基于组合式假人对摩托车与汽车碰撞事故的仿真及应用
发布时间：2021-06-26 18:45
我国每年摩托车与汽车碰撞事故频发,造成了巨大的人员伤亡和财产损失。但在未来较长一段时间内,摩托车仍将是二三线城市与农村地区的主要交通工具,因此对摩托车与汽车碰撞事故的研究与预防工作变得尤为重要。本文提出了组合式假人模型与Facet车辆模型,并采用逆向重构的方法对碰撞事故进行仿真再现,协助交警部门进行事故的责任认定。为了解决仿真计算时间与仿真精度之间相矛盾的问题,本文提出了以多刚体假人模型为主体,局部分析部位采用精细化有限元模型的方法,参数化定制了组合式假人自动生成程序,并利用局部钝器实验、整车碰撞实验以及仿真对比实验充分验证了该组合式假人模型的准确性和可行性。针对以往车辆模型外形精度较差的问题,本文提出了Facet车辆模型,该仿真模型既能较多刚体模型更加精准的重现车辆外观,又能较有限元模型大幅度节约仿真时间。此外,本文介绍了两种模拟人体手部与车把之间抓握力的方法,以实现摩托车与组合式假人模型的耦合,同时引入轮胎模型将车辆与路面进行耦合,进而实现人-车-路三者之间的系统耦合。最后通过模拟真实的摩托车运动情况对该耦合系统进行了充分的验证。基于组合式假人模型与Facet车辆模型,本文针对三起...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国2009-2016年每百个家庭中拥有摩托车的家庭数量Fig.1-1Numberofmotorcyclesper100householdin2009-2016
第一章绪论2图1-2中国2011-2016年摩托车事故的数量Fig.1-2Numberofmotorcyclesaccidentsfrom2011to2016摩托车交通事故发生的原因复杂多样，以摩托车驾驶员违章驾驶为主。摩托车是二三线城市及农村地区的主要交通工具，这些地区摩托车驾驶员的守法意识相对淡薄，缺乏对交通法规的深入理解，闯红灯、超速、逆行、飙车等行为更如同家常便饭，导致摩托车交通事故率居高不下。摩托车驾驶员和乘客在驾乘摩托车的过程中缺乏保护措施，身体大部分暴露于车外，导致遭遇事故时受到严重人身伤害的概率非常高。事故发生后，交警部门通常会进行现场勘察、车辆检测以及受害人法医学评估，综合各方面因素并结合以往经验进行事故的责任判定。但是摩托车与汽车交通碰撞事故往往发生在一瞬间，通过以上方法难以将事故的细节充分的展示出来并做出精准的判断，尤其在路况恶劣、缺乏道路监控等情况下，这为交警造成了巨大的困扰。交通事故逆向动力学的出现则为交通事故复现以及定责提供了一种新的技术手段。通过与其它技术手段相结合，互相支撑与验证，交通事故逆向动力学可以充分确保交通事故鉴定的科学性和准确性。本文利用交通事故已有信息对事故场景进行逆向重现，一方面通过逆向重现判断摩托车与汽车的行为，结合人体损伤以及法医学鉴定结果，确定事故的主要原因，协助交警进行事故责任的科学判定；另一方面，可以对碰撞事故发生过程中，摩托车驾驶员与汽车的撞击位置和撞击力、摩托车驾驶员与地面的撞击位置和撞击力、摩托车驾驶员卷入并被汽车车轮碾压的动态过程等进行深入分析，得出驾驶员伤亡的主要原因。此外，利用本文研究成果，可以帮助摩托车附件厂家设计优化摩托车驾驶员及乘客的防护措施，如头盔、护膝等，以减小交通事故中的人体损伤。同时，
