冯浩，吴建平，张志勇，潘少猷，张泽枫（.司法部司鉴定科学技术研究所上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海00063；.上海市公安局交通警察总队，上海00070）



车辆EDR数据在速度重建中的应用

冯浩1，吴建平2，张志勇1，潘少猷1，张泽枫1
（1.司法部司鉴定科学技术研究所上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海200063；2.上海市公安局交通警察总队，上海200070）

摘要：目的在回顾车辆碰撞事件记录装置（EDR）的发展和技术现状的基础上，结合实际碰撞车辆的数据，介绍了基于EDR数据的道路交通事故重建技术。方法利用三起典型碰撞形态事故中车辆的EDR数据，验证了道路交通事故重建理论中关于碰撞力、碰撞时间的关键性理论假设；并以一起案例的速度重建为例，解决了传统重建方法中关于碰撞后车辆运动参数和有效碰撞速度计算的技术难点。结果根据事故车辆EDR数据，可以直接根据车辆碰撞时的速度和最大速度变化量计算车辆碰撞后达到的共同速度，简化利用动量守恒定律求解参与碰撞车辆的碰撞速度。结论事故车辆的EDR数据为进一步认识车辆碰撞提供了真实的车载记录信息，也为道路交通事故重建提供了一种新的技术途径。关键词：道路交通事故；事故重建；速度重建；事件记录装置

随着汽车工业和交通运输业的发展，智能汽车和智能交通已经成为当今汽车技术发展的主要方向之一。为了实时监测车辆的行驶状态，记录车辆的行驶过程和运行工况，越来越多的车辆行驶信息记录装置被应用在现代车辆上。从车载记录数据的使用目的来分，目前的车辆行驶信息记录装置大致可以分为两类，一类是以车辆运行管理为目的的车辆行驶记录仪，主要用于运输企业、交通运输和交通安全管理部门等检测、管理在用的营运车辆，这类装置普遍是在车辆销售后，由运输企业或运输监管部门统一安装［1］。目前，中国、欧洲和日本普遍使用这类车载记录装置。例如，2003年9月1日中国开始实施的GB/T19056-2012《汽车行驶记录仪》，该标准将汽车行驶记录仪定义为：“对车辆行驶速度、时间、里程、位置以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并可通过数据通信实现数据输出的数字式电子记录装置。［2］”这种智能交通监控工具的使用，可以有效遏制疲劳驾驶、超速行驶等违章行为，约束驾驶员不良驾驶习惯；同时，也可以为道路交通事故调查和分析提供参考，提高交管部门的管理水平和执法水平。

另一类则是以记录车辆碰撞事件为目的事件记录装置或功能，主要用于道路交通事故调查和分析。Event Data Recorder（事件记录器）是目前此类技术的代表，该技术最早起源于美国的通用汽车公司，并在20世纪90年代基本形成了现代EDR技术。2006年，美国国家公路安全管理局在“49 CFR Part 563”联邦法规中将EDR定义为：“用于提取车辆碰撞后，记录车辆碰撞前（速度与时间）和碰撞时（速度变化与时间）对应时间序列的车辆动力学数据的装置或功能。［3］”目前，EDR数据中一般包括车辆碰撞前（激活前或达到触发条件）5 s或2.5 s内的车辆速度、发动机转速、油门踏板位置、制动踏板操作情况，以及车辆碰撞后200ms内的速度变化情况。EDR数据可以准确反映事故车辆碰撞前的行驶状态，以及驾车人采取的各种驾驶操作，不仅可以直接应用于具体案件的司法鉴定工作，也可以利用EDR数据开展关于道路交通事故再现技术的科研项目。

1　EDR技术的发展

早在20世纪70年代，美国国家公路安全管理局和通用汽车公司就已经开始使用数据记录装置。第一个有文献记载使用数据记录装置的是1973—1976年间安装了气囊约束系统的一批通用汽车，但该记录装置仅用于判断：碰撞级别是否低于展开阈值；碰撞是否发生在气垫展开之前；碰撞强度是否超过30m/h的前置固定碰撞强度［4］。

另一个关于EDR研究的文献记录是1974年NHTSA的一项研究，这个研究项目在1050辆出厂后的车辆上安装了两轴加速度（碰撞数据）采集装置，但并不记录碰撞前的数据。这些EDR数据目的是为了在安装和使用前的确认碰撞测试。EDR装置被安装在包括好事达保险公司、GMC等车队，也包括德国的保时捷、奥迪汽车。在这次研究中，试验车辆行驶了2 600万英里，期间发生了大量碰撞事故。研究人员最终对23起碰撞数据进行了分析，研究结果显示EDR数据可以提供准确、客观的碰撞数据［5］。

