不同坐姿乘员在自动驾驶汽车碰撞中的损伤仿真实验

为研究不同坐姿乘员在自动驾驶汽车中的碰撞安全性,筛选了7种具有代表性的乘员姿态(包括头部、上肢和躯干的变化)进行正面碰撞的仿真实验,对其乘员运动学和所受载荷进行了对比分析,研究其姿态对乘员碰撞损伤的影响。结果表明:在正面碰撞仿真实验中,倚靠姿态乘员的综合损伤风险与其他姿态相比更高,较交谈姿态,倚靠姿态乘员胸部压缩量增大了45.5%,肋骨骨折严重,内脏器官应变提高了48.8%,左倾姿态乘员损伤风险则明显降低,其头部损伤风险减少了49.1%,胸部损伤降低了14.4%。基于此,提出乘员在碰撞前可通过调整自身姿态来规避部分损伤的策略,以提高乘员在自动驾驶汽车中的碰撞安全性。

基于中国乘员的汽车座椅乘坐姿态舒适性评价分级模型

为研究汽车座椅乘员姿态舒适性问题,针对影响乘员舒适性的矢状面姿态角度指标,文中提出了一种基于中国人群覆盖范围和博弈组合赋权的评价分级方法。首先,采用动作捕捉技术获取乘员各舒适姿态角度,得到角度覆盖的人群范围,从而计算各姿态角度指标得分;采用G1法和熵权法分别计算各指标的主客观权重,基于博弈组合赋权得到各指标的综合最优权重;最终,根据各指标得分及最优权重,按照加权平均方式得到汽车座椅整体姿态舒适性评分;制订5级分级标准获取汽车座椅乘坐姿态舒适性等级。通过被试乘坐汽车座椅的主观体验评分验证建立的分级模型的可行性,为国内智能座舱的座椅姿态调节模式优化设计提供指导和依据。

基于交通事故案例的3岁儿童乘员损伤机制研究

目的通过再现真实交通事故案例探究3岁儿童乘员碰撞损伤机制。方法应用车辆有限元模型和图斯特3岁儿童乘员损伤仿生模型(TUST IBMs 3YO-O),再现CIREN数据库中的交通事故案例,通过综合分析Δv、车辆质量和变形能反求碰撞前车辆的速度,设置碰撞仿真试验再现案例所描述的儿童乘员损伤,分析损伤机制。结果TUST IBMs 3YO-O模型完整地再现出碰撞事故中儿童乘员的损伤。儿童乘员头部运动学响应与生物力学响应表现出差异性,儿童乘员胸腔内部组织器官生物力学响应表明其没有出现损伤,但是胸部3 ms合成加速度达到54 g,超出阈值。结论未来乘员安全评价需要引入生物力学参数。应用高生物逼真度的人体生物力学模型再现交通事故中乘员损伤,不仅更加清晰观察事故中乘员的运动学响应,深度分析碰撞损伤机制,还为数字化评估提供参考依据,也将为儿童乘员保护装置研发和安全法规制定提供参考。

面向汽车安全的中国体征50^(th)百分位男性乘员生物力学模型开发及验证

汽车安全领域的智能化和数字化发展都急需能代表真实人体特征的生物力学计算模型。本文以最新中国成年人人体尺寸标准为依据,开发具有自主知识产权的50^(th)百分位中国男性体征汽车乘员生物力学模型(TUST IBMs M50-O)。通过重构3组正面钝性冲击、5组侧面钝性冲击和3组整人滑车尸体及志愿者试验,模拟C-NCAP可变形移动壁障侧面碰撞试验,多角度、全方位验证所开发模型的有效性及应用价值。结果表明:11组重构试验数据均在相应的尸体及志愿者试验通道内,平均差异在10%左右,验证了模型的有效性。TUST IBMs M50-O与WorldSID 50^(th)假人模型在侧面碰撞中的运动趋势相同,但TUST IBMs M50-O模型上肢对胸部的挤压,使得胸椎T4和T12质心合成加速度峰值达到43.5g和47.3g,高于WorldSID 50th模型峰值38.5g和41.2g。同时,TUST IBMs M50-O模型也从应力应变角度评估人体组织层面的损伤风险。综上,TUST IBMs M50-O模型展现了类似真实人体的高生物逼真度,可用于组织层面的损伤机理研究,也可为智能汽车安全防护装置及智能高端装备领域产品研发、汽车虚拟测评提供可靠的计算工具和技术支撑。

