建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法
2023-05-23 08:01:21 2
專利名稱：建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法
技術領域：
本發明涉及的是一種仿真技術領域的方法，具體是一種建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法。
背景技術：
為了提高對人車碰撞事故的鑑定效率，通常運用計算機數值模擬的方法進行人車碰撞模擬，根據事故現場痕跡、車輛變形和人體損傷等信息，重現事故發生全過程。而且，利用數字假人進行碰撞模擬可以分析人體損傷信息，可以取代傳統的事故再現方法，擴大事故再現的應用範圍。
對現有研究的檢索發現，仿真結果的準確與否一定程度上取決於假人的近似程度。Wood在《Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers》Vol.219 PartD上發表的「Vehicle-pedestrian collisionvalidated models for pedestrian impact andprojection」中，指出了行人的質量參數對碰撞速度分析的影響。歐洲增強汽車安全委員會(European Enhanced Vehicle-Safety Committee)在其工作報告《WorkingGroup 17Report 1998》中，詳細分析了不同人體幾何尺寸對行人損傷的影響，並建議有針對性地採用不同體形的行人假人進行人車碰撞研究。為此，國內外的眾多機構也正在研發不同體形的行人仿真假人。以往的假人建模大多停留在對不同標準體形假人的建立，缺乏對於個案的適應性，無法滿足事故再現所要求的準確性和高效性。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，使仿真假人能快速適應事故受害人體形，以滿足中國事故鑑定的實際需要。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括具體步驟如下①建立標準體形的成年男性行人多剛體假人模型，生成用於仿真計算的模型輸入文件。
根據行人與汽車碰撞仿真的特點，建立標準體形男性成年行人多剛體假人模型，作為尺寸調整的模板。該假人以適量的剛體描述人體各個身體環節的運動，用彈性橢球面來表示人體表面，連接各剛體的鉸鏈可以表現真實的關節特性和骨折現象。標準假人的尺寸和質量將參照汽車行業慣用的50百分位男性假人(身高1.74m，體重75.7kg)，其中相關的生物力學特性將根據已有的力學試驗數據。所述的假人模型，其建模過程將在通用多剛體動力學軟體MADYMO的開發環境內進行。MADYMO是由荷蘭國家應用科學研究組織(TNO)開發的商業化仿真軟體，其多剛體動力學計算功能被廣泛地應用於汽車安全研究。建模完成後，將根據體形調整的需要，對最終生成的假人模型文件進行基於XML格式的參數化處理。
②通過人機互動界面，向程序輸入事故受害人相關信息。
基於VC編寫用於程序自動生成假人的人機互動程序，該程序除了提供窗口界面作為受害人體形信息的輸入以外，還將同假人模型的模板文件和多剛體動力學求解器連接。程序界面所提供的受害人信息的輸入包括身高、體重、人體各部位的縮放係數等。
③自動生成中國成年男性的各環節的質量分布和幾何尺寸。
本發明認為受害人的體形特徵既存在個性，也有一定的共性。所謂的共性就是，受害人的某些體形參數應該符合中國成年人的統計結果。因此，根據輸入的受害人相關信息，依據我國人體測量學專家的最新研究成果和假人參數化模型，可以計算出人體各環節的質量和幾何尺寸的統計學結果。如果受害人體形特殊，還可對人體局部的質量和幾何尺寸做適當調整。計算的主要依據是GB1000-88《中國成年人人體尺寸》和GB/T17245-2004《成年人人體慣性參數》。GB1000-88提供了我國成年人人體尺寸的基礎數據，GB/T17245-1998則給出了成年人人體各環節的相對質量分布、人體各環節的質心相對位置以及根據體重、身高計算上述數據的回歸方程，例如Y＝B0+B1X1+B2X2上式中，Y為各環節的質量或質心位置，X1、X2分別為身高和體重，B0、B1、B2為回歸方程的各係數項。
④生成行人假人的計算輸入文件，送交多剛體動力學仿真軟體試算。
根據計算得到的受害人各環節的質量分布和幾何尺寸數據，利用假人自動生成程序，重新生成可用於事故再現的計算輸入文件。隨即，自動將輸入文件遞交至多剛體動力學仿真軟體進行試運算。
⑤檢驗假人模型誤差並修正。
由於分別計算人體各環節的體形參數，可能會導致假人的整體測量參數與輸入的期望值之間存在誤差。因此，將通過試運算得到假人參數，如身高、體重等，與期望值進行比較，以此對假人局部參數進行調整和修正。
本發明結合人體工程學、生物力學、碰撞動力學仿真等多方面的最新研究成果，建立用於事故再現的中國成年男性行人數字假人及其配套程序，具有如下優勢1.可以根據少量的關鍵數據，快速生成行人數字仿真假人，符合事故鑑定對效率的要求；2.所生成的假人體形特徵符合中國成年男性體形的統計特徵，有效地提高了事故再現模型的近似度；3.設計了比較友好的人機互動界面，提供了豐富的輸入選擇，具有生成特殊體形假人的能力；4.根據人車碰撞特點建立假人模型，能反應行人事故的損傷特徵，具有很強的針對性；5.採用具有彈性接觸面的多剛體假人作為行人假人，不僅可以有效地模擬人車碰撞的接觸過程，而且可以大大提高計算速度，充分考察行人的長時間運動過程。
圖1本發明實施例的標準體形男性行人假人圖2本發明實施例的針對受害人體形特徵生成的男性行人假人圖3本發明實施例用到的包括行人、汽車和地面在內的仿真模型具體實施方式
