[發(fā)明專利]自行車碰撞事故的三維建模及優(yōu)化再現(xiàn)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710045621.1
• 申請(qǐng)日: 2007-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN101118652A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金先龍;郭磊;張曉云;劉軍勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于交通領(lǐng)域的碰撞事故建模及優(yōu)化再現(xiàn)方法，具體是一種自行車碰撞事故的三維建模及優(yōu)化再現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

我國(guó)是世界上自行車擁有數(shù)量最多的國(guó)家。自行車在路面上行駛數(shù)量的增多與道路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的相對(duì)滯后，使得機(jī)動(dòng)車與自行車等非機(jī)動(dòng)車混行擁擠在同一條道路上，導(dǎo)致發(fā)生相互爭(zhēng)道搶行等違章行駛行為而頻繁引發(fā)交通事故。據(jù)公安部2004年所公布資料顯示，我國(guó)2003年自行車騎車人交通違章引發(fā)交通事故共造成14664人死亡、52944人受傷，分別占總數(shù)的14.1％和10.7％。自行車引發(fā)的交通事故已成為一個(gè)較為嚴(yán)重的交通安全問題，正受到社會(huì)的廣泛關(guān)注和交通管理部門的日益重視。由于自行車交通碰撞事故涉及到汽車、自行車和騎車人等多種因素，事故形態(tài)較為復(fù)雜，此類事故的準(zhǔn)確再現(xiàn)需要建立逼真的自行車和騎車人三維仿真模型，同時(shí)運(yùn)用相關(guān)優(yōu)化算法對(duì)碰撞過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化重現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在交通碰撞事故中的廣泛應(yīng)用，可方便地建立碰撞事故中的汽車、自行車和騎車人仿真模型，進(jìn)行碰撞事故的計(jì)算機(jī)仿真。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，Tetsuo?Maki等在《Society?of?Automotive?Engineersof?Japan》2000：357-363上發(fā)表的“The?behavior?of?bicyclists?in?accidents?withcars”，文中對(duì)自行車和騎車人建立了簡(jiǎn)單的三維模型，通過(guò)人為單次計(jì)算結(jié)果不斷調(diào)試計(jì)算結(jié)果，非程序自動(dòng)優(yōu)化完成，很大程度上依賴人的主觀意識(shí)，容易造成誤差，降低了事故再現(xiàn)分析的精度和效率。

因此，如何建立更加逼真的自行車和騎車人三維仿真模型，使用優(yōu)化算法對(duì)復(fù)雜的汽車與自行車碰撞事故進(jìn)行準(zhǔn)確地重現(xiàn)，為事故責(zé)任的司法鑒定提供科學(xué)依據(jù)，是面臨的一個(gè)迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，針對(duì)目前自行車事故再現(xiàn)存在的問題，本發(fā)明提出一種針對(duì)自行車碰撞事故的三維建模及優(yōu)化再現(xiàn)方法。本發(fā)明對(duì)事故汽車、自行車和騎車人進(jìn)行逼真的三維建模，運(yùn)用優(yōu)化算法對(duì)碰撞過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，直觀地重現(xiàn)事故的發(fā)生過(guò)程，減少人為干預(yù)帶來(lái)的誤差和不確定性，可為司法鑒定上明確事故責(zé)任提供科學(xué)依據(jù)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，具體包括如下步驟：

(1)建立事故自行車和騎車人的三維仿真模型；

采用多剛體建模技術(shù)，所建立的自行車仿真模型包括三角架、前后輪、龍頭把手及前叉、踏板軸及左右踏板、后貨架及座墊等部件；騎車人仿真模型根據(jù)人體體型特征，包括頭部、頸部、胸部、腹部和臀部，上肢和下肢等部分；采用鉸鏈來(lái)描述自行車前后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和騎車人身體的關(guān)節(jié)活動(dòng)；

(2)確定自行車和騎車人之間的相互接觸關(guān)系；

依據(jù)上述的建立的自行車和騎車人仿真模型，設(shè)置騎車人臀部與自行車座墊存在支撐接觸，手部支撐于自行車前龍頭手柄，左右腳部分別支撐于自行車腳踏板；

(3)建立事故發(fā)生環(huán)境及事故汽車、自行車和騎車人的碰撞仿真模型；

根據(jù)實(shí)際事故情況，建立包括路面、護(hù)欄、汽車、自行車和騎車人在內(nèi)的三維多剛體碰撞數(shù)學(xué)模型，其運(yùn)動(dòng)方程為：

(i＝1，K，n)

上式中m_i為質(zhì)量，為加速度，J_i為慣性矩，w_i為角速度，F(xiàn)_i為力，T_i為力矩，δγ_i為位移變量，δπ_i為初始方位變量。通過(guò)撞擊試驗(yàn)可確定地面、護(hù)欄、汽車和自行車的碰撞接觸剛度特性，依據(jù)人體生物力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置騎車人模型的力學(xué)特性。

(4)確定事故發(fā)生后汽車停止質(zhì)心位置坐標(biāo)、自行車停止質(zhì)心位置坐標(biāo)、騎車人臀部落點(diǎn)位置坐標(biāo)；

在上述碰撞仿真模型中，根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，自定義一個(gè)固定的空間廣義坐標(biāo)系XYZ，然后可確定事故發(fā)生后汽車停止質(zhì)心位置坐標(biāo)C₁(x_c1，y_c1，z_c1)、自行車停止質(zhì)心位置坐標(biāo)B₁(x_b1，y_b1，z_b1)、騎車人臀部落點(diǎn)位置坐標(biāo)H₁(x_h1，x_h1，z_h1)。