早期的EDR仅记录了安全带使用情况、安全气囊报警灯工作情况以及加速度变化时间。从1999年开始，通用汽车安全气囊控制模块（ACM）扩大到记录碰撞前的数据，包括车辆速度、发动机转速以及加速踏板、制动的使用，但此时数据的读取、检索功能尚没有对社会开放。

2000年，Vetronix公司发布了第一款商用EDR速度读取设备Crash DataRetrieval（CDR）System，支持通用汽车公司自1995—2000年制造的部分车辆，这也为执法人员和交通事故重建人员提供了读取数据、分析数据的渠道。

2001年，NHTSA的一份报告中［6］显示丰田、本田和大众生产的部分车辆已经具备在某些特定事件中记录EDR数据的功能。同时，丰田、日产数年前生产的部分车辆就已经安装了具备记录EDR数据的装置，记录碰撞前的速度数据和碰撞过程中的速度变化数据，但当时使用的数据读取工具并不是目前使用的CDR系统。

2003年，Vetronix CDR系统增加了读取部分福特车辆EDR数据的功能，同年，BOSCH公司收购了Vetronix公司，并继续开展CDR系统的相关工作。经过三年的发展，CDR系统的效果已经得到了广泛认可，并被美国国家公路交通安全管理局、美国全国运输安全委员会、加拿大交通部，以及北美地区的一些警察局和私人碰撞重建机构所认可和使用。

2003—2007年，BOSCH CDR系统的数据读取范围不断扩大，可以读取更多通用、福特车辆的EDR数据。至2007年，该系统已经扩展到读取通用车辆侧翻传感器数据和福特动力控制系统数据，并增加了读取克莱斯勒车辆EDR数据的功能。

一些车辆生产厂商安装了EDR数据记录装置，而另一些车辆生产厂商则把此类数据作为机密信息。博世公司不断通过与汽车生产厂商达成协议，持续扩大CDR系统的研究和应用范围，现在BOSCH CDR系统已经成为使用最广泛的车辆EDR数据提取系统。至2016年5月，version16.5是CDR系统的最新版本，可以读取的EDR数据包括以下车辆品牌［7］（表1）：

表1　CDR version 16.5可以读取EDR数据的车辆品牌

目前，除了BOSCH CDR系统中所列的车辆品牌名单外，现在还没有关于车辆装备EDR数据记录功能的准确目录。

2　EDR数据

2.1数据来源

从车辆设计和使用的角度来看，尚没有专门用于EDR数据采集和记录的设备，而具备相关功能的部分车辆控制模块或设备的首要作用也并不是用于记录EDR数据，其数据记录功能仅仅是这些模块或设备的辅助功能。

目前，一般乘用车辆可能记录EDR相关数据的装置有以下三种类型：（1）Electronic Control Module （ECM）电子控制系统和Powertrain Control Module （PCM）动力控制系统；（2）Airbag Control Monitor （ACM）气囊控制系统、Sensing Diagnostic Module （SDM）传感诊断模块、Occupant Restraint Controller （ORC）乘员约束控制器、Restraints Control Module （RCM）约束控制模块；（3）Rollover Sensors（ROS）侧翻传感器。

速度数值是EDR数据中一项重要的内容，同时也是事故重建的重要目的之一。目前，EDR数据中记录的速度数据是通过PCM利用不同的驱动轮胎尺寸、transmission output shaft rpm变速器输出轴转速、final-drive gear ratio最终传动齿轮比计算出来的，计算结果同样是车速表显示的数值来源。

因此，调查者应该记录驱动轮胎的尺寸和原始装配的轮胎尺寸，如果两者存在差异，应该对其记录的速度数值进行校正。此外，驱动轴传动比或者是动力控制系统程序也可以影响速度数值。

2.2数据内容

2.2.1EDR数据要素

根据“49 CFR Part 563”［3］美国联邦法规的规定，具备EDR数据应包含以下15个基本要素信息：（1）纵向速度变化；（2）最大的纵向速度变化；（3）产生最大的纵向速度变化时的时间；（4）车辆速度；（5）发动机节气门开度（百分位）/加速踏板位置（百分位）；（6）制动系统（开/关）；（7）碰撞时的点火次数；（8）数据读取时的点火次数；（9）驾驶位安全带使用状态；（10）正面气囊警示灯（开/关）；（11）驾驶位前侧安全气囊的展开时间（第一级）；（12）右前乘员位前侧安全气囊的展开时间（第一级）；（13）多次事件的次序；（14）多次事件的间隔时间；（15）完整的事件记录（是/否）。

