主動(dòng)安全系統AEB（Autonomous-Emergency-Braking）目前在車(chē)輛上的搭載率日益提升，主動(dòng)剎車(chē)逐步成為日常駕駛過(guò)程中不可或缺的功能。當車(chē)輛識別到前方障礙物時(shí)，該系統會(huì )避免碰撞或者降低碰撞速度減輕傷害。該系統作用過(guò)程中，車(chē)內乘員的姿態(tài)受制動(dòng)減速度、車(chē)速、駕駛員意識行為等多重因素影響。為探究AEB介入碰撞場(chǎng)景情況下車(chē)內乘員的行為姿態(tài)，工程院安全開(kāi)發(fā)部開(kāi)展了上百次真實(shí)人體道路試驗，同時(shí)為開(kāi)發(fā)符合實(shí)際情況的主動(dòng)式人體有限元模型進(jìn)行了深入研究。 

圖1  AEB介入下乘員離位姿態(tài)示意圖

道路實(shí)驗中，使用制動(dòng)機器人模擬AEB制動(dòng)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(jìn)行數學(xué)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(gè)體化差異所帶來(lái)的離散型變化。通過(guò)對各個(gè)部位的肌肉激活程度的參數標定和對比，發(fā)現下肢、中斜方肌、指伸肌在駕駛員無(wú)意識狀態(tài)下激活特征更明顯。這些實(shí)驗數據和分析統計結果幫助我們深入理解主被動(dòng)安全技術(shù)下乘員離位的真實(shí)情況，并為開(kāi)發(fā)主動(dòng)式人體有限元模型奠定基礎。

圖2  實(shí)驗場(chǎng)地及設備

主動(dòng)式人體有限元模型采用了被動(dòng)有限元模型與主動(dòng)控制模型耦合的方法，解決實(shí)際情況中骨骼肌等效問(wèn)題。通過(guò)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(dòng)有限元模型，通過(guò)輸入實(shí)際采集的肌肉激活曲線(xiàn)結合PID控制策略，模擬肌肉收縮搭建主動(dòng)控制模型，最后對耦合模型適用性進(jìn)行對標驗證，模型的頭部、肩部、頸部的離位姿態(tài)均與實(shí)驗數據高度吻合。

圖3  主動(dòng)式人體模型開(kāi)發(fā)流程

目前工程院安全開(kāi)發(fā)部成功構建了具有真實(shí)場(chǎng)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(dòng)融合虛擬測評標定提供堅實(shí)可靠的數據來(lái)源。主動(dòng)式人體模型的相關(guān)衍生技術(shù)已得到專(zhuān)利保護，目前團隊具有成熟的開(kāi)發(fā)主動(dòng)式人體模型的能力，可以利用該技術(shù)開(kāi)發(fā)不同體征、性別、年齡的主動(dòng)式人體模型，同時(shí)具備開(kāi)發(fā)不同部位的主動(dòng)式子模型的技術(shù)能力。該技術(shù)的優(yōu)勢在于模型能夠模擬真實(shí)的人體反應，從而更準確地評估車(chē)輛在不同碰撞場(chǎng)景下的安全性能，提供更加精準全面的車(chē)輛安全性能開(kāi)發(fā)方案。

圖4  主動(dòng)式人體模型對標分析

主動(dòng)式人體模型作為一種先進(jìn)的開(kāi)發(fā)工具，在汽車(chē)安全開(kāi)發(fā)、航空安全研究、其他交通工具安全評估等多領(lǐng)域具有廣泛的應用場(chǎng)景，在推動(dòng)交通安全技術(shù)的革新上發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用。隨著(zhù)科技的發(fā)展及新一輪的技術(shù)升級，主被動(dòng)融合技術(shù)將在未來(lái)交通參與者事故場(chǎng)景中發(fā)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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