專利名稱：建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種仿真技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法。
背景技術(shù)：
為了提高對(duì)人車碰撞事故的鑒定效率，通常運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法進(jìn)行人車碰撞模擬，根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡、車輛變形和人體損傷等信息，重現(xiàn)事故發(fā)生全過程。而且，利用數(shù)字假人進(jìn)行碰撞模擬可以分析人體損傷信息，可以取代傳統(tǒng)的事故再現(xiàn)方法，擴(kuò)大事故再現(xiàn)的應(yīng)用范圍。
對(duì)現(xiàn)有研究的檢索發(fā)現(xiàn)，仿真結(jié)果的準(zhǔn)確與否一定程度上取決于假人的近似程度。Wood在《Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers》Vol.219 PartD上發(fā)表的“Vehicle-pedestrian collisionvalidated models for pedestrian impact andprojection”中，指出了行人的質(zhì)量參數(shù)對(duì)碰撞速度分析的影響。歐洲增強(qiáng)汽車安全委員會(huì)(European Enhanced Vehicle-Safety Committee)在其工作報(bào)告《WorkingGroup 17Report 1998》中，詳細(xì)分析了不同人體幾何尺寸對(duì)行人損傷的影響，并建議有針對(duì)性地采用不同體形的行人假人進(jìn)行人車碰撞研究。為此，國(guó)內(nèi)外的眾多機(jī)構(gòu)也正在研發(fā)不同體形的行人仿真假人。以往的假人建模大多停留在對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)體形假人的建立，缺乏對(duì)于個(gè)案的適應(yīng)性，無法滿足事故再現(xiàn)所要求的準(zhǔn)確性和高效性。

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，提供一種建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，使仿真假人能快速適應(yīng)事故受害人體形，以滿足中國(guó)事故鑒定的實(shí)際需要。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括具體步驟如下①建立標(biāo)準(zhǔn)體形的成年男性行人多剛體假人模型，生成用于仿真計(jì)算的模型輸入文件。
根據(jù)行人與汽車碰撞仿真的特點(diǎn)，建立標(biāo)準(zhǔn)體形男性成年行人多剛體假人模型，作為尺寸調(diào)整的模板。該假人以適量的剛體描述人體各個(gè)身體環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，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(xiàn)真實(shí)的關(guān)節(jié)特性和骨折現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)假人的尺寸和質(zhì)量將參照汽車行業(yè)慣用的50百分位男性假人(身高1.74m，體重75.7kg)，其中相關(guān)的生物力學(xué)特性將根據(jù)已有的力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。所述的假人模型，其建模過程將在通用多剛體動(dòng)力學(xué)軟件MADYMO的開發(fā)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行。MADYMO是由荷蘭國(guó)家應(yīng)用科學(xué)研究組織(TNO)開發(fā)的商業(yè)化仿真軟件，其多剛體動(dòng)力學(xué)計(jì)算功能被廣泛地應(yīng)用于汽車安全研究。建模完成后，將根據(jù)體形調(diào)整的需要，對(duì)最終生成的假人模型文件進(jìn)行基于XML格式的參數(shù)化處理。
②通過人機(jī)交互界面，向程序輸入事故受害人相關(guān)信息。
基于VC編寫用于程序自動(dòng)生成假人的人機(jī)交互程序，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(dòng)力學(xué)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、人體各部位的縮放系數(shù)等。
③自動(dòng)生成中國(guó)成年男性的各環(huán)節(jié)的質(zhì)量分布和幾何尺寸。
