不确定度理论及其在车速计算中的应用

刘丽冉



不确定度理论及其在车速计算中的应用

刘丽冉

（湖北水利水电职业技术学院机电工程系，湖北 武汉 430070）

在汽车-行人碰撞事故中，碰撞车速的计算结果在交通事故鉴定和责任归属方面起着重要的作用。但由于碰撞事故现场复杂，常常导致采集到的事故现场数据存在偏差，从而使碰撞车速的计算结果存在误差，即存在不确定性。为了提高交通事故中碰撞车速的测量精度，借助不确定度理论对车辆碰撞速度的测量结果进行评定，可以获得碰撞车速的最优取值范围。

不确定度；车辆碰撞；速度计算

1 不确定度理论概述

不确定度理论是对测量结果[1]不确定性的评定，给出理论真实值的相对误差，即给出相对理论真实值的一个取值范围。它通常由两个部分内容组成：理论真实值和理论真实值的相对误差。不确定度理论的评定方法包括两种形式：A评定和B评定。其中，A 类评定和B类评定分别以数理统计原理和概率论原理为基础。利用不确定度理论对测量结果进行评定的目的是减小由不确定因子引入的测量结果的误差，以便提高测量结果的精度。

2 不确定度理论评定方法

下图给出了不确定度理论的评定流程。

图1 不确定度评定流程图

图2 相对不确定度计算步骤

3 不确定度理论在车辆碰撞速度计算中的应用

借助不确定理论对车辆碰撞速度计算结果进行评定流程如图3所示。具体流程为：（1）首先将警方在交通事故现场采集到事故现场数据采集带入到车辆碰撞速度预估模型中，计算出车辆碰撞速度；（2）借助不确定度理论，推导车辆碰撞速度的相对合成标准不确定度公式，并将采集到的事故现场数据代入公式中，从而得到车辆碰撞速度最优取值范围；（3）基于精度分析[2]，利用MATLAB数值校核和 Pc-Crash 软件验证不确定度理论对车速评定结果的有效性。

图3 事故车速计算流程

人-车交通事故中车辆碰撞速度通常根据抛距模型[3]进行求解。抛落物方法[1]以动量定理[4]为基础，再根据抛落物的抛出距离，建立车辆碰撞速度预估模型[5]。在计算车辆碰撞速度时，每种抛距模型的输入参数会有一定的差异，引入的不确定度因子也就有差异，因此，借助不确定度理论评定对车辆碰撞速度进行评定时，不同车辆碰撞速度计算方法对应的不确定度评定方法也会有所不同。下面主要介绍两种抛距模型的车辆碰撞速度计算方法的不确定度评定方法。

3.1 行人被直接抛出

如果人-车碰撞时，车辆为重心较高的大型车辆，由于行人重心较低，行人可能会被直向前水平抛出或向下抛出，可得行人被抛出时速度的理论计算公式为：

其中：-行人抛出时的速度即碰撞时人车共同速度；-行人与地面的摩擦系数；-行人被抛出的距离；-重力加速度；-行人被抛出的角度，限制在[0°,90°]范围内。根据动量守恒定律，可得车辆碰撞速度：

根据不确定度理论评定方法分析，可得公式(3.2)中不确定性因子主要包括以下几个参数：

3.2 行人延迟抛出

延迟抛出主要用于行人被撞抛出时的重心高度高于车辆头部的高度情况。延迟抛出中行人运动三个阶段：首先人车接触，相互作用，当两者变形量达到最大时，人车达到共同速度；其次，人车达到共同速度时，人被抛出在空中做斜抛运动，飞行一段时间着地，第一次着地的地点称为第一落地点；最后人落地后由于具有角路面方向上的速度分量，人在路面上滑动一段距离后停止，如图4所示。

图4 行人与车辆碰撞过程

通常我们将行人延迟抛出后的运动简化平抛运动，可得行人被抛出时速度的理论计算公式为：

其中：-行人与地面摩擦系数；-重力加速度；-行人抛出时重心高度；

-行人运动距离，等于三个阶段运动距离之和。通过对行人与车辆碰撞速度计算公式的分析与讨论，可知与车辆碰撞速度相关的不确定性因子主要由以下几个参数组成：

4 总结

本文首先介绍了不确定理论的基本原理及评定方法；然后，详细介绍了不确定度评定方法涉及到定义及评定流程；最后，针对不确定度理论在交通事故中的应用，分析了两种抛距模型的车辆碰撞速度计算方法的不确定度的评定，从而获得碰撞车速的最优取值范围。

[1] 李一兵,袁泉,陈理.车辆碰撞行人交通事故事故的不确定因素研究[J].中国公路学报,2004, 17(1): 82-85.

[2] 袁泉,张高强,李一兵等.交通事故车速分析理论方法的研究进展[J].交通运输工程与信息学报, 2009,7(2): 21-27.

[3] 林庆峰.汽车行人碰撞抛射仿真模型[J].汽车工程.2007,29(4): 296- 303.

[4] 袁泉,李一兵.汽车碰撞事故再现估算速度的不确定度分析[J].汽车工程,2001, 23(4): 230~231.

[5] 袁泉,李一兵,裴剑平.交通事故车速估算的不确定因子方法[J].交通运输工程学报,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

A

1671-7988(2019)07-54-03

刘丽冉，硕士学位，助教，就职于湖北水利水电职业技术学院机电工程系。

U467

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1671-7988(2019)07-54-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.018