基于组合式假人模型的两轮电动车交通事故仿真与应用

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随着我国两轮电动车保有量的快速增长,由两轮电动车引发的交通事故发生率高居我国城市各类道路交通事故首位,每年造成大量的生命财产损失,为了探索事故发生的原因来帮助交警部门进行科学的事故责任鉴定,同时分析受害人的损伤机理来对骑车人的安全进行预防和保护,对两轮电动车交通事故的仿真研究工作则变得尤为迫切而又有重大意义。为了解决假人模型计算精度和计算效率之间的冲突问题,本文提出了将多刚体-有限元组合式假人模型应用到两轮电动车交通事故仿真中。通过对标准多刚体假人模型和标准有限元假人模型进行拆分,运用多刚体与有限元局部假人模型组合模块,采用铰链连接和约束的方法将所拆分的多刚体模型和有限元模型组装起来。针对不同事故中受害人体形特征和损伤部位的差异,本文提出了基于真实受害人体形特征的组合式假人模型参数化定制系统,在受害人损伤部位采用有限元模型来获得精确的损伤特征,其与部位采用多刚体模型来节约计算时间,还分别做了三组仿真试验,验证了组合式假人模型的正确性与合理性。为了避免由于车辆模型几何外形因素对仿真结果的影响,本文提出了事故车辆模型定制系统,建立基于真实事故车辆外形特征的刚性有限元Facet车辆模型,并建立了轮胎模型来模拟车辆的运动学性能,采用多刚体和有限元接触算法定义了骑车人和电动车之间的约束作用,还考虑了骑车人对电动车手把的抓握力,建立了人-车-路耦合动力学模型。通过汽车行驶转弯仿真,骑车人电动车上坡、碰撞障碍物、越台阶等仿真试验,验证了车辆轮胎模型的行驶稳定性和人-车-路耦合动力学模型的准确性。通过对上海市交警总队有案卷资料的297起两轮电动车交通事故做统计学分析,得出了两轮电动车交通事故的一般规律,并对3起典型的事故案例进行仿真分析,采用摄影测量方法对事故发生现场进行三维重构,获得事故发生前车辆的初始相对位置和初始速度,根据MADYMO多刚体和有限元算法设置仿真参数进行模拟仿真,仿真得到的碰撞模拟动画结果与事故监控录像基本一致,根据人体损伤指标得到的假人模型损伤特征和损伤程度也与事故中受害人的损伤情况基本吻合,进一步验证了本文提出的多刚体-有限元组合式假人模型用于两轮电动车交通事故仿真,不仅能够对事故发生的过程进行仿真再现,还能精确的对骑车人的损伤情况进行推断,具有较高的应用价值。
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