主動式人體模型開發關鍵技術研究
時間：2024-04-11
主動安全系統AEB（Autonomous-Emergency-Braking）目前在車輛上的搭載率日益提升，主動剎車逐步成為日常駕駛過程中不可或缺的功能。當車輛識別到前方障礙物時，該系統會避免碰撞或者降低碰撞速度減輕傷害。該系統作用過程中，車內乘員的姿態受制動減速度、車速、駕駛員意識行為等多重因素影響。為探究AEB介入碰撞場景情況下車內乘員的行為姿態，工程院安全開發部開展了上百次真實人體道路試驗，同時為開發符合實際情況的主動式人體有限元模型進行了深入研究。
圖1 AEB介入下乘員離位姿態示意圖
道路實驗中，使用制動機器人模擬AEB制動減速度的輸入，多傳感器集成設備結合攝像頭采集不同體征的志愿者離位響應以及肌電信號。對輸出數據進行數學統計分析，研究了離位位移隨影響因素變化的規律性以及個體化差異所帶來的離散型變化。通過對各個部位的肌肉激活程度的參數標定和對比，發現下肢、中斜方肌、指伸肌在駕駛員無意識狀態下激活特征更明顯。這些實驗數據和分析統計結果幫助我們深入理解主被動安全技術下乘員離位的真實情況，并為開發主動式人體有限元模型奠定基礎。
圖2 實驗場地及設備
主動式人體有限元模型采用了被動有限元模型與主動控制模型耦合的方法，解決實際情況中骨骼肌等效問題。通過CT掃描獲得層厚0.625mm人體圖像，結合有限元方法構建高度仿生的人體肌肉被動有限元模型，通過輸入實際采集的肌肉激活曲線結合PID控制策略，模擬肌肉收縮搭建主動控制模型，最后對耦合模型適用性進行對標驗證，模型的頭部、肩部、頸部的離位姿態均與實驗數據高度吻合。
圖3 主動式人體模型開發流程
目前工程院安全開發部成功構建了具有真實場景、樣本豐富、多因素變量特征的預碰撞信息數據庫，為主被動融合虛擬測評標定提供堅實可靠的數據來源。主動式人體模型的相關衍生技術已得到專利保護，目前團隊具有成熟的開發主動式人體模型的能力，可以利用該技術開發不同體征、性別、年齡的主動式人體模型，同時具備開發不同部位的主動式子模型的技術能力。該技術的優勢在于模型能夠模擬真實的人體反應，從而更準確地評估車輛在不同碰撞場景下的安全性能，提供更加精準全面的車輛安全性能開發方案。
圖4 主動式人體模型對標分析
主動式人體模型作為一種先進的開發工具，在汽車安全開發、航空安全研究、其他交通工具安全評估等多領域具有廣泛的應用場景，在推動交通安全技術的革新上發揮著舉足輕重的作用。隨著科技的發展及新一輪的技術升級，主被動融合技術將在未來交通參與者事故場景中發揮更大的作用，為交通安全性能的提升提供強有力支持。
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