自动驾驶汽车事故中主动旋转座椅规避儿童乘员的损伤风险研究

为了提高儿童乘员在自动驾驶汽车中的碰撞安全性，提出在正面碰撞发生前主动将不同座椅朝向的乘员旋转至背向碰撞方向(180°方向)的策略，通过改变人体受力方向，将不同座椅朝向乘员的正面碰撞形式转化为标准的追尾碰撞形式，从而提高自动驾驶车辆中儿童乘员的碰撞安全性。首先，通过正面碰撞假人试验对THUMS 10岁儿童乘员台车模型的有效性进行验证；然后，基于4种不同座椅朝向(0°、90°、135°和180°),利用THUMS 10岁儿童乘员模型进行正面碰撞仿真试验，发现180°座椅朝向儿童乘员损伤风险最小，因此，180°座椅朝向被确定为相对安全的座椅朝向；最后，模拟200 ms内将座椅旋转±45°和300 ms内将座椅旋转±90°以及分别在0 ms和100 ms时间延迟后引入碰撞的试验过程，研究座椅旋转过程本身以及先旋转后碰撞策略下的乘员损伤风险。研究结果表明：200 ms内将儿童乘员旋转±45°和300 ms内将儿童乘员旋转±90°,不引起额外人体损伤；碰撞时刻的延迟所造成的儿童乘员姿态的变化，会导致儿童乘员在碰撞过程中产生不同的运动学响应和损伤风险；在无碰撞时刻延时的情况下，先旋转后碰撞的策略可...     

自动驾驶汽车中乘员在不同座椅朝向下的损伤风险及规避策略

在高度自动化车辆（Highly Automated Vehicle，HAV）中，由于不再需要驾驶人，乘客之间可以实现面对面的交流，这给车辆座椅的布置提供了更大的灵活性。为提高HAV的碰撞安全性，提出使用旋转座椅来改变人体朝向与碰撞方向相对位置的规避策略，其基本思路是在碰撞发生前通过主动改变座椅朝向来降低乘员损伤。首先，利用尸体试验数据对所建立的碰撞模型进行验证；然后，基于4种不同的座椅朝向，利用THUMS^TM人体模型进行初始速度为56 km·h^-1的正面碰撞模拟试验，以确定相对安全的座椅朝向位置；最后，预测座椅旋转过程本身以及旋转至某位置后发生碰撞的乘员损伤风险。在静态正面碰撞中，选择0°、90°、135°和180°四种不同的座椅朝向进行乘员损伤预测和比较，结果表明180°朝向时的乘员损伤风险最小。在此基础上，模拟了200 ms内将座椅旋转±45°和±90°，以及分别在0 ms和100 ms时间延迟后引入碰撞的试验过程。研究结果表明：200 ms能够将乘员旋转±45°和±90°而不引起额外的人体损伤，并且在无时间延迟时，旋转至背对碰撞方向的乘员损伤，比正面碰撞中0°、90°和135°座椅朝向的乘员损伤更低，证明了该损伤风险规避策略的有效性。     

座椅设计参数对低速尾撞中乘员颈部伤害影响的仿真研究

在MADYMO环境下建立包括座椅、座椅安全带、BIORIDⅡ假人的尾撞仿真模型,应用MADYMO及AUTODOE对座椅设计参数及座椅平动吸能机制对低速尾撞中乘员颈部损伤指标的影响进行了研究。模拟结果表明,座椅靠背铰旋转刚度、椅背屈服力矩、椅背接触刚度等参数对乘员头颈部响应的影响显著,通过适当的座椅参数设计可以达到降低尾撞中乘员损伤几率的目的。同时,座椅整体平动吸能对座椅尾撞安全性能的提高也在模拟中得到了验证。     

儿童乘员在大倾角增高座椅中的下潜趋势及腹部损伤研究

为探究正面碰撞工况下大倾角增高座椅中儿童乘员的运动姿态、下潜趋势以及下潜对腹部损伤的影响，以经过验证的儿童增高座椅模型为基础，结合不同乘坐倾角的6岁PIPER儿童生物力学模型，在ECE R129正面碰撞台车模型中进行了动态模拟，建立了基于盆骨髂前上棘点的儿童下潜风险评价准则。仿真结果表明，50 km/h正面碰撞工况下，当靠背倾角超过35°后，儿童乘员发生下潜，下潜后腹部压缩量和粘性指数分别增加了234%和527%，肝脏最大第一主应变增加了45%，下潜导致腹部出现AIS 3损伤风险，限制盆骨旋转可减小儿童的下潜趋势。     

移动式安全座椅的乘员保护性能的研究

传统的座椅在汽车前碰撞中是不允许产生明显变形的,本文中提出了3种移动式的汽车安全座椅,它们可在汽车前碰撞时发生相应的变形,具有防止乘员下潜,消除安全带与乘员之间的初始间隙和降低胸部加速度的作用:立了使用3种移动式座椅和传统座椅的汽车前碰撞乘员动力学响应和损伤分析的仿真模型,并进行4种座椅的对比仿真.结果表明,与传统座椅和其它两种移动座椅相比,第一种移动式安全座椅对乘员头部、颈部和胸部具有较好的防护性能.     