本發(fā)明認(rèn)為受害人的體形特征既存在個(gè)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(shù)應(yīng)該符合中國(guó)成年人的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。因此，根據(jù)輸入的受害人相關(guān)信息，依據(jù)我國(guó)人體測(cè)量學(xué)專家的最新研究成果和假人參數(shù)化模型，可以計(jì)算出人體各環(huán)節(jié)的質(zhì)量和幾何尺寸的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果。如果受害人體形特殊，還可對(duì)人體局部的質(zhì)量和幾何尺寸做適當(dāng)調(diào)整。計(jì)算的主要依據(jù)是GB1000-88《中國(guó)成年人人體尺寸》和GB/T17245-2004《成年人人體慣性參數(shù)》。GB1000-88提供了我國(guó)成年人人體尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，GB/T17245-1998則給出了成年人人體各環(huán)節(jié)的相對(duì)質(zhì)量分布、人體各環(huán)節(jié)的質(zhì)心相對(duì)位置以及根據(jù)體重、身高計(jì)算上述數(shù)據(jù)的回歸方程，例如Y＝B0+B1X1+B2X2上式中，Y為各環(huán)節(jié)的質(zhì)量或質(zhì)心位置，X1、X2分別為身高和體重，B0、B1、B2為回歸方程的各系數(shù)項(xiàng)。
④生成行人假人的計(jì)算輸入文件，送交多剛體動(dòng)力學(xué)仿真軟件試算。
根據(jù)計(jì)算得到的受害人各環(huán)節(jié)的質(zhì)量分布和幾何尺寸數(shù)據(jù)，利用假人自動(dòng)生成程序，重新生成可用于事故再現(xiàn)的計(jì)算輸入文件。隨即，自動(dòng)將輸入文件遞交至多剛體動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行試運(yùn)算。
⑤檢驗(yàn)假人模型誤差并修正。
由于分別計(jì)算人體各環(huán)節(jié)的體形參數(shù)，可能會(huì)導(dǎo)致假人的整體測(cè)量參數(shù)與輸入的期望值之間存在誤差。因此，將通過試運(yùn)算得到假人參數(shù)，如身高、體重等，與期望值進(jìn)行比較，以此對(duì)假人局部參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修正。
本發(fā)明結(jié)合人體工程學(xué)、生物力學(xué)、碰撞動(dòng)力學(xué)仿真等多方面的最新研究成果，建立用于事故再現(xiàn)的中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人及其配套程序，具有如下優(yōu)勢(shì)1.可以根據(jù)少量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，快速生成行人數(shù)字仿真假人，符合事故鑒定對(duì)效率的要求；2.所生成的假人體形特征符合中國(guó)成年男性體形的統(tǒng)計(jì)特征，有效地提高了事故再現(xiàn)模型的近似度；3.設(shè)計(jì)了比較友好的人機(jī)交互界面，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(jù)人車碰撞特點(diǎn)建立假人模型，能反應(yīng)行人事故的損傷特征，具有很強(qiáng)的針對(duì)性；5.采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(jì)算速度，充分考察行人的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)過程。


圖1本發(fā)明實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)體形男性行人假人圖2本發(fā)明實(shí)施例的針對(duì)受害人體形特征生成的男性行人假人圖3本發(fā)明實(shí)施例用到的包括行人、汽車和地面在內(nèi)的仿真模型具體實(shí)施方式
以下結(jié)合一起典型的汽車與行人碰撞事故，應(yīng)用本發(fā)明建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人，并且整合汽車、地面等多剛體模型，進(jìn)行仿真計(jì)算，以體現(xiàn)實(shí)施例能夠達(dá)到的發(fā)明目的和效果。具體實(shí)施步驟如下①確定所用的標(biāo)準(zhǔn)體形男性成年行人多剛體假人模型，作為尺寸調(diào)整的模板。如圖1所示，本實(shí)施例所用的標(biāo)準(zhǔn)體形男性行人假人身高1.74m，體重75.7kg。在大多數(shù)情況下，假人模型的模板已經(jīng)事先建立。
②根據(jù)法醫(yī)報(bào)告和受害人照片，確定性別、身高、體重以及人體主要環(huán)節(jié)的大致幾何尺寸，通過交互式界面輸入程序。本實(shí)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(jù)身高和體重計(jì)算人體各環(huán)節(jié)的質(zhì)量和質(zhì)心相對(duì)位置，并根據(jù)需要個(gè)別調(diào)整人體環(huán)節(jié)的縮放系數(shù)。本步驟所述內(nèi)容在程序中自動(dòng)完成。
