不確定度理論及其在車速計算中的應用

劉麗冉

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不確定度理論及其在車速計算中的應用

劉麗冉

（湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，湖北 武漢 430070）

在汽車-行人碰撞事故中，碰撞車速的計算結(jié)果在交通事故鑒定和責任歸屬方面起著重要的作用。但由于碰撞事故現(xiàn)場復雜，常常導致采集到的事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)存在偏差，從而使碰撞車速的計算結(jié)果存在誤差，即存在不確定性。為了提高交通事故中碰撞車速的測量精度，借助不確定度理論對車輛碰撞速度的測量結(jié)果進行評定，可以獲得碰撞車速的最優(yōu)取值范圍。

不確定度；車輛碰撞；速度計算

1 不確定度理論概述

不確定度理論是對測量結(jié)果[1]不確定性的評定，給出理論真實值的相對誤差，即給出相對理論真實值的一個取值范圍。它通常由兩個部分內(nèi)容組成：理論真實值和理論真實值的相對誤差。不確定度理論的評定方法包括兩種形式：A評定和B評定。其中，A 類評定和B類評定分別以數(shù)理統(tǒng)計原理和概率論原理為基礎(chǔ)。利用不確定度理論對測量結(jié)果進行評定的目的是減小由不確定因子引入的測量結(jié)果的誤差，以便提高測量結(jié)果的精度。

2 不確定度理論評定方法

下圖給出了不確定度理論的評定流程。

圖1 不確定度評定流程圖

圖2 相對不確定度計算步驟

3 不確定度理論在車輛碰撞速度計算中的應用

借助不確定理論對車輛碰撞速度計算結(jié)果進行評定流程如圖3所示。具體流程為：（1）首先將警方在交通事故現(xiàn)場采集到事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集帶入到車輛碰撞速度預估模型中，計算出車輛碰撞速度；（2）借助不確定度理論，推導車輛碰撞速度的相對合成標準不確定度公式，并將采集到的事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)代入公式中，從而得到車輛碰撞速度最優(yōu)取值范圍；（3）基于精度分析[2]，利用MATLAB數(shù)值校核和 Pc-Crash 軟件驗證不確定度理論對車速評定結(jié)果的有效性。

圖3 事故車速計算流程

人-車交通事故中車輛碰撞速度通常根據(jù)拋距模型[3]進行求解。拋落物方法[1]以動量定理[4]為基礎(chǔ)，再根據(jù)拋落物的拋出距離，建立車輛碰撞速度預估模型[5]。在計算車輛碰撞速度時，每種拋距模型的輸入?yún)?shù)會有一定的差異，引入的不確定度因子也就有差異，因此，借助不確定度理論評定對車輛碰撞速度進行評定時，不同車輛碰撞速度計算方法對應的不確定度評定方法也會有所不同。下面主要介紹兩種拋距模型的車輛碰撞速度計算方法的不確定度評定方法。

3.1 行人被直接拋出

如果人-車碰撞時，車輛為重心較高的大型車輛，由于行人重心較低，行人可能會被直向前水平拋出或向下拋出，可得行人被拋出時速度的理論計算公式為：

其中：-行人拋出時的速度即碰撞時人車共同速度；-行人與地面的摩擦系數(shù)；-行人被拋出的距離；-重力加速度；-行人被拋出的角度，限制在[0°,90°]范圍內(nèi)。根據(jù)動量守恒定律，可得車輛碰撞速度：

根據(jù)不確定度理論評定方法分析，可得公式(3.2)中不確定性因子主要包括以下幾個參數(shù)：

3.2 行人延遲拋出

延遲拋出主要用于行人被撞拋出時的重心高度高于車輛頭部的高度情況。延遲拋出中行人運動三個階段：首先人車接觸，相互作用，當兩者變形量達到最大時，人車達到共同速度；其次，人車達到共同速度時，人被拋出在空中做斜拋運動，飛行一段時間著地，第一次著地的地點稱為第一落地點；最后人落地后由于具有角路面方向上的速度分量，人在路面上滑動一段距離后停止，如圖4所示。

圖4 行人與車輛碰撞過程

通常我們將行人延遲拋出后的運動簡化平拋運動，可得行人被拋出時速度的理論計算公式為：

其中：-行人與地面摩擦系數(shù)；-重力加速度；-行人拋出時重心高度；

-行人運動距離，等于三個階段運動距離之和。通過對行人與車輛碰撞速度計算公式的分析與討論，可知與車輛碰撞速度相關(guān)的不確定性因子主要由以下幾個參數(shù)組成：

4 總結(jié)

本文首先介紹了不確定理論的基本原理及評定方法；然后，詳細介紹了不確定度評定方法涉及到定義及評定流程；最后，針對不確定度理論在交通事故中的應用，分析了兩種拋距模型的車輛碰撞速度計算方法的不確定度的評定，從而獲得碰撞車速的最優(yōu)取值范圍。

[1] 李一兵,袁泉,陳理.車輛碰撞行人交通事故事故的不確定因素研究[J].中國公路學報,2004, 17(1): 82-85.

[2] 袁泉,張高強,李一兵等.交通事故車速分析理論方法的研究進展[J].交通運輸工程與信息學報, 2009,7(2): 21-27.

[3] 林慶峰.汽車行人碰撞拋射仿真模型[J].汽車工程.2007,29(4): 296- 303.

[4] 袁泉,李一兵.汽車碰撞事故再現(xiàn)估算速度的不確定度分析[J].汽車工程,2001, 23(4): 230~231.

[5] 袁泉,李一兵,裴劍平.交通事故車速估算的不確定因子方法[J].交通運輸工程學報,2001,l(4): 71-74.

Uncertainty theory and its application in vehicle speed calculation

Liu Liran

( Hubei Water Resources and Hydropower Vocational and Technical College, Mechanical and Electrical Engineering, Hubei Wuhan 430070 )

In the car-pedestrian collision accident, the calculation result of the collision speed plays an important role in traffic accident identification and responsibility attribution. However, due to the complicated scene of the collision accident, the accident data collected is often biased, so that there is an error in the calculation result of the collision vehicle speed, that is, there is uncertainty. In order to improve the measurement accuracy of collision speed in traffic accidents, the measurement result of vehicle collision speed is evaluated by the uncertainty theory, and the optimal range of collision speed can be obtained.

uncertainty;vehicle collision;speed calculation

U467

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1671-7988(2019)07-54-03

劉麗冉，碩士學位，助教，就職于湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學院機電工程系。

U467

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1671-7988(2019)07-54-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.018