2.2.2CDR文件

利用BOSCH CDR系统读取通用车辆EDR数据，生成的典型CDR文件主要包括：（1）CDR文件信息。该部分主要包括：车辆识别代号、信息读取时间、EDR设备类型、事件类型等。（2）数据的使用条件说明。（3）数据读取时的系统状态。该部分主要包括：记录的事件次数、数据读取时的点火次数、终端模块编号、软件模块信息等。（4）对应事件时的系统状态。该部分主要包括：记录的事件类型、事件是否记录完整、记录信息是否锁止、本次事件的次序、与后一次记录事件的间隔时间、本次碰撞时的点火次数、被激活的碰撞类型算法、前排乘员的安全带使用情况、最大速度变化量及其对应的产生时间。（5）对应事件的碰撞数据。该部分主要包括：纵向速度变化数据及曲线、纵向加速度曲线；侧向速度变化数据及曲线、测量加速度曲线，以及翻滚数据等。（6）对应事件的碰撞前数据。该部分主要包括：碰撞前一段时间内的加速踏板位置、制动系统状态、发动机转速、发动机节气门开度、车辆速度等。（7）EDR数据中的原始十六进制数据。

3　车辆碰撞的特点

事故重建理论中对于车辆碰撞的基本假设包括：车辆碰撞力巨大，碰撞力通常是物体重力的十几倍甚至几十倍；碰撞持续时间非常短，包括变形和恢复阶段，一般在0.1s左右，而且刚度越大，碰撞时间越短。在以上假设的基础上，运用动量守恒定律、能量守恒定律和功能转换原理等动力学理论和方法进行事故重建。

碰撞车辆的EDR数据为证实上述假设提供了真实的碰撞数据。以下利用三起典型碰撞事故形态中的车辆EDR数据，对碰撞力和碰撞时间进行还原。

3.1对向正面碰撞

案例1是发生在某路段上的一起典型对向碰撞事故，A车为丰田JTEBX9HJ小型越野客车（陆地巡洋舰）（图1），B车为现代BH7167AY小型轿车（伊兰特）（图2），A车前侧与B车前侧发生正面碰撞。车辆痕迹及A车EDR数据如图3所示。

图3显示的是AB两车碰撞过程中，A车EDR数据中记录的Delta-V（km/h）随时间T（ms）变化的曲线（红色），以及据此计算的加速度（G）曲线（蓝色）。根据以上数据可知，两车直接碰撞持续时间约为110 ms，加速峰值近似达到26 G，即碰撞力峰值约为A车重量的26倍。

3.2侧面直角碰撞

案例2是发生在某平面十字交叉路口的一起侧面直角碰撞事故，C车为丰田牌TV6460GLX-1小型普通客车（RV4）（图4），D车为长安CAF7161M小型轿车（马自达3）（图5），C车前侧与D车左侧后部发生碰撞。车辆痕迹及C车EDR数据如图6所示。

图1　A车前部痕迹

图2　B车前部痕迹

图3　A车随时间T（ms）变化曲线

图4　C车后部痕迹

图5　D车前部痕迹

图6　C车随时间T（ms）变化曲线

图6显示的是CD两车碰撞过程中，C车EDR数据中记录的Delta-V（km/h）随时间T（ms）变化的曲线（红色），以及据此计算的加速度（G）曲线（蓝色）。根据以上数据可知，两车直接碰撞持续时间约为60 ms，加速峰值近似达到17 G，即碰撞力峰值约为C车重量的17倍。

图7　E车后部痕迹

3.3同向追尾碰撞

案例3是发生在某高速公路路段上的一起同向追尾碰撞事故，E车为乘龙LZ4230QCA重型半挂车牵引车及其拖挂的骏强牌JQ9400CCY重型仓栅式半挂车（图7），F车为别克SGM7242ATA小型轿车（君越）（图8），E车后侧与F车前侧发生追尾碰撞。车辆痕迹及F车EDR数据如图9所示。

图8　F车前部痕迹

图9　F车随时间T（ms）变化曲线

图9显示的是EF两车碰撞过程中，F车EDR数据中记录的Delta-V（km/h）随时间T（ms）变化的曲线（红色），以及据此计算的加速度（G）曲线（蓝色）。根据以上数据可知，两车直接碰撞持续时间约为120 ms，加速峰值近似达到30 G，即碰撞力峰值约为F车重量的30倍。