面向滑台试验的乘员体压采集系统设计与应用

为了满足汽车碰撞滑台试验瞬时、大冲击工况下的乘员体压数据连续、高速采集需求,设计了一套基于STM32H723ZGT6高性能MCU和阵列压力传感器的高速乘员体压采集系统.提出高性能硬件、本地采集、本地存储、试验后上传的设计方案,应用高性能微控制器和内存扩展的方式提高数据采集实时性、稳定性,对坐垫、靠背共4576个力敏点数据的采集频率能够达到200 Hz,满足滑台试验数据采集需求,同时能够控制系统成本.提出一种基于单通道图像特征提取的乘员体压数据分析方法.在刚性座椅滑台试验中,志愿者在4种座椅状态下,对乘员体压数据进行采集,获取乘员骨盆滑移轨迹、最大滑移量、最大窗口压力均值及其电压变化趋势、坐垫全域和3个子区域重量变化趋势并进行数据可视化,所获数据特征与高速摄像获得的乘员姿态响应基本相符.

基于双目立体视觉的乘员运动姿态测量方法研究

提出了基于双目立体视觉的汽车乘员运动姿态测量方法。首先使用自主搭建的双目立体视觉系统,按照张正友标定法标定相机并对图像进行立体校正;然后提出基于邻域的SGBM单参数优化算法,并依此建立乘员关键特征点与三维空间坐标间的映射关系,实现了对乘员运动姿态的非接触动态测量。实验结果表明,该方法可以有效地测量乘员运动姿态,且测量精度较高,对汽车乘员非标准坐姿下的保护策略制定具有重要的参考价值。

预研儿童乘员保护在2024版C-NCAP的评分

基于C-NCAP2024版征求意见稿(后续称“草版”)内容分析,2024版C-NCAP极可能在2021版基础上增大儿童乘员保护的分值及占比(从2021版的11/86增加到2024草版的17/114)

基于BP神经网络的儿童乘员头部损伤预测模型及评估参数研究

智能座舱与虚拟测评规程的推广,给乘员损伤评价带来新挑战,损伤机理与损伤风险评估参数更加多样化。本文基于图斯特6岁儿童乘员损伤仿生模型与BP神经网络算法构建正面100%重叠刚性壁障工况中乘员坐姿角度与头部损伤指标相关性预测模型,探究不同坐姿下头部损伤风险以及不同评价指标之间的相关性与差异性。结果表明,构建的相关性损伤预测模型具有良好的可信度(R2>0.90),可以用于损伤预测与分析。现有头部损伤评价指标在小角度坐姿范围内(95°~108°)对头损伤评估及预测具有良好的一致性,但是对于大角度坐姿乘员,不同损伤评价指标对头部损伤风险的评估存在显著差异。因此,目前实施的头部损伤评价参数具有局限性,未来虚拟测评中应综合运动学和生物力学参数对头部损伤风险进行更加全面的评估。该研究结果可以为儿童约束系统的改善、虚拟测评以及大角度坐姿乘员头部损伤评价参数的选取提供数据与理论支撑。

主动式安全带对AEB乘员离位的改善方案

自动紧急制动(AEB)作用时会产生乘员离位现象,乘员离位在碰撞中对乘员胸部伤害会产生不利影响。通过仿真验证得出,主动式安全带在预碰撞阶段的预紧会改善乘员离位情况,并且加快预紧作用过程的反应速度和加大预紧力值均能提升对乘员的约束,而通过系统匹配,调整主动式安全带在预碰撞阶段预紧启动时间,可实现对乘员更好的约束效果。

汽车乘员舱空调热舒适测试与评价方法

在节约能源的前提下,优化乘员舱热环境、提升驾乘人员舒适性是汽车热管理的研究重点之一。随着电动汽车市场占有率的增长,乘员舱热舒适受到了更多的关注。本文综述了汽车乘员舱环境热舒适评价方法。首先,阐述了乘员舱热环境的瞬态非均匀特征及其与人员热舒适的关联。其次,介绍了多种热舒适模型的原理,包括PMV-PPD模型、等效均匀温度(EHT)模型、多节点多节段热舒适模型,并从模型输入/输出参数对汽车乘员舱热舒适评价的适用性等方面进行了对比分析。再次,介绍了乘员舱热环境测试及仿真方法,着重对比了暖体假人和空调假人在乘员舱热环境评价中的适用性。最后,基于本文所提出的评价方法,使用空调假人开展实车测试,对乘员舱环境热舒适进行了评价。

