AEB制動對碰撞事故中假人運動姿態(tài)及損傷程度的影響研究

鄭艷婷　李夢琦　郭慶祥

摘 要：隨著汽車安全性能要求越來越高，自動緊急制動系統(tǒng)（Autonomous Emergency Braking，AEB）等主動安全配置在汽車上應(yīng)用越來越廣泛。本文針對碰撞前車輛AEB功能的啟用對汽車被動安全階段（100%正面碰撞，F(xiàn)RB）假人離位及損傷可能產(chǎn)生的影響進行探索研究。研究結(jié)果表明：AEB啟動自動緊急制動功能，乘員假人的頭部、頸部、胸部、骨盆部位會相對車輛有一定的前傾運動。并且車輛AEB自動緊急制動功能啟動的情況下發(fā)生100%正面碰撞，駕駛員損傷值的增高均早于碰撞前車輛未配備AEB功能車輛駕駛員的損傷值，且最高損傷值小于碰撞前車輛未配備AEB功能車輛駕駛員的損傷值，對于骨盆部位則影響不大。碰撞前AEB自動緊急制動系統(tǒng)功能的啟用會導(dǎo)致假人有一定的前傾離位，但不一定導(dǎo)致碰撞后假人損傷最高值的增大。

關(guān)鍵詞：自動緊急制動系統(tǒng) 乘員離位 乘員損傷

1 前言

隨著汽車安全性能的要求越來越高，自動緊急制動系統(tǒng)（Autonomous Emergency Braking，AEB）以及主動式安全帶等主動安全配置在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛。AEB是汽車在碰撞前避免或減輕碰撞事故的技術(shù)，系統(tǒng)能在汽車發(fā)生碰撞前檢測到前方障礙物并以圖像或者聲音的形式提醒駕駛員，當車輛與障礙物的距離超過臨界值之后，系統(tǒng)便會啟動自動緊急剎車系統(tǒng)規(guī)避或者減輕碰撞事故的嚴重程度[1，2]。因為AEB會造成碰撞事故前假人的離位，而目前的車輛的約束系統(tǒng)設(shè)計一般不會考慮假人提前離位的因素，本文主要研究目的是研究無AEB和有AEB下假人未離位與離位的姿態(tài)對最終假人損傷的影響。

2 模型搭建

本文基于Madymo軟件以及主動人體模型（Active Human Model AHM）假人搭建駕駛員側(cè)約束系統(tǒng)仿真模型。

如圖1（a）所示，約束系統(tǒng)模型由AHM假人、安全帶、白車身、方向盤、轉(zhuǎn)向管柱、儀表板，座椅、風擋玻璃、地板、歇腳板、加速踏板各子模型集合而成。在Madymo中，各子模型之間通過轉(zhuǎn)動鉸、移動鉸建立互相之間的運動關(guān)系。

相對于madymo中其它多剛體假人，AHM假人為有限元假人且建有類似人體的精細皮膚、骨骼及肌肉，其頸部、腰部、手臂帶有肌肉性能，能夠在車輛制動以及碰撞時，通過力學性能曲線的控制對車輛給與的被動載荷產(chǎn)生跟真實人體更加相似的運動響應(yīng)。

如圖1（b）所示，模型計算時間一共1020ms。模型初速度設(shè)置為64km/h，0至344ms以64km/h的速度勻速行駛;344ms開始，AEB開始起作用以0.7g的減速度使車輛減速，至900ms減速至50km/h;900ms開始至1020ms模型加載真實的100%正面碰撞（FRB）工況下的實車波形，以模擬100%正面碰撞工況。該模型的整個計算過程復(fù)現(xiàn)了車輛以64km/h初速度行駛，AEB自動緊急制動系統(tǒng)啟動后，車輛速度從64km/h降低至50km/h發(fā)生100%正面碰撞的事故場景。

3 結(jié)果分析

3.1 碰撞前車輛AEB功能對假人運動姿態(tài)及損傷值的影響研究

0至344ms為車輛勻速運動階段，AEB未起作用，駕駛員與車輛一起勻速運動。如圖2（a）和（b）所示，駕駛員肩帶力、腹帶力及各部位損傷值均為零。

344ms至900ms，如果車輛配有AEB功能，車輛識別到前方障礙物且AEB功能開始啟動后，車輛進入緊急制動階段，以0.7g的減速度從64km/h減速至50km/h。由于慣性作用，駕駛員在車輛減速度的作用下會相對車輛向前運動。從圖2（c）至（f）可以看到，假人的頭部X向加速度、頭部X向位移、頸部剪切力Fx、胸部X向加速度、骨盆X向加速度急劇上升，也證明了假人的頭部、頸部、胸部、骨盆均有相對車輛的前傾運動。假人相對車輛向前運動時，安全帶會對駕駛員起到被動的約束作用阻止假人前傾。因為AEB的減速度相對較小，安全帶作用到假人胸部及腹部的肩帶力及腹帶力值相對輕微，至900ms時肩帶力達到100N，腰帶力達到50N。