基于大壁障侧碰和75°侧柱碰的车身耐撞性和乘员损伤研究

基于侧面碰撞对乘员损伤的严重性,运用试验法和仿真法对某车型的侧面碰撞性能和乘员损伤进行研究。通过对车身侧面结构变形、速度响应、乘员损伤情况进行分析,得出了大壁障侧碰和75°侧柱碰的碰撞特性,并提出了B柱、前后门、门槛梁的优化方案。结果表明:相较于MDB壁障侧碰和90°侧柱碰,大壁障侧碰和75°侧柱碰对车身耐撞性提出了更高的要求,对前后排乘员造成了更严重的损伤。通过对侧面车身结构的优化,有效地降低了车身各部位的侵入量和侵入速度,增大了乘员的生存空间,提升了车身安全性。     

儿童安全座椅中填充吸能泡沫对头部的保护效果分析

采用Pam-Crash仿真软件,在已验证的6岁儿童乘员有限元模型上,施加ECE R129法规中规定的减速度曲线,以模拟汽车在侧面碰撞事故中后排儿童乘员的头部损伤情况。通过头部质心合加速度、头部性能指标(HPC)、脑组织Von Mises应力、颅内压、剪切应力和泡沫与头部之间的接触力等评价指标,研究侧面碰撞时安全座椅侧翼结构中头枕部位填充吸能泡沫对儿童乘员头部的保护效果。结果表明:安全座椅中填充泡沫可有效降低侧面碰撞对头部的损伤,且填充PU泡沫的保护效果要优于EPS泡沫。     

中国体征3岁儿童乘员损伤仿生模型在C-NCAP正面碰撞测试仿真中的应用EI北大核心CSCD

本文中应用已验证的具有详细解剖学结构特征的中国3岁儿童乘员图斯特损伤仿生模型(TUST IBMs3YO-O),参照C-NCAP(2021年版)两种正面碰撞乘员保护动态试验,建立仿真模型。通过分析3岁儿童乘员在不同工况下的头部、颈部、胸部的运动学和生物力学响应,研究正面碰撞测评试验中3岁儿童乘员的损伤机理和不同工况下损伤的差异。结果表明:在运动学响应方面,与正面100%重叠刚性壁障(FRB)碰撞试验相比,3岁儿童乘员在正面50%重叠移动渐进变形壁障(MPDB)碰撞试验中损伤风险更大,且远离碰撞侧的儿童损伤更严重;在生物力学响应方面,FRB碰撞中,3岁儿童乘员头部下颌与胸部接触可能出现轻微脑震荡。MPDB碰撞中,儿童出现向左的横向运动,头部下颌与右侧胸部接触,导致生物力学响应峰值较大,可能出现轻微脑震荡、肋骨骨折、肺部挫伤等损伤。     

儿童安全座椅侧面碰撞头部保护研究

根据欧洲儿童乘员约束系统法规(ECE R129)要求,建立台车座椅约束系统模型,施加法规中规定的速度曲线,以模拟汽车在侧面碰撞事故中后排儿童乘员的头部损伤情况。通过台车侧撞试验,验证了所建有限元仿真模型的有效性。通过压缩试验,对30倍发泡率EPP材料力学性能进行测定,确定采用包含应变率效应的MAT83材料卡片,以模拟EPP材料头枕在碰撞工况下的力学响应。以儿童乘员头部3 ms加速度和HPC作为评价指标,对比分析EPP材料和普通材料对儿童乘员头部的保护效果。结果表明:与普通材料相比,采用EPP材料后,Q3假人模型HPC降低24.9%,头部3 ms加速度降低8.1%,有效降低了汽车侧面碰撞对儿童头部的损伤。     

汽车碰撞中乘员腹部损伤机理及生物力学响应研究进展

在汽车碰撞中,乘员腹部损伤最常见的是实质性脏器损伤,如肝脏、脾脏、肾脏等,主要由汽车前部转向系统、侧门、仪表盘、安全气囊等造成。汽车碰撞中乘员腹部损伤生物力学的研究任务是探讨腹部各组织和器官的损伤与力学因素的关系,比如力、加速度、变形等,建立相关的评估损伤标准参数。分别从腹部损伤影响因素、腹部生物力学响应、腹部损伤耐受限度等方面对近年来国内外在汽车碰撞乘员腹部损伤生物力学方面的研究进展做了总结概括。     

Seatbelt and seatback control for occupant protection in frontal automotive collisions

This paper investigates the potential benefits of an imminent collision prediction system for improving occupant protection in a frontal automotive crash. Knowledge of an impending unavoidable crash is assumed to be known 100 ms before the crash occurs. A three dof human occupant model is developed using a Lagrangian approach to represent occupant translation with respect to seat, torso rotation and neck rotation. The performance of traditional elastic seat belts is compared with that of an analytically calculated seat belt law in which the force values are calculated in real-time so as to just prevent collision with car interior. Simulations verify that the analytical seat belt force calculation results in less force on occupant for the same level of safety. Furthermore, results show that knowledge of a future collision can be used to pre-tension seat belts but can provide no additional benefits, if seat belts are the only means for active occupant protection. However, if seat tilt-back can be deployed using an on–off mechanism, such predictive knowledge of a future collision can provide significantly improved occupant protection in terms of preventing occupant collision with car interior.     

