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。

假人与人体模型在AEB作用下的驾驶员离位响应对比

为研究假人与人体模型在不同制动强度下驾驶员离位响应差异性,进行假人与人体模型的仿真实验。构建人体乘员约束测试装置(THOR)假人和人体安全模型(THUMS)的驾驶员约束系统模型,将MADYMO的主动人体模型(AHM)与LS-DYNA有限元约束系统耦合构建AHM模型的驾驶员约束系统模型,提取假人与人体模型头部、肩部、胸部及膝部的位移―时间历程曲线,并开展假人与人体模型离位差异性分析和不同安全带约束下驾驶员离位分析。结果表明:参考志愿者实验数据,3个模型离位都在志愿者响应通道范围内,人体模型AHM和THUMS具有更高的离位运动生物逼真度;相较于标准安全带,主动预紧安全带能够有效降低驾驶员在自动紧急制动(AEB)工况下离位响应。

自动紧急制动与可逆预紧安全带共同作用下乘员损伤分析

针对自动紧急制动(AEB)加重碰撞前的乘员离位现象,探讨了使用可逆预紧安全带改善该现象的有效性。建立了结合自动紧急制动、可逆预紧、主动人体模型的驾驶员侧乘员约束系统模型,通过志愿者实车实验获取碰撞前乘员多种坐姿的安全带约束参数,设定可逆预紧的关键参数范围。分析了AEB与可逆预紧关键参数对碰撞前乘员运动响应及碰撞中乘员损伤风险的影响。结果表明:相同碰撞强度下,AEB增加了乘员的损伤风险,尤其是胸部损伤。可逆预紧安全带通过改善乘员离位状态,可明显降低乘员在正面碰撞中的损伤风险。

AEB制动下主动安全带对乘员胸部损伤的影响

为了研究在制动紧急制动系统(AEB)作用下,集成主动预紧式安全带(Integrated Active Pre-tensioning Seatbelt,IAPS)主动预紧对事故中乘员胸部伤害产生的影响,针对某款车型进行了2次模拟AEB制动功能的滑台试验。试验中,滑台由64 km/h通过模拟AEB制动降至50 km/h后进行正面碰撞。2次试验中,一次用普通安全带,一次用IAPS。研究结果表明:碰撞前,AEB制动导致乘员发生前移及上躯干前倾,而IAPS能够使乘员保持原有姿态。但躯干前倾,安全带碰撞中预紧会对乘员肩部产生向下按压作用,IAPS作用后导致事故中安全带按压作用丧失,碰撞后期乘员胸部前扑幅度加大,胸部刚度下降。在AEB制动下,IAPS作用改变安全带肩带合力作用方向,在当前试验条件下,存在加重乘员胸部伤害风险。

制动工况中乘员动态响应分析及主动预紧安全带效能评价

主动控制卷收器(ACR)可减少乘员在制动时的位移和碰撞中的损伤风险,但国内相关试验较为匮乏。因此,为探究紧急制动时ACR对乘员离位现象的影响,针对2名男性志愿者,开展了初始速度为70 km/h的紧急制动试验,定量测定并分析了ACR与普通卷收器下的志愿者运动响应和安全带物理参数,为ACR的进一步研发提供数据参考。结果表明,在ACR的作用下,志愿者头部和T1位移分别减小34 mm和27 mm,制动阶段的织带拉出量减少13 mm,制动结束时织带回拉量增加62 mm,运动速度峰值和安全带力则无明显变化。此外,试验分析结果还显示志愿者位移(头部、肩部和T1位移)与肩带力高度正相关。

集成主动预紧式安全带的乘员可接受度与优化措施

集成主动预紧式安全带(IAPS)是集成了若干高级驾驶辅助系统(ADAS)的乘员约束保护系统。为开发和应用IAPS,该文研究了乘员对IAPS的可接受度,提出了提高接受度的措施。进行了装有50%th男性假人的座椅台架试验和20名志愿者参与的实车道路实验;分析了IAPS的一级预紧力、预紧频次、预紧噪音值3因素对乘员可接受度的影响。结果表明:不同志愿者对一级预紧力感觉不舒适的最小阈值存在差异,可将一级预紧力定为124 N;原IAPS有较高的预紧频次,可优化触发一级预紧功能的即碰时间(TTC)来降低此阈值;预紧噪音值不会对乘员造成额外的干扰。因而,这些优化措施,可提升乘员对IAPS的可接受度。

滚针式超越离合器在安全带上的设计与应用

主动式安全带是带有驱动马达、传动系统、离合器等的部件,能根据信号主动回收织带,从而实现震动提醒、碰撞前防护等功能的新型安全带。目前主动式安全带中的离合器主要为齿式离合器,存在离合冲击大、噪声大、输出扭矩不稳定、齿尖对碰风险高等问题。为提高性能,需要一种传递扭矩大、离合冲击小的新型离合器。从设计角度讨论滚针式超越离合器在主动式安全带上的设计与应用,并针对离合面为对数螺旋线的滚针式超越离合器的螺旋线进行参数设计,讨论其具体计算方法并总结公式。该方法与公式可广泛适用于驱动轴与从动轴需要完全脱离的双向或单项超越离合器设计。

基于AEB正面碰撞的乘员主被动一体式损伤研究

为探究自动紧急制动(automatic emergency braking,AEB)系统与主动预紧安全带在发生正面碰撞时的防护效果,基于某车型构建了AEB功能和主动预紧安全带的乘员约束系统模型;对3组不同防护策略(无AEB无预紧安全带、有AEB无预紧安全带和有AEB有预紧安全带)开展了正面100%重叠刚性壁障碰撞仿真实验。仿真结果表明:仅有AEB作用下,乘员平均加权伤害指标(weighted injury criteria,WIC)值反而升高了79%;而在AEB和主动预紧安全带耦合作用下,乘员平均WIC值降低了9%。在主动预紧安全带与AEB系统联合作用下,能够有效提高乘员防护水平。