4　速度重建案例应用

以案例3为例进行两车速度重建。根据道路交通事故现场图及照片，以及EF两车的碰撞痕迹分析，两车发生追尾碰撞后运动方向均未发生改变，并最终停止在同一条车道内。根据GA/T 643-2006《典型交通事故形态车辆行驶速度技术鉴定》推荐的方法，可以根据碰撞车和被碰撞车从碰撞地点至停止地点的滑移距离或滚动距离，依据能量守恒定律，计算出两车碰撞后的共同速度。而后再根据车辆变形量与有效碰撞速度的关系式和动量守恒定律关系式，计算出两车碰撞前的瞬时速度。

但在本起事故中，由于EF两车碰撞后的运动阻力系数不易获知；尚无准确方法根据E车后部塑形变形量计算其有效碰撞速度；F车前部严重变形，涉及车体前部多个区域，也不易使用F车的塑形变形量计算其有效碰撞速度。因此，很难使用传统的速度重建方法计算两车事故发生时的速度。

F车记录的EDR数据为本起事故的速度重建提供了新的技术途径。EDR数据中包括碰撞中F车的速度变化量（图9），其中最大值达到78 km/h；也包括数据记录功能激活（近似碰撞时）前约2.5 s内的车辆速度，以及制动踏板、加速踏板的工作情况，如表2所示。

表2　F车碰撞前约2.5 s内的数据

根据EDR数据中记录的碰撞数据可知，EF两车的碰撞过程满足使用动量守恒定律进行分析的条件。因此，根据动量守恒定律EF两车的碰撞过程表示如下：

式中：

mE、mF分别为E、F两车的质量；

vE0、vF0分别为E、F两车碰撞时的速度；

vC为两车碰撞过程中达到的共同速度。

通过直接称量获得可以mE、mF；由F车碰撞前的EDR数据可获知vF0。根据有效碰撞速度和共同速度的概念，有下式成立：

式中：

vFE为F车的有效碰撞速度；

△vF max为F车碰撞过程中的达到最大速度变化量。

根据F车EDR数据可获知△vF max，则（2）式可以表示为：

将（3）式带入（1）进行整理可得：

带入具体参数取值即可解算E车碰撞时的速度。

5　结论

EDR数据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记录数据，对本车碰撞前及碰撞时的驾驶操作和行驶状态进行分析和还原，也可以综合利用碰撞时的记录数据对参与碰撞车辆碰撞时的状态进行重建。

EDR技术的产生和发展给传统道路交通事故重建带来了巨大影响。但与传统事故重建一样，对于人、车、环境在交通事故中作用的认知，事故现场的各种痕迹和车辆位置，以及在其基础上的事故过程分析，仍是正确使用EDR数据进行事故重建和研究的重要基础和前提。

随着汽车安全技术、辅助驾驶和自动驾驶技术的不断发展和应用，从车辆行驶控制决策和交通事故调查的角度出发，未来车辆将广泛使用红外测距、激光测距、雷达测距等更多的传感器和信息采集设备。“车联网”、“路联网”和车载紧急救援信息系统也将会采集更多本车的行驶状态和运行工况，以及周边的交通环境和条件，这些信息都将可能为未来的道路交通事故重建提供新的技术途径。

参考文献：

［1］国家安全生产监督管理总局监管二局，中国安全生产科学研究院.汽车行驶记录仪的应用与监督管理［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2006:1-3.

［2］张军，潘汉中.GB/T19056-2012，汽车行驶记录仪［S］.2012.

［3］National Highway Traffic Safety Administration，Department of Transportation，49 CFR Part 563，Event Data Recorders［S］. 2006.

［4］Mertz，H. Restraint Performance of the 1973-76 GM Air Cushion Restraint System［J］. SAE Technical Paper 880400，1988.

［5］Teel，S.，Peirce，S. Lutkefedder，N. Automotive Recorder Research-A Summary of Accident Data and Test Results［J］. SAE Technical Paper 740566，1974.

［6］National Highway Traffic Safety Administration，Event Data Recorders，Summary of Findings by the NHTSA EDR Working Group［R］. 2001.

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

（本文编辑：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）

中图分类号:U491.3

文献标志码:A

doi:10.3969/j.issn.1671-2072.2016.03.004

文章编号：1671-2072-（2016）03-0026-06

收稿日期：2016-05-03

基金项目：中央科研院所公益专项资金项目（GY2013G-5）；上海市司法鉴定专业技术服务平台资助项目（16DZ2290990）

作者简介：冯浩（1982—），男，高级工程师，主要从事道路交通事故调查、重建及交通安全研究。E-mail: fenghao526@163.com。

通信作者：潘少猷（1982—），男，工程师，主要从事道路交通事故技术鉴定。E-mail: pansy@ssfjd.cn。