AEB制动对碰撞事故中假人运动姿态及损伤程度的影响研究

随着汽车安全性能要求越来越高,自动紧急制动系统(Autonomous Emergency Braking,AEB)等主动安全配置在汽车上应用越来越广泛。本文针对碰撞前车辆AEB功能的启用对汽车被动安全阶段(100%正面碰撞,FRB)假人离位及损伤可能产生的影响进行探索研究。研究结果表明:AEB启动自动紧急制动功能,乘员假人的头部、颈部、胸部、骨盆部位会相对车辆有一定的前倾运动。并且车辆AEB自动紧急制动功能启动的情况下发生100%正面碰撞,驾驶员损伤值的增高均早于碰撞前车辆未配备AEB功能车辆驾驶员的损伤值,且最高损伤值小于碰撞前车辆未配备AEB功能车辆驾驶员的损伤值,对于骨盆部位则影响不大。碰撞前AEB自动紧急制动系统功能的启用会导致假人有一定的前倾离位,但不一定导致碰撞后假人损伤最高值的增大。     

智能汽车场景下乘员保护虚拟仿真研究

智能汽车的发展和应用，带来新的碰撞安全场景。本文重点研究智能汽车车内不同乘员姿态、车内布置结构变化以及AEB系统作用等因素带来的碰撞安全场景，通过有限元仿真分析法深入分析不同场景下车内乘员及车外行人伤害情况。结果表明：驾乘人员多样化的乘坐姿态使得碰撞工况中的乘员损伤的潜在风险增大，车内大屏等新型内饰会加剧碰撞工况中乘员伤害，AEB作用后能够降低车外行人伤害，但一定程度上会加剧乘员的损伤风险。可见，汽车智能化发展增加了碰撞场景的复杂性，对车辆乘员保护性能提出了更高的要求，亟需开展研究。     

侧安全气囊在侧面约束系统中的集成

针对安伞法规关于不同碰撞形态下对乘员侧面保护的要求,进行了侧安全气囊集成于内饰侧面约束系统中的参数优化及系统验证,并在实车碰撞中证明了气囊参数满足可变形壁障侧面碰撞形态下对正位坐姿乘员的保护要求.针对TWG(国际轿乍生产联盟、轿车乘员约束系统委员会、高速公路保险机构)关于离位坐姿乘员在气囊爆破中的保护要求,进行了侧气囊参数校核与约束系统结构优化.     

自动紧急转向导致斜角碰撞的一体化仿真分析

在前方道路突然出现障碍物的危急情况中，车辆采用自动紧急转向来避障，由于情况紧急，车辆在转向过程中仍可能与其他道路参与者发生碰撞事故。当车辆采用自动紧急转向避让道路前方路口突然闯入的车辆时，与对向来车发生斜角碰撞，由此，对该特定场景的转向-碰撞全过程进行一体化仿真，分析乘员在转向阶段因车辆横摆和侧倾运动引起的离位现象以及离位在碰撞过程中对乘员的动态响应和损伤造成的影响。首先，建立由自动紧急转向导致的斜角碰撞场景；其次，在该场景中，确定车辆在最小避障距离内的紧急变道路径，并计算车辆和乘员在变道过程中的动态响应；碰撞事故发生时刻选取为本车在紧急转向过程中易与对向来车发生碰撞的时刻，且在该时刻乘员具有较大潜在损伤风险；然后，在时域上结合车辆转向阶段和碰撞阶段的运动响应，将其作为整体输入，对乘员在全过程的动态响应进行一体化仿真；最后，分析离位对乘员损伤的影响规律以及影响因素。研究结果表明：紧急转向会导致乘员产生明显的横向离位，降低了约束系统对乘员的保护效果，致使乘员头部和颈部在碰撞中的人车相对运动速度和相对位移明显增大；横向离位使得乘员头部偏离安全气囊中央区域，降低了安全气囊的保护作用；这2个因素导致了乘员头部损伤评价指标H_HIC36增加7.20倍，颈部损伤评价指标N_ij增加2.32倍；乘员头、颈部损伤具有随横向离位程度减小而减小的趋势。     

汽车预碰撞制动下乘员离位影响及参数优化分析

对于汽车制动后发生的碰撞工况，乘员前倾将会增加人体损伤风险。本文进行了汽车预碰撞制动下乘员离位影响及参数优化分析研究。通过实车制动试验得到车辆在不同制动工况下的乘员颈部前向位移量分布区间；建立了MADYMO主动人体仿真模型，采用变量分析法研究不同制动波形下乘员离位特征；运用正交设计方法进行滑台碰撞试验，得到乘员离位因子对乘员碰撞损伤影响；建立乘员响应面模型，采用中心复合试验设计（Central composite design）方法，研究了主动式安全带参数与乘员离位位移之间的相关性，通过优化设计，得到了最优参数组合。     