340ms至900ms發(fā)生碰撞前，如果車輛未配備AEB自動緊急制動系統(tǒng)，車輛與假人之間沒有相對運動，一直保持勻速運動，安全帶與假人之間沒有約束作用。所以安全帶肩帶力及腰帶力以及各部位傷害值和位移均為零。

3.2 碰撞后AEB功能對假人運動姿態(tài)及損傷值的影響研究

344ms至1020ms，模型輸入AEB制動波形及100%正面碰撞的實車試驗碰撞波形，模擬車輛以0.7g的減速度從64km/h減速至50km/h初速度（344至900 ms）與剛性壁障發(fā)生100%正面碰撞（900至1020ms）的事故場景。

如果車輛未配備AEB沒有自動緊急制動功能，0至900 ms車輛一直以64km/h勻速運動，900ms至1020ms輸入實車碰撞波形，模擬車輛在前方有剛性障礙物但沒有自動緊急制動剎車以64km/h的原行駛速度與剛性壁障發(fā)生100%正面碰撞的事故場景。

如圖3（a）和（b）所示，發(fā)生碰撞后車輛是否有AEB功能對安全帶作用于假人胸部的肩帶力略有影響。配備AEB功能，在車輛發(fā)生碰撞后安全帶作用于假人胸部的肩帶力在碰撞前期大于未配備AEB功能的車輛。針對這兩種工況，對于安全帶作用在腹部的腰帶力卻影響不大。車輛前期是否配備AEB功能，對碰撞階段假人的損傷值與運動位移的影響差異顯著。如圖3（c）至（i）所示，如果在碰撞前車輛AEB自動緊急制動系統(tǒng)起作用，則駕駛員頭部X向加速度以及頸部剪切力Fx、頸部伸張力Fz、頸部彎矩My、胸部X向加速度、胸部壓縮量的增高均早于碰撞前車輛未配備AEB功能車輛駕駛員的損傷值，且對應(yīng)最高損傷值小于碰撞前車輛未配備AEB功能車輛駕駛員的損傷值。

如圖3（i）所示，兩種場景下的骨盆x向加速度差異不大，所以在發(fā)生100%正面碰撞時，碰撞前車輛是否配備AEB功能對假人的骨盆運動影響不大。

4 結(jié)論與展望

本文采用仿真手段，基于madymo軟件、AHM主動式人體模型以及約束系統(tǒng)子模型構(gòu)建駕駛員側(cè)約束系統(tǒng)模型，研究了碰撞前車輛是否配備AEB功能對碰撞前后假人的運動姿態(tài)以及損傷值的影響做探索研究。結(jié)果表明：

（1）如果車輛在碰撞前識別到前方障礙物，并且AEB啟動自動緊急制動功能，乘員假人的頭部、頸部、胸部、骨盆部位會相對車輛有一定的前傾運動，且此時安全帶會對假人起到一定的約束作用。

（2）車輛在配備AEB且在碰撞前AEB自動緊急制動功能啟動的情況下發(fā)生100%正面碰撞，駕駛員頭部、頸部、胸部的損傷值的增高均早于碰撞前車輛未配備AEB功能車輛駕駛員的損傷值，且最高損傷值小于碰撞前車輛未配備AEB功能車輛駕駛員的損傷值。對于骨盆部位則影響不大。

（3）本研究表明，由于碰撞前AEB啟用導(dǎo)致的假人離位不一定導(dǎo)致碰撞中假人損傷值的增加，也存在降低乘員損傷值的可能。

（4）由于AEB技術(shù)在車輛上的應(yīng)用逐漸廣泛，而當前車輛的約束系統(tǒng)設(shè)計一般是依據(jù)法規(guī)設(shè)定位置進行，未考慮到碰撞前車輛假人的離位。為使乘員在碰撞時保持標準位置阻止假人在AEB階段離位，帶有預(yù)預(yù)緊功能的主動式安全帶被應(yīng)用到車輛配置當中。主動式安全帶對碰撞后假人各部位損傷的影響值得進一步研究[1，3]。

參考文獻：

[1]商恩義，周大永，李月明，等.AEB制動下主動安全帶對乘員胸部損傷的影響[J].汽車零部件，2020（7）：23-27.

[2]劉偉東，楊佳璘，田威.基于AEB系統(tǒng)的假人離位損傷研究[C].2019中國汽車工程學會第四屆汽車測試技術(shù)年會論文集.

[3]Pipkorn B，Wass J.Pre-Crash Triggered Pretensioning of the Seat Belt for Improved Safety.2017.