第一章绪论42005年，Deguchi等人[7,8]利用Madymo软件数据库中的第50百分位多刚体假人模拟摩托车驾驶员，对ISO13232中的几种碰撞状态进行仿真，并将仿真结果与模拟试验结果的假人头部合成加速度曲线等进行对比，结果发现两曲线基本吻合，验证了该模型在摩托车碰撞事故中的可靠性。2006年，Bellati等人[9]在Madymo软件中模拟摩托车碰撞过程，如图1-3所示。主要研究摩托车驾驶员碰撞后的不同跌落状态，同时较为真实的反映了摩托车的动力学特性。此外，Bellati还开发了用于触发驾驶员安全气囊保护系统的跌倒预测算法，为摩托车用安全气囊的进一步开发以及应用奠定了扎实的理论基矗图1-3摩托车与驾驶员的仿真模型Fig.1-3Simulationmodelofmotorcycleandrider2008年，Frank等人[10]研究了摩托车在搭载乘客的情况下，与汽车发生侧面碰撞时，摩托车驾驶员和乘员的运动轨迹与摩托车初始速度和加速度的关系，并通过与全面碰撞测试结果对比验证该理论的可行性。2010年，Teoh等人[11]研究了不同类型的摩托车在发生碰撞事故时对摩托车驾驶员损伤的影响差异。综合设计特点及发动机排量等参数将摩托车分为10种类型，针对每种类型选取1万辆注册摩托车为样本进行分析。研究表明，超跑摩托车的驾驶员死亡率是标准型摩托车的4倍，随着发动机排量的增加，驾驶员致伤风险也不断增加。2013年，Philip等人[12]以2002-2008年间的713名摩托车驾驶员的损伤情况为样本，分析了佩戴头盔对摩托车驾驶员损伤的影响。研究发现，佩戴头盔可以减少至少三分之二的驾驶员头部受损伤风险和至少三分之一的驾驶员颈部受损伤风险。2015年，Batista等人[13]以2007-2013年巴西的3528名摩托车事故驾驶员为样本，对摩托车驾驶员的受伤情况进行了统计分析。研究表明?
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋大功率往复式压缩机曲轴优化设计[J]. 喻高远,肖文生,刘健,王宏敏,周厚强. 石油机械. 2016(01)
[2]汽车车身结构安全部件材料匹配优化设计[J]. 伍素珍,郑刚,李光耀,田轩屹,刘胜. 锻压技术. 2015(11)
[3]汽车-摩托车碰撞事故车速及碰撞位置预估方法[J]. 邹铁方,刘雨,李平凡,尹若愚. 中国安全科学学报. 2015(01)
[4]汽车与摩托车碰撞事故再现分析模型[J]. 曹弋,裴玉龙,左忠义. 中国安全科学学报. 2014(09)
[5]轿车发动机罩静态刚度分析[J]. 朱天军,孔现伟,索乾,张俊. 河北工程大学学报(自然科学版). 2013(02)
[6]基于响应面法的汽车盘式制动器稳定性优化设计[J]. 吕辉,于德介,谢展,路怀华. 机械工程学报. 2013(09)
[7]基于接触特征的车—人碰撞事故模型构建与分析[J]. 张晓云,金先龙,柴象海,申杰,侯心一. 机械工程学报. 2012(14)
[8]面向受害人体型特征的交通事故再现计算方法[J]. 柴象海,金先龙,张晓云,侯心一. 振动与冲击. 2010(04)
[9]汽车与摩托车碰撞事故再现及摩托车驾驶员致伤特点分析[J]. 南日光,王宏雁,王勇. 农业装备与车辆工程. 2008(09)
[10]基于中国人体形特征的行人假人缩放方法[J]. 申杰,金先龙,张晓云,陈忆九. 汽车工程. 2007(12)
博士论文
[1]白车身参数化建模与多目标轻量化优化设计方法研究[D]. 季枫.吉林大学 2014
[2]精细积分方法的改进及其在动力学与控制中的应用[D]. 谭述君.大连理工大学 2009
[3]汽车与两轮车碰撞事故的仿真研究及应用[D]. 郭磊.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]汽车—二轮摩托车碰撞事故分析及骑车人损伤研究[D]. 冉启林.西华大学 2018
[2]基于典型交通事故再现的摩托车驾驶员颅脑损伤机理及防护研究[D]. 张永永.重庆交通大学 2017
[3]基于THUMS人体模型的有限元事故再现分析[D]. 刘桂勇.重庆理工大学 2017
[4]基于典型交通事故的颅脑损伤力学机制研究[D]. 冯成建.第三军医大学 2013
[5]基于手部抓握力特征的大客车坐姿人体损伤数值模拟[D]. 李锵强.山东理工大学 2013
[6]基于摩托车事故重建的头盔损伤防护性能研究[D]. 陈吉光.湖南大学 2013
本文编号：3251876