基于加速滑台的主被动融合试验方法研究

为了研究基于加速滑台进行主被动融合试验的可行性，在8.0 m/s2制动加速度条件下，针对第50百分位THOR假人进行了仿真和滑台试验，对自动紧急制动（AEB）系统作用后发生的正面高速碰撞工况进行了加速和减速仿真。结果表明，AEB系统制动下乘员离位过程具有波动性，最大离位量发生在第300 ms前，第400 ms后的波动幅度较小；在加速滑台仿真条件下，400 ms后，安全气囊对头部的保护作用、假人胸部刚度表现与减速试验结果更加接近。由此可知，在AEB的仿真时间缩减后不少于300 ms的条件下，主被动融合试验可以通过缩减AEB时间在加速滑台上进行。     

制动工况下主动卷收器参数对乘员离位位移影响的分析

主动控制卷收器(ACR)能改善乘员的离位位移并降低二次碰撞的风险。为探究制动工况下ACR对乘员的影响,首先进行志愿者实车道路试验和试验数据的乘员运动响应分析,并建立了包括主动人体模型的仿真模型。模型对标后搭建Kriging近似模型并采用NSGA-Ⅱ算法进行ACR参数优化。结果表明:优化后头部质心和第一胸椎(T1)的离位量分别减小了55%和73.44%,且回弹阶段各部位加速度明显减小,预紧力和乘员离位量呈负相关趋势,且与制动前触发相比,制动后触发ACR时,预紧时间的变化对乘员离位的影响较大。     

面向“离位”儿童乘员的常开式安全气囊优化设计

儿童乘坐校车时常呈现多种"离位"坐姿,有必要开展多种儿童坐姿下,常开式安全气囊的优化设计研究,明确12岁儿童的损伤阈值。为此构建并验证校车的仿真模型,搭建校车和常开式安全气囊的耦合模型。选取躺卧坐姿、右倾坐姿作为12岁儿童乘员的典型"离位"坐姿,并针对正常坐姿、躺卧坐姿和右倾坐姿,以加权伤害指标为优化目标,基于响应面代理模型和改进型NSGA-Ⅱ算法,权衡确定常开式安全气囊的主要设计参数的最优配置为:泄气阀开度199.73%、泄气阀开启压力1.1628×105Pa、安装点高度0.362 8 m和中部拉带长度0.315 2 m。结果表明:3种儿童坐姿下,具备最优配置的常开式安全气囊能够最大限度地提升12岁儿童乘员的安全性。     

基于离位状态儿童乘员防护的安全气囊优化（英文）

提出了一种离位状态(OOP)儿童安全气囊参数优化策略。根据美国机动车工程师学会的SAE J1980-2008法规,建立了典型的3岁和6岁离位儿童乘员多刚体MADYMO-有限元仿真模型。以乘员综合损伤评价指标(Pcomb)为目标函数,安全气囊参数为设计变量,采用最小二及乘优化设计和概率分析软件LS-OPT对选取的变量进行优化,选用空间填充试验设计采取样本点,采用混合自适应模拟退火算法对响应面模型进行优化使Pcomb最小。对比了双级和单级气体发生器气囊在低速和高速对假人损伤的影响。结果表明:综合损伤指标基本满足US-NCAP法规的要求;在54 km/h正面碰撞时,双级气囊对假人的保护作用明显优于单级气囊。     

加装传统AEB后的未避免事故典型碰撞场景与事故特征

为了解车辆装备自动紧急制动系统（AEB）后的典型人车碰撞场景及事故特征，在再现187例事故并采集碰撞前参数后，运用联合仿真技术评估传统AEB系统的效果，并用统计学方法分析未避免的73例事故（39%），获得6类典型的未避免人车碰撞场景。研究发现，未避免事故中：事故主要发生在照明条件良好、路面干燥的非路口，且95.88%案例中碰撞速度低于40 km/h；人车碰撞损伤均显著降低，但不同场景中降幅有差异；人地碰撞损伤降低方面存在不确定性，典型场景中61.9%的案例中人地碰撞损伤有增加风险，损伤增加比例随碰撞场景变化而不同。进一步分析发现，人地碰撞损伤增加的主要原因是AEB降低车速后行人落地顺序改变、人体下肢与车辆前端再次接触、人车碰撞位置改变等。研究成果不仅能为智能车主、被动安全研究中的实验设计提供边界条件，还能为设计更安全的AEB系统提供支持。     

