汽车碰撞的二维人体运动学仿真及其在交通安全研究中的应用

本文论述了汽车被动安全性研究在交通安全中的重要地位，采有多刚体系统动力学中的Ｒ－Ｗ方法建立了二维人体模型，推导了多刚体系统矩阵形式的运动学工程，并在此基础上，开发了模拟汽车碰撞过程中人体运动响应的动画仿真程序，论证了计算机仿真技术在汽车被动安全性研究的有效性。     

汽车碰撞仿真的三维人体模型及安全带保护作用的研究

本文采用多体系统动力学中的Ｒ－Ｗ方法建立了用于模拟汽车碰撞过程中乘员运动学和动力学响应的三维人体模型；在此基础上，对Ｐａｒｔ５７２Ｄ型假人在前碰中的运动进行了模拟，研究了安全带对人体的作用并对驾驶室的安全空间进行了校核。     

汽车撞行人模拟计算研究

用计算机模拟车撞行人运动过程具有十分重要的实际意义，本文从一个新的角度描述多体系统，建立了一种以刚体质心加速度和刚体角加速度为待解变量，以较间广义坐标为积分变量的多体系统动力学方法，以该方法为理论基础，开发了汽车碰撞人体运动响应三维模拟计算软件系统ＭＵＬ３Ｄ。运用该软件系统对汽车撞行人运动响应进行了模拟计算，对比模拟计算结果，真实交通事故和著名的ＭＡＤＹＭＯ软件计算结果，初步证实该方法和该软件系统     

微型客车乘员约束系统的仿真研究及碰撞损伤防护

应用多刚体动力学和有限元理论,在MADYMO软件中建立了包括车体、安全带、安全气囊和假人的微型客车驾驶员约束系统模型.综合考虑安全带、安全气囊参数对模型进行调整,较真实再现了正面碰撞试验过程,并完成了对乘员头部伤害指数、胸部性能指标和大腿性能指标的仿真计算.与实车碰撞试验结果对比可知,该模型满足了工程计算要求.     

行人与汽车碰撞中颅骨骨折损伤机理的虚拟实验研究

采用汽车-行人多刚体动力学模型,模拟行人与汽车碰撞中人体的动态响应过程,并计算头部与风挡玻璃碰撞接触瞬间的方位、速度和角速度等运动参数;然后将这些参数输入到先前建立并验证了的行人头部有限元模型HBM-head中,模拟头部与风挡玻璃和A立柱的碰撞过程,并分析与损伤相关的生物力学参数.结果表明,结合多刚体动力学和有限元分析的虚拟实验技术可进行碰撞事故重建和损伤机理分析,模拟颅骨骨折,计算分析颅骨在冲击载荷下的应力,并确立骨折损伤与应力参数之间的内在关系,从而为降低行人头部损伤风险,改进轿车安全设计提供依据.     

汽车正撞时后排座椅安全性的CAE分析与改进设计

构建了带假人和安全带等约束系统的汽车后排座椅骨架的多刚体和有限元耦合计算模型,根据欧洲座椅法规ECER17的规定,模拟正面碰撞后排座椅安全性台车试验,对座椅骨架冲击强度和假人动态响应等进行了CAE分析.根据分析结果提出改进方案,并进行相应的仿真和试验验证.     

汽车侧碰中后向式婴儿座椅设计参数的仿真研究

运用子结构的建模方法建立了侧碰时的婴儿约束系统模型,该模型包括后车门总成模型、汽车后排座椅模型、婴儿安全座椅、P3／4假人模型、后排座椅安全带和婴儿座椅安全带,并运用规定结构运动的PSM方法定义车门总成的运动,在此基础上研究侧碰撞中婴儿安全座椅的设计参数对P3／4婴儿假人动力学响应及其损伤的影响。仿真结果表明：坐垫刚度和安全带刚度对婴儿假人损伤影响较大、坐垫摩擦系数对胸部加速度和颈部损伤影响较大。     

约束系统匹配对车-车斜角碰撞中驾驶员损伤影响

在汽车斜角碰撞过程中,前部车体会发生严重变形从而危害乘员安全,而约束系统的有效匹配可有效降低乘员的损伤。基于不同斜角度碰撞下车-车碰撞相容性的研究,建立了30°斜角碰撞下被撞车辆的多刚体-有限元模型及约束系统模型。同时选取安全带预紧时间、气囊起爆时间、气囊质量流率缩放系数、安全带刚度系数、气囊织物泄气系数、安全带初始松弛量及气囊体积缩放系数为研究变量,通过拉丁超立方试验设计方法,以加权损伤指标WIC为目标函数,建立了二阶响应面近似模型,对约束系统参数进行最优设计。研究结果表明,优化后的加权损伤指标WIC值比优化前减小了8.33%,驾驶员安全性获得提高。     

汽车悬架多刚体动力学分析及九点控制

汽车机械系统的建模、分析与求解始终是动力学的关键问题,为快速准确地求解分析,文章借助多刚体系统动力学的拉格朗日法对汽车悬架进行分析,建立了基于多刚体系统动力学的主动悬架系统模型,并采用九点控制策略进行了理论分析和计算机仿真。仿真结果表明,以多刚体动力学方法同九点控制策略相结合的汽车悬架系统性能良好。     

