направление дальнейших шагов.

Имитационное моделирование представляет собой весьма трудоемкое средство,  требующее большого объема и высокого качества исходных данных,  обширной и пополняемой базой  параметров АТС, высокой квалификации эксперта,  больших затрат времени. 

Поэтому, прежде чем присту­пать к моделированию с использованием программы, следует убедиться, что задача не решается с использованием традиционных экспертных методик. В том случае, когда задача может быть сведена к простой модели и решена аналитически, не стоит прибегать к имита­ции .

Имитационное моделирование  с использованием  PC Crash – сложный и дорогостоящий инструмент незаменимый при решении определенного  класса задач,  не заменяющий, а дополняющий традиционные методы автотехнических исследований.