正面碰撞安全带约束系统开发与试验验证

详细介绍MADYMO安全带及正面碰撞模型的建模流程;并利用此模型,从乘员运动姿态、头胸部伤害响应值和非约束系统效率等方面,对比不同安全带预紧器、限力器模型对乘员的保护效果。计算结果表明,利用预紧器消除安全带的初始松弛量,可显著提高乘员的非约束系统效率,并有效降低人体损伤值;在预紧量相同的情况下,锁扣预紧器的非约束系统效率优于卷收器预紧器;利用限力器可减轻胸部载荷。     

Mathematical model validated by a crash test for studying the occupant’s kinematics and dynamics in a cars’ frontal collision

The aim of the paper was to determine the kinematic parameters that influence the occupant injury risk through a mathematical model. The developed model is a 2D model composed of 4 bodies (2 vehicles, thorax and head). The head and thorax are interconnected with a rotation joint and a torsion spring meant to stiffen the relative movement between the bodies. The thorax is connected with the vehicle body by a linear spring meant to simulate the seatbelt stiffness. The model was solved using Lagrange principle and the validation of the model was made through a crash test performed using the same initial conditions and comparing the obtained values of the displacement, velocity and acceleration parameters with the ones obtained with the mathematical model. The head and torso were chosen due to the fact that they are the common parts of the body that get injured, especially the head with the change of 80 % to cause fatal injury in car’s frontal collision. Once the model was validated, the stiffness of the seatbelt was modified in order to determine the behavior of the occupant in case of car frontal collisions. When the seatbelt stiffness was reduced, the occupant displacement and velocity increased, while by increasing the stiffness, these parameters decreased. The values of the developed model presented a high degree of similarity with the results obtained from the crash test with an error of 10 %. This model can be used by engineers to easily asses the occupant injury risk in case of vehicle frontal collisions.     

正面碰撞后排女性乘员颈部损伤研究及改进方案验证

针对正面碰撞工况中乘用车后排5%女性乘员颈部损伤问题,对乘员颈部损伤与乘员运动及安全带约束之间的关系进行研究,建立颈部损伤机理矩阵分析模型,提出基于安全带力作用的碰撞过程三区间分段分析改进方案,并通过整车试验对比验证了该改进方案的有效性。结果表明,该方案颈部拉伸力F_(z)平均降低32%,颈部伸展力矩M_(ocy)平均降低67%,头部损伤指标HIC_(15)平均降低61%,提高了后排5%女性乘员头颈部的碰撞安全性。     

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。     

基于虚拟试验方法的气囊折叠方式对离位乘员损伤影响的研究

基于MADYMO软件建立了对称折叠和环向折叠安全气囊以及假人碰撞位置的虚拟试验模型。试验结果表明：环向折叠气囊对人体的主要损伤值都小于对称折叠气囊的相应值;试验中测得的所有损伤值都小于损伤评定参考值,并和有关实际试验的结果基本相同。虚拟试验是一种研究气囊折叠方式对离位乘员损伤影响的有效方法。     

安全气囊对离位乘员的损伤及其改善措施的研究

详细介绍了基于计算流体力学的前排乘员安全气囊的建模方法;依据FMVSS 208法规,利用MADY-MO软件通过仿真模拟前排离位乘员和安全气囊的接触过程,对气囊造成伤害的机理进行分析;为减轻气囊对离位乘员的伤害,提出了可断裂式拉带安全气囊的改进方案,并对其改善效果进行仿真.结果表明该方案能较好地达到改善伤害的效果.     

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.     

安全气囊对离位乘员损伤影响的仿真研究

基于MADYMO软件的Gas Flow流体计算方法及5百分位Facet假人建立了驾驶员侧气囊模型及5百分位女性假人两种离位情况(OOP)的计算机模型,并通过气囊静态展开试验及假人两种不同位置的试验验证了模型的正确性。在此模型基础上通过改变气囊参数,分析了各参数对两个位置模型人体各部位损伤影响及其灵敏度。仿真结果表明,对离位乘员伤害影响比较敏感的气囊参数依次为气体发生器峰值压力、气袋体积、排气孔大小、织物渗透率、织物杨氏模量及密度。