以下結合一起典型的汽車與行人碰撞事故，應用本發明建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人，並且整合汽車、地面等多剛體模型，進行仿真計算，以體現實施例能夠達到的發明目的和效果。具體實施步驟如下①確定所用的標準體形男性成年行人多剛體假人模型，作為尺寸調整的模板。如圖1所示，本實施例所用的標準體形男性行人假人身高1.74m，體重75.7kg。在大多數情況下，假人模型的模板已經事先建立。
②根據法醫報告和受害人照片，確定性別、身高、體重以及人體主要環節的大致幾何尺寸，通過交互式界面輸入程序。本實施例涉及事故的受害人身高1.59m，體形偏瘦，體重約45kg。
③利用GB/T17245-2004提供的回歸方程，根據身高和體重計算人體各環節的質量和質心相對位置，並根據需要個別調整人體環節的縮放係數。本步驟所述內容在程序中自動完成。
④根據生成的體形參數，修改假人模板文件，經適當調整，得到新的假人模型，如圖2所示。以該模型為輸入，整合汽車、地面和護欄的多剛體模型，組成針對該起事故的虛擬再現的仿真模型，如圖3所示。通過對該起事故進行多次仿真計算，依據相關證據，推算人車碰撞的車速和角度，作為事故鑑定的參考依據。
權利要求
1.一種建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，其特徵在於，包括具體步驟如下①建立標準體形的成年男性行人多剛體假人模型，生成用於仿真計算的模型輸入文件；②通過人機互動界面，向程序輸入事故受害人的信息；③自動生成中國成年男性的各環節的質量分布和幾何尺寸；④生成行人假人的計算輸入文件，送交多剛體動力學仿真軟體試算；⑤檢驗假人模型誤差並修正。
2.根據權利要求1所述的建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，其特徵是，步驟①中，根據行人與汽車碰撞仿真的特點，建立標準體形男性成年行人多剛體假人模型，作為尺寸調整的模板。
3.根據權利要求2所述的建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，其特徵是，所述的假人模型，以剛體描述人體各個身體環節的運動，用彈性橢球面來表示人體表面，連接各剛體的鉸鍊表現真實的關節特性和骨折現象。
4.根據權利要求1或者2所述的建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，其特徵是，步驟①建模完成後，將根據體形調整的需要，對最終生成的假人模型文件進行基於XML格式的參數化處理。
5.根據權利要求1所述的建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，其特徵是，步驟②中，基於VC編寫用於程序自動生成假人的人機互動程序，該程序除了提供窗口界面作為受害人體形信息的輸入以外，還將同假人模型的模板文件和多剛體動力學求解器連接，程序界面所提供的受害人信息的輸入包括身高、體重、人體各部位的縮放係數。
6.根據權利要求1所述的建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，其特徵是，所述的自動生成中國成年男性的各環節的質量分布和幾何尺寸，是指依據中國人體測量學專家的最新研究成果和假人參數化模型，計算出人體各環節的質量和幾何尺寸的統計學結果；如果受害人體形特殊，對人體局部的質量和幾何尺寸調整，成年人人體各環節計算的依據是GB1000-88《中國成年人人體尺寸》和GB/T17245-2004《成年人人體慣性參數》。
7.根據權利要求6所述的建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，其特徵是，所述的成年人人體各環節，其相對質量分布、人體各環節的質心相對位置以及根據體重、身高計算上述數據的回歸方程計算Y＝B0+B1X1+B2X2上式中，Y為各環節的質量或質心位置，X1、X2分別為身高和體重，B0、B1、B2為回歸方程的各係數項，查GB1000-88、GB/T17245-2004獲得。
8.根據權利要求1所述的建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，其特徵是，步驟④中，根據計算得到的受害人各環節的質量分布和幾何尺寸數據，利用假人自動生成程序，重新生成可用於事故再現的計算輸入文件，隨即，自動將輸入文件遞交至多剛體動力學仿真軟體進行試運算。
9.根據權利要求1所述的建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，其特徵是，步驟⑤中，將通過試運算得到假人身高、體重參數，與期望值進行比較，以此對假人局部參數進行調整和修正。
全文摘要
一種仿真技術領域的建立交通事故再現用中國成年男性行人數字假人的方法，步驟如下①建立標準體形的成年男性行人多剛體假人模型，生成用於仿真計算的模型輸入文件；②通過人機互動界面，向程序輸入事故受害人的信息；③自動生成中國成年男性的各環節的質量分布和幾何尺寸；④生成行人假人的計算輸入文件，送交多剛體動力學仿真軟體試算；⑤檢驗假人模型誤差並修正。本發明不僅可以有效地模擬人車碰撞的接觸過程，而且可以大大提高計算速度，充分考察行人的長時間運動過程，滿足中國事故鑑定的實際需要。
文檔編號G06F17/50GK1889084SQ200610029398
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月27日 優先權日2006年7月27日
發明者金先龍, 申傑, 張曉雲 申請人:上海交通大學