Ανάπτυξη αλγόριθμου ανακατσκευής τροχαίου ατυχήματος βασισμένου στην αρχή διατήρησης της ενέργειεας

Αναγνωστόπουλος, Κωνσταντίνος; Anagnostopoulos, Konstantinos

dc.contributor.author	Αναγνωστόπουλος, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Anagnostopoulos, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2018-11-27T09:10:04Z
dc.date.available	2018-11-27T09:10:04Z
dc.date.issued	2018-11-27
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48133
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16202
dc.rights	Default License
dc.subject	Ανακατασκευή ατυχήματος	el
dc.subject	Σύγκρουση οχημάτων	el
dc.subject	Αλγόριθμος	el
dc.subject	Αρχή διατήρησης της ενέργειας	el
dc.subject	Βάση δεδομένων τροχαίων ατυχημάτων	el
dc.title	Ανάπτυξη αλγόριθμου ανακατσκευής τροχαίου ατυχήματος βασισμένου στην αρχή διατήρησης της ενέργειεας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Σχεδιασμός οχημάτων	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/6d98578ae26650b1b24e943e5c2d9882136d0a65
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-09
heal.abstract	Η ανακατασκευή τροχαίου ατυχήματος είναι ένα πρόβλημα το οποίο απασχολεί τους μηχανικούς, ήδη, από τη δεκαετία του ‘70 και στόχος της είναι ο προσδιορισμός των συνθηκών που οδήγησαν σε ένα τροχαίο ατύχημα. Μια τυπική περίπτωση τροχαίου ατυχήματος είναι η σύγκρουση ενός οχήματος με ένα δεύτερο. Σε αυτή την περίπτωση πρέπει να προσδιοριστούν οι αρχικές ταχύτητες των εν λόγω οχημάτων, αλλά και άλλα μεγέθη, όπως οι δυνάμεις οι οποίες ασκούνται σε κάθε όχημα, το ποσοστό κατά το οποίο οι τροχοί είναι κλειδωμένοι, ο συντελεστής τριβής των τροχών με το οδόστρωμα κ.α.. Η ανακατασκευή ενός τροχαίου ατυχήματος, συνήθως, πραγματοποιείται υπολογιστικά. Για την αριθμητική προσομοίωση και την επίλυση του προβλήματος, έχουν αναπτυχθεί δύο βασικές θεωρίες, από τις οποίες η πρώτη βασίζεται στην ενέργεια που απορροφάται από τα οχήματα κατά τη σύγκρουση και υπολογίζεται από την παραμόρφωση που υφίστανται αυτά σε συνδυασμό με τη θεωρία της ώθησης-ορμής και η δεύτερη στις εξισώσεις της αρχής διατήρησης ορμής στο καρτεσιανό επίπεδο συντεταγμένων. Οι θεμελιωτές αυτών των θεωριών είναι ο R. McHenry και o R. Brach κατά αντιστοιχία. Στη θεωρία που βασίζεται στη διατήρηση ενέργειας (R. McHenry) οι κύριες παράμετροι που επηρεάζουν την επίλυση του προβλήματος είναι οι συντελεστές στιβαρότητας (stiffness coefficients) των οχημάτων, το μέτρο και η διεύθυνση της δύναμης κρούσης που αναπτύσσεται κατά τη σύγκρουση (Principal Direction of Force – PDOF), καθώς και το σημείο στο οποίο επιδρά αυτή (Point of Impact - POI). Παράμετροι όπως άδηλες απώλειες (αύξηση θερμοκρασία κατά τη σύγκρουση, ήχος κ.α.), ανωμαλίες εδάφους, ελλιπή δεδομένα σύγκρουσης, καθιστούν, πολλές φορές, την άμεση επίλυση του προβλήματος αδύνατη. Επιπλέον, η γνώση αυτών των παραμέτρων δεν μπορεί να εξαλείψει το σφάλμα μεταξύ της υπολογιστικής επίλυσης και των πραγματικών δεδομένων. Οι δύο βασικές θεωρίες στις οποίες βασίζεται η ανακατασκευή τροχαίου ατυχήματος και οι παράμετροι που τις επηρεάζουν παρουσιάζονται αναλυτικά στο Κεφάλαιο 2 της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας. Οι συντελεστές στιβαρότητας των οχημάτων διαφέρουν ανάλογα με το όχημα αλλά και την πλευρά του οχήματος. Ο προσδιορισμός των συντελεστών αυτών γίνεται με την αξιοποίηση των αποτελεσμάτων πολλαπλών δοκιμών σύγκρουσης των οχημάτων με σταθερούς ή κινητούς απαραμόρφωτους ανασχετήρες. Τις δοκιμές αυτές έχουν αναλάβει να πραγματοποιήσουν υπηρεσίες υπεύθυνες για την ασφάλεια των επιβατών και τις λειτουργίες των συστημάτων των οχημάτων σε συνθήκες σύγκρουσης. Τέτοιες υπηρεσίες είναι η National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA - Αμερική) και European New Car Assessment Program (EuroNCAP - Ευρώπη). Η NHTSA κατά τη διάρκεια ανάπτυξης των θεωριών, αρχικά, και αλγορίθμων κατόπιν, για την ανακατασκευή τροχαίου ατυχήματος κατασκεύασε μια βάση δεδομένων δώδεκα συγκρούσεων δυο οχημάτων, η οποία χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση και τη βελτίωση των εν λόγω παραμέτρων. Η ελεύθερη πρόσβαση στη βάση δεδομένων της NHTSA επιτρέπει την ανάπτυξη ενός αλγορίθμου ο οποίος για κάθε όχημα μπορεί να προσδιορίζει τις σταθερές στιβαρότητας της κάθε πλευράς του οχήματος, με την προϋπόθεση ότι ο αριθμός των καταγεγραμμένων δοκιμών είναι επαρκής. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται αυτή η βάση δεδομένων και γίνεται η ανάλυση των συγκρούσεων που περιέχει. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προήλθαν από την επίλυση των δοκιμών RICSAC με γνωστές τις σταθερές στιβαρότητας επιλύοντας μόνο τη φάση της σύγκρουσης (Collision Phase) με χρήση αλγορίθμου που βασίζεται στη δια-τήρηση της ενέργειας. Με αυτόν τον τρόπο ελέγχθηκε η ορθότητα του αλγορίθμου που αναπτύχθηκε. Στο Κεφάλαιο 5, επιλύθηκαν οι δοκιμές RICSAC και για τη φάση μετά της σύγκρουσης (Post-Collision Phase) ενώ στο Κεφάλαιο 6 μία από τις δώδεκα δοκιμές, συγκεκριμένα η 7, επιλύθηκε με άγνωστες τις σταθερές στιβαρότητας. Επίσης, συγκρίνονται τα αποτελέσματα της υπολογιστικής προσομοίωσης με τα πραγματικά και αναφέρονται τα μειονεκτήματα του αλγορίθμου με στόχο την βελτίωσή του. Τέλος, στο Κεφάλαιο 7 συνοψίζονται τα βασικά συμπεράσματα που εξήχθησαν κατά την ανάπτυξη και τη χρήση του αλγορίθμου. Εν συντομία, ο συγκεκριμένος αλγόριθμός αναπτύχθηκε σε δύο υπορουτίνες, η πρώτη επιλύει τη φάση της σύγκρουσης (Collision Phase) κατά την οποία τα οχήματα βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους και η δεύτερη τη φάση μετά τη σύγκρουση κατά την οποία τα δύο οχήματα κινούνται και δεν βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους (Post-Collision Phase). Η επίλυση των φάσεων έχει την ίδια κατεύθυνση με αυτήν της εξέλιξης του χρόνου σε αντίθεση με άλλους αλγορίθμους ανακατασκευής τροχαίου ατυχήματος που βρίσκονται στη βιβλιογραφία. Με τον τρόπο αυτόν, απαιτείται η εκτίμηση των αρχικών ταχυτήτων των οχημάτων και η λύση ανανεώνεται με την χρήση γενετικού αλγορίθμου, έως ότου βρεθεί η βέλτιστη. Η εκτίμηση της βέλτιστης λύσης γίνεται μέσω του μηδενισμού της αντικειμενικής συνάρτησης. Ο μηδενισμός της αντικειμενικής συνάρτησης συνεπάγεται την ακινητοποίηση και των δύο οχημάτων στα ακριβή μετρούμενα σημεία στάθμευσης. Συνεπώς, μέσω του αλγορίθμου που αναπτύχθηκε στην παρούσα Διπλωματική Εργασία, γίνεται εφικτή η ανακατασκευή οποιουδήποτε τροχαίου ατυχήματος, με την προϋπόθεση ότι ο αριθμός των δοκιμών σύγκρουσης σε ανασχετήρες, για τα οχήματα που συμμετέχουν στο συγκεκριμένο ατύχημα, είναι επαρκής, και ταυτόχρονα υπάρχουν τα απαραίτητα δεδομένα για την επίλυση των εξισώσεων. Σε διαφορετική περίπτωση τα δεδομένα που λείπουν θα πρέπει να εκτιμηθούν. Τέτοια δεδομένα μπορεί να είναι το ποσοστό πέδησης των τροχών, η γωνία σύγκρουσης των οχημάτων κ.α..	el
heal.abstract	Traffic accident reconstruction is a problem that concern s engineers since the 70’s and , in its typical form , it refer s to the collision of two vehicle s . In this case, the initial velocities of these vehicles must be determined, such as the forces applied to each vehi- cle, the rate at which the wheels are locked, the coefficient of friction between the wheels and the road surface , etc. Traffic accident reconstruction is commonly solv ed computationally. For the nu- merical simulation and the solution of the problem, two basic approaches have been de- veloped, the first one is based on the energy absorbed by the vehicles during the collision and it is calculated through the deformation of the vehicles , combined with the impulse - momentum theory and the second one is based o n the equations of the momentum con- servation principle at the Cartesian coordinate plane. The founders of these theories are R. McHenry and R. Brach respectively . In en ergy conservation theory, the main parame- ters influencing the solution of the problem are the determination of magnitude and di- rection of the force of impact (Principal Direction of Force – PDOF) , as well as the point of i mpact (POI). Parameters such as la tent energy loss (incre ment of temperature due to collision , sound