侧面碰撞后排SID-Ⅱs假人骨盆合力的改进

通过建立侧面碰撞台车试验能力,进行侧面台车试验,对某款车后排SID-IIs假人骨盆合力进行了改进。改进后,SID-IIs假人骨盆合力幅值由4.8 kN降至2.8 kN,远远小于C-NCAP指定的最高性能限值3.5 kN。得出结论,针对后排乘员骨盆伤害的改进,可以通过侧面碰撞台车试验进行;为了保证侧面碰撞乘员骨盆得到良好的保护,在骨盆接触部位的内饰板与其内部的钣金结构之间最好保证40 mm以上的间隔,并填充泡沫块。     

汽车安全气囊起爆车速与乘员伤害关系的仿真研究

利用碰撞受害者模拟软件MADYMO建立了某客车乘员约束系统前碰撞计算机仿真模型,通过对不同碰撞车速下乘员伤害值的仿真计算,研究了保证乘员伤害指标达到一定要求的汽车安全气囊起爆车速。使用生物力学灰度区的概念描述和确定气体发生器的点火阈值,也就是从乘员保护的观点出发,确定不同结构汽车的气囊点火车速,从而为整车匹配安全气囊提供了良好的手段和依据,并能够大大降低匹配时间和周期。     

Occupant position detection system (OPDS) for side airbag system

In order to prevent injury of the occupant of the passenger seat when a side airbag deploys, we have developed an occupant position detection system. It detects the occupant's head entering the side airbag deployment zone. If so, the side airbag operation is inhibited and an indicator light on the side airbag alerts the occupant to the improper sitting position. It detects accurately the occupant's size and the head entering the side airbag deployment zone, using an occupant identification algorithm and electrostatic capacity sensors under the seat trim cover which determine the dielectric around the seat surface.     

正面碰撞时轿车后排乘员的保护

为提高轿车后排乘员在发生正面碰撞时的安全性,文章利用碰撞仿真分析软件MADYMO,建立包括某轿车车体、安全带和假人的乘员约束系统正面碰撞模型,并与碰撞试验结果进行对比,验证了模型有效性。利用该模型对安全带形式和座垫角度对乘员的HIC、胸部3ms加速度和左右大腿力等损伤值的影响进行了比较,表明使用3点式安全带同时匹配座垫倾角25°的方法,能使头部损伤下降59%,胸部伤害下降20%,腿部损伤下降70%,有效提高后排乘员的安全性。     

儿童约束系统动态仿真研究及初步参数分析

本文利用MADYMO软件建立包含P系列儿童假人、一款国产汽车用儿童座椅和试验台车的儿童乘员约束系统的计算机仿真模型,并模拟了ECE-R44法规规定的正面碰撞台车试验环境。通过与对应产品的台车碰撞试验结果对比,对该模型有效性进行了验证。同时,在已验证模型的基础上,对儿童座椅及台车试验系统设计参数对儿童乘员响应的影响进行了分析,结果表明儿童座椅的摩擦系数、成人安全带刚度、儿童座椅安全带定位孔孔位置对儿童乘员在正面碰撞中的响应影响较大,通过适当的儿童约束系统设计可以降低儿童乘员在碰撞事故中的受伤几率。     

汽车正面碰撞试验中后排乘员伤害特性的研究

提出了正面碰撞中后排乘员假人伤害的试验方法和评价指标。通过分析10个车型正面碰撞试验结果,得出了正面碰撞中后排乘员头部、胸部和大腿等部位的伤害特性。     

正面碰撞中假人伤害分析及安全性改进研究

论文了研究了正面碰撞中假人的运动过程及头部、颈部、胸部与下肢部位的伤害机理与考核指标,这些指标反映了车身碰撞特性、乘员约束系统特性及两者间的匹配这三个方面的综合性能,并针对车身耐撞性能、车身B柱曲线特性及转向系统、安全带与气囊等约束系统对假人的伤害影响进行了详细的分析。基于上述分析对一款新开发车型的安全性现状进行分析并逐步做出改进方案。通过零部件试验、滑车试验及实车验证试验证明分析及改进方案的有效性,本研究对车型开发设计及安全性能改进具有一定的指导意义。