④根據(jù)生成的體形參數(shù)，修改假人模板文件，經(jīng)適當(dāng)調(diào)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(hù)欄的多剛體模型，組成針對(duì)該起事故的虛擬再現(xiàn)的仿真模型，如圖3所示。通過對(duì)該起事故進(jìn)行多次仿真計(jì)算，依據(jù)相關(guān)證據(jù)，推算人車碰撞的車速和角度，作為事故鑒定的參考依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，其特征在于，包括具體步驟如下①建立標(biāo)準(zhǔn)體形的成年男性行人多剛體假人模型，生成用于仿真計(jì)算的模型輸入文件；②通過人機(jī)交互界面，向程序輸入事故受害人的信息；③自動(dòng)生成中國(guó)成年男性的各環(huán)節(jié)的質(zhì)量分布和幾何尺寸；④生成行人假人的計(jì)算輸入文件，送交多剛體動(dòng)力學(xué)仿真軟件試算；⑤檢驗(yàn)假人模型誤差并修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，其特征是，步驟①中，根據(jù)行人與汽車碰撞仿真的特點(diǎn)，建立標(biāo)準(zhǔn)體形男性成年行人多剛體假人模型，作為尺寸調(diào)整的模板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，其特征是，所述的假人模型，以剛體描述人體各個(gè)身體環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，用彈性橢球面來表示人體表面，連接各剛體的鉸鏈表現(xiàn)真實(shí)的關(guān)節(jié)特性和骨折現(xiàn)象。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，其特征是，步驟①建模完成后，將根據(jù)體形調(diào)整的需要，對(duì)最終生成的假人模型文件進(jìn)行基于XML格式的參數(shù)化處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，其特征是，步驟②中，基于VC編寫用于程序自動(dòng)生成假人的人機(jī)交互程序，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(dòng)力學(xué)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、人體各部位的縮放系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，其特征是，所述的自動(dòng)生成中國(guó)成年男性的各環(huán)節(jié)的質(zhì)量分布和幾何尺寸，是指依據(jù)中國(guó)人體測(cè)量學(xué)專家的最新研究成果和假人參數(shù)化模型，計(jì)算出人體各環(huán)節(jié)的質(zhì)量和幾何尺寸的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果；如果受害人體形特殊，對(duì)人體局部的質(zhì)量和幾何尺寸調(diào)整，成年人人體各環(huán)節(jié)計(jì)算的依據(jù)是GB1000-88《中國(guó)成年人人體尺寸》和GB/T17245-2004《成年人人體慣性參數(shù)》。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，其特征是，所述的成年人人體各環(huán)節(jié)，其相對(duì)質(zhì)量分布、人體各環(huán)節(jié)的質(zhì)心相對(duì)位置以及根據(jù)體重、身高計(jì)算上述數(shù)據(jù)的回歸方程計(jì)算Y＝B0+B1X1+B2X2上式中，Y為各環(huán)節(jié)的質(zhì)量或質(zhì)心位置，X1、X2分別為身高和體重，B0、B1、B2為回歸方程的各系數(shù)項(xiàng)，查GB1000-88、GB/T17245-2004獲得。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，其特征是，步驟④中，根據(jù)計(jì)算得到的受害人各環(huán)節(jié)的質(zhì)量分布和幾何尺寸數(shù)據(jù)，利用假人自動(dòng)生成程序，重新生成可用于事故再現(xiàn)的計(jì)算輸入文件，隨即，自動(dòng)將輸入文件遞交至多剛體動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行試運(yùn)算。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，其特征是，步驟⑤中，將通過試運(yùn)算得到假人身高、體重參數(shù)，與期望值進(jìn)行比較，以此對(duì)假人局部參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修正。
全文摘要
一種仿真技術(shù)領(lǐng)域的建立交通事故再現(xiàn)用中國(guó)成年男性行人數(shù)字假人的方法，步驟如下①建立標(biāo)準(zhǔn)體形的成年男性行人多剛體假人模型，生成用于仿真計(jì)算的模型輸入文件；②通過人機(jī)交互界面，向程序輸入事故受害人的信息；③自動(dòng)生成中國(guó)成年男性的各環(huán)節(jié)的質(zhì)量分布和幾何尺寸；④生成行人假人的計(jì)算輸入文件，送交多剛體動(dòng)力學(xué)仿真軟件試算；⑤檢驗(yàn)假人模型誤差并修正。本發(fā)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(jì)算速度，充分考察行人的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)過程，滿足中國(guó)事故鑒定的實(shí)際需要。
文檔編號(hào)G06F17/50GK1889084SQ200610029398
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者金先龍, 申杰, 張曉云 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)