低等级公路货车路侧事故乘员伤害评估方法

为定量评估低等级公路货车路侧事故风险,降低路侧事故损失,使用PC-Crash软件进行仿真试验,研究在不同圆曲线半径、边坡坡度、驶出速度和路基高度的条件下轻型货车和重型货车驶入路侧的事故严重程度。以加速度损伤指标ASI作为乘员伤害评估指标,分别建立了低等级公路直线段和曲线段货车路侧事故乘员损伤程度计算模型。利用Fisher最优分割法,根据ASI有序数据样本,划分了低等级公路货车路侧事故严重度等级并计算了加速度损伤指标ASI阈值,提出了低等级公路货车路侧事故严重度评价标准。研究结果表明:加速度损伤指标ASI与车速和路基高度之间体现出类似于正线性变化趋势;加速度损伤指标ASI与边坡坡度之间体现出类似于指数函数变化趋势;加速度损伤指标ASI与圆曲线半径之间体现出类似于幂函数变化趋势;相比于车速和路基高度,边坡坡度的增加更容易导致车辆冲出路外发生路侧事故,增加路侧事故严重程度;圆曲线半径的增大虽然可以减少路侧事故的严重程度,但其影响相对较小。

正面碰撞下后排孕妇乘员损伤防护研究

为探讨孕妇乘员运输安全下的损伤风险,论文对比研究了常规安全带(三点式)和孕妇专用安全带(组合式)约束系统的防护效果。首先,建立并验证了正面全宽碰撞下后排女性乘员约束系统模型;其次,建立妊娠30周子宫有限元模型,并耦合HybridⅢ5th女性多面体人体模型构建孕妇模型。最后,基于孕妇乘员及胎儿损伤机理,提出了一种用于评价孕妇及胎儿损伤的综合伤害指标WICp(weighted injury criterion of pregnant),研究了不同冲击载荷下孕妇乘员佩戴组合式安全带和三点式安全带的防护效果。研究结果表明:与三点式安全带相比,孕妇乘员佩戴组合式安全带可使孕妇乘员腹部压缩量平均降低38%,子宫壁与胎盘交界面(uterus placental interface,UPI)应变平均降低18.3%,孕妇及胎儿综合伤害平均降低13.4%;当碰撞速度不超过55 km/h时,可使子宫胎盘交界面UPI应变值不超过极限值60%,从而降低了孕妇胎盘早剥风险。研究成果为孕妇乘员及胎儿开发出更安全更可靠更舒适的孕妇专用安全带提供了科学理论依据和参考价值。

汽车乘员舱个性化热舒适智能空调决策系统设计

为了进一步提高汽车乘员舱空调系统的智能化和舒适性水平,本文提出了一种基于热舒适理论的个性化智能空调决策系统设计方案。首先,针对汽车乘员舱改进了基于PMV(predicted mean vote)和PPD(predicted percentage of dissatisfaction)理论的热舒适性计算方法;进一步,利用人体画像技术实现了乘员舱驾乘人员的热舒适性特征提取,并在专家经验知识的基础上构建了具有理论计算依据的乘员舱热舒适数据集;然后,利用机器学习算法搭建了个性化热舒适空调系统随机森林决策模型,以此满足个性化热舒适智能决策需求;最后,给出了完整的系统框架和设计。测试结果显示所提出的系统模型决策准确率在90%以上,实车测试结果表明:本文系统能够识别驾乘人员特征,实时进行个性化热舒适性参数推荐,验证了本研究决策方法的有效性和实用价值。

侧面柱碰撞工况下安全气囊参数对乘员损伤的影响研究

为提高侧面柱碰撞工况下乘员的安全性,针对乘员在车速32 km/h侧面柱碰撞工况下的损伤进行了仿真分析。首先建立了侧面乘员约束系统模型并进行了可靠性验证,为改善侧面柱碰撞工况下安全气囊对乘员的保护效果,依据2021年版《C-NCAP管理规则》中侧面柱碰撞试验方法,搭建了车辆侧面柱碰撞规定结构运动(PSM)子结构模型,最后将试验与仿真结果进行对比,结果表明,合理的气囊形状、点火时刻及排气孔直径可有效提高乘员保护效果。