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国2009-2016年每百个家庭中拥有摩托车的家庭数量Fig.1-1Numberofmotorcyclesper100householdin2009-2016
第一章绪论2图1-2中国2011-2016年摩托车事故的数量Fig.1-2Numberofmotorcyclesaccidentsfrom2011to2016摩托车交通事故发生的原因复杂多样，以摩托车驾驶员违章驾驶为主。摩托车是二三线城市及农村地区的主要交通工具，这些地区摩托车驾驶员的守法意识相对淡薄，缺乏对交通法规的深入理解，闯红灯、超速、逆行、飙车等行为更如同家常便饭，导致摩托车交通事故率居高不下。摩托车驾驶员和乘客在驾乘摩托车的过程中缺乏保护措施，身体大部分暴露于车外，导致遭遇事故时受到严重人身伤害的概率非常高。事故发生后，交警部门通常会进行现场勘察、车辆检测以及受害人法医学评估，综合各方面因素并结合以往经验进行事故的责任判定。但是摩托车与汽车交通碰撞事故往往发生在一瞬间，通过以上方法难以将事故的细节充分的展示出来并做出精准的判断，尤其在路况恶劣、缺乏道路监控等情况下，这为交警造成了巨大的困扰。交通事故逆向动力学的出现则为交通事故复现以及定责提供了一种新的技术手段。通过与其它技术手段相结合，互相支撑与验证，交通事故逆向动力学可以充分确保交通事故鉴定的科学性和准确性。本文利用交通事故已有信息对事故场景进行逆向重现，一方面通过逆向重现判断摩托车与汽车的行为，结合人体损伤以及法医学鉴定结果，确定事故的主要原因，协助交警进行事故责任的科学判定；另一方面，可以对碰撞事故发生过程中，摩托车驾驶员与汽车的撞击位置和撞击力、摩托车驾驶员与地面的撞击位置和撞击力、摩托车驾驶员卷入并被汽车车轮碾压的动态过程等进行深入分析，得出驾驶员伤亡的主要原因。此外，利用本文研究成果，可以帮助摩托车附件厂家设计优化摩托车驾驶员及乘客的防护措施，如头盔、护膝等，以减小交通事故中的人体损伤。同时，
第一章绪论42005年，Deguchi等人[7,8]利用Madymo软件数据库中的第50百分位多刚体假人模拟摩托车驾驶员，对ISO13232中的几种碰撞状态进行仿真，并将仿真结果与模拟试验结果的假人头部合成加速度曲线等进行对比，结果发现两曲线基本吻合，验证了该模型在摩托车碰撞事故中的可靠性。2006年，Bellati等人[9]在Madymo软件中模拟摩托车碰撞过程，如图1-3所示。主要研究摩托车驾驶员碰撞后的不同跌落状态，同时较为真实的反映了摩托车的动力学特性。此外，Bellati还开发了用于触发驾驶员安全气囊保护系统的跌倒预测算法，为摩托车用安全气囊的进一步开发以及应用奠定了扎实的理论基矗图1-3摩托车与驾驶员的仿真模型Fig.1-3Simulationmodelofmotorcycleandrider2008年，Frank等人[10]研究了摩托车在搭载乘客的情况下，与汽车发生侧面碰撞时，摩托车驾驶员和乘员的运动轨迹与摩托车初始速度和加速度的关系，并通过与全面碰撞测试结果对比验证该理论的可行性。2010年，Teoh等人[11]研究了不同类型的摩托车在发生碰撞事故时对摩托车驾驶员损伤的影响差异。综合设计特点及发动机排量等参数将摩托车分为10种类型，针对每种类型选取1万辆注册摩托车为样本进行分析。研究表明，超跑摩托车的驾驶员死亡率是标准型摩托车的4倍，随着发动机排量的增加，驾驶员致伤风险也不断增加。2013年，Philip等人[12]以2002-2008年间的713名摩托车驾驶员的损伤情况为样本，分析了佩戴头盔对摩托车驾驶员损伤的影响。研究发现，佩戴头盔可以减少至少三分之二的驾驶员头部受损伤风险和至少三分之一的驾驶员颈部受损伤风险。2015年，Batista等人[13]以2007-2013年巴西的3528名摩托车事故驾驶员为样本，对摩托车驾驶员的受伤情况进行了统计分析。研究表明?