etc . ), ground anomalies, unknown collision data, often render the right solution of the problem impossible. However, knowing these parameters can n ot elimi- nate the error between the computational solution and the actual data. These two main theories on which traffic accident reconstruction is based and the parameters affecting them, are presented in detai l in Chapter 2 of this Diploma Thesis. The Stiff ness Coefficients , which differ depending on the vehicle and also on the vehicle side , play an important role in traffic accident reconstruction models . The deter- mination of these coefficients is achieved by exploiting the results of multiple collision tes ts of vehicles on fixed or mov ing rigid barriers . These tests have been undertaken by services responsible for passenger s’ safety and vehicle operation systems in collision sit- uations. Such services are the National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA - US A) and the European New Car Assessment Program (EuroNCAP - Europe) . NHTSA, dur- ing the development of theories initially, and then the algorithms, for the reconstruction of a road accident, constructed a tw elve vehicle collision database, which w as used to evaluate and improve these parameters. Free access to the NHTSA database allows the development of an algorithm which for each vehicle can determine the stiffness coeffi- cients of each side of the vehicle, provided that the number of recorded tes ts is sufficient. Chapter 3 presents this database and analyzes the collisions . Chapter 4 presents the results obtained by solving the RICSAC test s with known stiffness coefficients solving only the Collision Phase. In this way, the correctness of the algorithm developed was tested In Chapter 5, RICSAC test s are solved also for the Post - Collision Phase, as well as in Chapter 6 one of the twelve tests was solved with unknown stiffness coefficients . The r esults of the computational simulation and the ac tual results compared and the disad- vantages of the algorithm are listed with the aim of improving it. Finally, Chapter 7 sum- marizes the main conclusions drawn during the development of the algorithm, but also from its use. In this Diploma Thesis, an Accide nt Reconstruction Algorithm was developed which is based on the McHenry model (Deformation Energy Theory and Impulse - Mo- mentum Theory) and used for the reconstruction of the twelve recorded vehicle to vehicle collision tests . In short, this algorithm is developed into two subroutines, the first solving the c ollision phase in which the vehicles are in contact with each other , and the second the post - collision phase in which the two vehicles are moving and are not in contact with each other. The solution of the se phases has the same direction as the evolution of time as opposed to other traffic accident reconstruction algorithms retrieved in the literature . In this way, it is necessary to estimate the initial speeds of the vehicles and the solution is altere d using genetic algorithm until the optimal is found . The optimum solution is evalu- ated by zeroing the objective function. Zeroing the objective function causes both vehicles to stop at the exact measured parking points. Consequently , through the algorithm developed in this Diploma Thesis, any traffic accident reconstruction , involving vehicle collision is possible with a fair accuracy , pro- vided that the number of crash tests for the vehicles involved in the accident is adequate, but also the necessary data to solve the equations are available , otherwise these will have to be estimated. Such data may be the percentage of braking of the wheels, the angle of collision of the vehicles, etc.	en
heal.advisorName	Κουλοχέρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κουλοχέρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Προβατίδης, Χριστόφορος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Οχημάτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	109 σ.
heal.fullTextAvailability	true