汽车碰撞过程中乘员冲击响应的分析方法及应用

应用多体系统动力学方法及动态显式有限元方法的混合方法，建立了碰撞过程中乘员冲击响应分析的有限元模型：采用四节点壳单元及刚体材料模型，接触搜寻采用一体化算法，接触力由罚参数法确定，接触界面的摩擦力由经典磨擦定律计算。仿真分析与台车试验结果的对比表明：应用我体系统动力学方程及显式时间积分格式，可以准确地计算出汽车碰撞过程中乘员的冲击响应。分析了五种减速度波形及五种典型结构的力——变形特性对乘员冲击响应的影响，证明了预变形控制结构及横向受压加撑圆管组合结构的大变形力学特性有利于碰撞过程中乘员安全保护的论断。     

汽车—乘员三维多体系统碰撞仿真研究

本文以碰撞动力学和多体系动力学中的Ｒ－Ｗ方法为理论依据，建立了汽车－乘员三维多体系碰撞模型。在此基础上，开发了汽车碰撞计算机仿真软件ＳＶＣ３Ｄ。仿真计算与试验结果的对比证明了模型的合理性及软件的正确性。     

基于OLC拐点的车体结构较优设计

基于OLC理论,研究了正面碰撞中车体结构设计与乘员损伤的关联性。基于56 km/h正面刚性壁障(Frontal Rigid Barrier,FRB)碰撞工况,通过二阶波简化得到一阶加速度a_1、二阶加速度a2、动态位移D三个车体结构设计指标。分析了不同车体结构设计指标与OLC的关系,发现在D不变的情况下,当a_1≤215.82 m/s²时,随着a_1的增加,OLC呈现降低的趋势;当a_1> 215.82 m/s²时,OLC呈现增加的趋势,OLC存在明显"拐点";a_1不变的情况下,OLC随着D的降低呈现降低趋势。基于对标模型分析了不同车体结构设计指标下的乘员损伤,发现乘员损伤与OLC的变化趋势保持一致,同样存在"拐点现象"。采用线性拟合,乘员损伤与OLC的决定系数R~2为0.95。为验证"拐点现象"的普适性,继续研究了50 km/h FRB碰撞工况下的现象,得到同样结论。研究结果指导了某款车型的车体结构设计。     

Decision fusion of a multi-sensing embedded system for occupant safety measures

The need for an embedded system that can fuse incomplete, inconsistent, and imprecise decisions from several sensing systems is a crucial step in achieving an effective decision for occupant safety measures. This paper deals with the decision fusion strategies of a multi-sensing embedded system to achieve significant enhancement in the reliability of occupant safety through the fused decisions. Multi-sensing approaches to determine weight, vision, and crash sensing are developed for occupant detection, classification, position calculation, and crash detection. A rule-based decision fusion algorithm is then developed to fuse the multi-sensing decisions. The developed sensing systems are incorporated into an embedded device. To execute the embedded system, a system interface between the software and hardware is developed using Lab Window/CVI with the C programming language. The experimental results demonstrated that the real time operation of the embedded system validate the effectiveness of the decision fusion algorithm, characterize the safety measures and monitor the decision application. Several events were tested that prove the performance of the embedded system is robust towards occupant safety measures.     

基于非参数统计的汽车乘员约束系统参数灵敏度分析

分析了汽车乘员约束系统及其参数的特点，建立了基于MADYMO软件的某微型客车乘员约束系统数学模型，并进行了试验验证。提出了用非参数统计方法中的秩相关系数来评价系统参数灵敏度的方法，给出了一个应用该方法进行约束系统参数灵敏度分析的实例。     

基于遗传算法和可靠性分析的乘员约束系统优化

为提高乘员假人在CNCAP正面碰撞中的得分,在对某车的仿真模型进行试验验证基础上用遗传算法优化约束系统相关参数,优化目标是使假人头部、颈部和胸部的伤害值最小。然后根据可靠性的要求合理选择了参数的取值范围。     

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.     

汽车乘员约束系统快速求解与评价程序开发应用

针对汽车乘员约束系统参数匹配与优化设计仿真分析过程中需要多次手动修改计算模型源文件和处理计算结果文件等影响分析效率的问题,应用DELPHI程序设计平台和FORTRAN语句开发了针对MADYMO软件的自动循环求解程序和基于C-NCAP正面碰撞试验规程的计算结果快速评价程序模块。通过使用该两款程序进行某A级轿车乘员约束系统参数的优化设计,证明了两个程序模块的有效性和实用性。     

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.     

用于智能驾驶系统评价的乘员损伤模型

只有较少的交通事故数据资源被用于建立基于碰撞速度信息的乘员损伤模型，致使所得到的模型精度差。为此，提出了基于车辆变形深度的乘员损伤模型。对美国不同制造年代和车辆级别的事故数据进行聚类分析，论证出车辆变形深度与乘员损伤风险具有相关性。以车辆变形深度为自变量，通过回归分析得到乘员损伤模型。不同种类车辆的乘员损伤模型拟合精度R²约为0.9，证明了该模型的正确性。为进一步验证，以此模型为基础，评价智能驾驶系统的有效性。以自动紧急制动系统为例，对比基于变形深度和速度变化量信息2种方法的有效性计算结果。结果表明：2组结果的平均误差不超过1%，验证了基于变形深度的乘员损伤模型的准确性。该模型仅需要事故数据库中准确的变形深度信息，能够获得更多的事故数据支持，从而可以更好地适应于不同类别智能驾驶系统的评价需求。     

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。