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋大功率往复式压缩机曲轴优化设计[J]. 喻高远,肖文生,刘健,王宏敏,周厚强. 石油机械. 2016(01)
[2]汽车车身结构安全部件材料匹配优化设计[J]. 伍素珍,郑刚,李光耀,田轩屹,刘胜. 锻压技术. 2015(11)
[3]汽车-摩托车碰撞事故车速及碰撞位置预估方法[J]. 邹铁方,刘雨,李平凡,尹若愚. 中国安全科学学报. 2015(01)
[4]汽车与摩托车碰撞事故再现分析模型[J]. 曹弋,裴玉龙,左忠义. 中国安全科学学报. 2014(09)
[5]轿车发动机罩静态刚度分析[J]. 朱天军,孔现伟,索乾,张俊. 河北工程大学学报(自然科学版). 2013(02)
[6]基于响应面法的汽车盘式制动器稳定性优化设计[J]. 吕辉,于德介,谢展,路怀华. 机械工程学报. 2013(09)
[7]基于接触特征的车—人碰撞事故模型构建与分析[J]. 张晓云,金先龙,柴象海,申杰,侯心一. 机械工程学报. 2012(14)
[8]面向受害人体型特征的交通事故再现计算方法[J]. 柴象海,金先龙,张晓云,侯心一. 振动与冲击. 2010(04)
[9]汽车与摩托车碰撞事故再现及摩托车驾驶员致伤特点分析[J]. 南日光,王宏雁,王勇. 农业装备与车辆工程. 2008(09)
[10]基于中国人体形特征的行人假人缩放方法[J]. 申杰,金先龙,张晓云,陈忆九. 汽车工程. 2007(12)
博士论文
[1]白车身参数化建模与多目标轻量化优化设计方法研究[D]. 季枫.吉林大学 2014
[2]精细积分方法的改进及其在动力学与控制中的应用[D]. 谭述君.大连理工大学 2009
[3]汽车与两轮车碰撞事故的仿真研究及应用[D]. 郭磊.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]汽车—二轮摩托车碰撞事故分析及骑车人损伤研究[D]. 冉启林.西华大学 2018
[2]基于典型交通事故再现的摩托车驾驶员颅脑损伤机理及防护研究[D]. 张永永.重庆交通大学 2017
[3]基于THUMS人体模型的有限元事故再现分析[D]. 刘桂勇.重庆理工大学 2017
[4]基于典型交通事故的颅脑损伤力学机制研究[D]. 冯成建.第三军医大学 2013
[5]基于手部抓握力特征的大客车坐姿人体损伤数值模拟[D]. 李锵强.山东理工大学 2013
[6]基于摩托车事故重建的头盔损伤防护性能研究[D]. 陈吉光.湖南大学 2013
本文编号：3251876
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