浅埋爆炸下考虑乘员安全的防雷底板设计理论模型

浅埋爆炸载荷下,为更好地开展装甲车防雷底板设计,建立了考虑附加质量-弹簧-阻尼系统的均质梁动态响应理论模型,并采用有限元仿真分析进行验证,理论与仿真结果吻合良好。基于所建立理论模型,分别讨论了炸药质量、均质梁屈服强度、弹簧刚度、阻尼系数和边界条件对均质梁中点和质量块峰值位移、速度、加速度的影响。结果表明:随着TNT质量增大和均质梁屈服强度减小,均质梁中点峰值位移、质量块峰值位移、速度、加速度都增大;当弹簧刚度相同时,随着阻尼系数的增加,均质梁中点峰值位移减小,质量块峰值加速度增大;当阻尼系数一定时,弹簧刚度对均质梁中点的峰值位移和质量块峰值加速度影响较小;针对不同弹簧刚度,选择适当的阻尼系数可以降低质量块峰值速度。

安全带织物宽度对乘员保护效果的影响

文章讲述了安全带织物宽度对乘员保护效果的影响。通过使用特殊编织方法,可以在碰撞事故发生时,使安全带在拉伸过程中变宽,增大和乘员的接触面积。通过仿真调整织带宽度,验证对假人主要伤害指标的影响,评价设计思路实际保护效果,为安全带实现更好的约束效果提供参考。研究基于仿真软件的THOR假人进行分析,对不同位置的肋骨位移进行了考察,结果显示织带变宽对假人伤害指标有空间位置上的分摊作用,对胸部变形量有一定的改善。

基于声音和视觉识别技术的车辆儿童乘员智能检测系统

在我国汽车产销量稳步发展的同时,儿童乘车安全的现状并不乐观,儿童乘员车内伤害事件频发,已经成为导致儿童意外伤害的罪魁祸首之一。其中,儿童乘员约束系统存在着使用率低和误用率高的问题,因此有必要开发检测车内儿童乘员状态的智能检测装置。智能检测装置可借助声音识别和视觉识别技术完成对儿童乘员状态识别,并根据状态识别结果和控制规则,正确使用汽车儿童约束系统(如儿童安全座椅约束系统等)。该智能检测系统将在很大程度上为车内儿童乘员提供有效保护,从而减少伤害。

智能车辆典型非标准坐姿乘员正面碰撞损伤研究

为探究多样化的乘员离位姿态对乘员碰撞损伤的影响,综合考虑多种乘员典型离位姿态,借助成熟乘员舱模型和假人模型进行了1 800次正面碰撞仿真,结果表明,相对于标准姿态工况,典型离位姿态下的乘员损伤均有一定程度的增加:座椅靠背角度增大会导致乘员头颈部损伤水平提高,而使胸部损伤水平下降;自动紧急制动(AEB)系统制动强度的增大会提高乘员胸部损伤水平而降低头颈部损伤水平;乘员向右偏移工况均比向左偏移工况有更大的头胸部损伤水平。

地铁列车座椅端部结构与乘员碰撞安全性研究

为解决地铁列车碰撞工况下乘员安全问题,实现地铁座椅端部结构多目标优化设计。结合我国地铁车辆客室座椅设施,采用HybridⅢ50th假人对三大类地铁座椅结构的乘员碰撞保护效果进行仿真分析,运用LS-OPT工具,基于多项式响应面算法构造了目标参数(乘员头部损伤指数HIC、胸部3ms合成加速度、颈部损伤指数和腿部股骨压缩力)关于设计变量(横立柱高度H、立柱距离L、侧板弹性模量E以及中间侧板高度CE)的代理模型,并采用自适应模拟退火算法对建立的多项式响应面模型进行寻优,得到地铁座椅端部结构的最优参数配置,最后运用THUMS假人对最优结构进行验证。研究结果表明:优化后假人的脑组织应变量、脑组织压力值、肝脏应变量等损伤参数都有显著下降,提高了乘员安全性,说明基于多项式代理模型和自适应模拟退火算法的优化结果是可靠的,研究结果可为地铁列车座椅端部结构设计提供理论支撑。

基于THUMS数字人体模型的大倾角座椅正面碰撞乘员损伤分析

基于某大倾角座椅,利用THUMS数字人体模型,研究了座椅后倾姿态正面碰撞条件下的乘员损伤特征,并讨论了乘员损伤机理。研究结果表明,相较于常规坐姿,一方面大倾角座椅后倾姿态下传统约束系统无法实现乘员的有效约束,乘员易发生下潜而造成腹部、胸部、颈部的损伤风险,另一方面由于座椅的作用,乘员脊柱受到较大的轴向加速度载荷,存在损伤风险。最后,基于乘员的损伤特征及机理,进一步讨论了后倾姿态下乘员保护策略。