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自動駕駛車輛乘員安全

2019-10-22 22:45:46·  來源：Humanetics  
　
近年來，自動駕駛車輛(AV)技術(shù)在飛速發(fā)展。然而，盡管OEM和AV軟件公司在測試其技術(shù)時記錄了所有里程，但仍會發(fā)生事故，而且會繼續(xù)發(fā)生。在未來幾十年，未來AV將
近年來，自動駕駛車輛(AV)技術(shù)在飛速發(fā)展。然而，盡管OEM和AV軟件公司在測試其技術(shù)時記錄了所有里程，但仍會發(fā)生事故，而且會繼續(xù)發(fā)生。在未來幾十年，未來AV將與傳統(tǒng)汽車共享道路，所以尤其會如此。要讓自動駕駛汽車能夠比“普通"駕駛員更安全地駕駛，并且能夠在碰撞中保護乘員，還有許多工作要做。
 
完全自動駕駛車輛將取消人手駕駛工作。這為OEM和一級供應商提供了開發(fā)新型座椅的機會，最終目標是改善乘坐舒適性和乘客之間的社交互動。AV概念車已經(jīng)探索了完全不同的座椅配置，例如前排座椅朝向后方的休息室風格設置，對角線交叉排設座椅，以及增加座椅靠背傾斜角度，從而能更輕松地乘坐。這些創(chuàng)新座椅位置在乘員保護方面提出了獨特的挑戰(zhàn)。
 
過去65年里開發(fā)了多種擬人試驗裝置(ATD)，而且在不斷發(fā)展變化，用于評估車輛約束系統(tǒng)的效用。這些ATD設計用于再現(xiàn)標準乘員座椅姿勢，座椅靠背角度為25°，座椅底板角度約為14.5°。
 
目前的安全法規(guī)沒有涉及斜躺座椅姿勢，到目前為止在假人設計中也沒有考慮。沒有現(xiàn)成的ATD可以配置來精確再現(xiàn)斜躺座椅中的乘員。
 
如今，乘員約束系統(tǒng)技術(shù)是針對前向座椅和標準直坐姿勢開發(fā)的。其他情況，例如斜躺式座椅.傾斜式座椅和后向座椅尚未在高速碰撞試驗中考慮或評估。必須徹底重新檢查這類座椅配置的約束系統(tǒng)，評估在這種情況下的安全保護。
 
乘員下潛可導致嚴重的骨盆和腹部損傷，例如骨折和內(nèi)臟器官撕裂。乘客在斜躺位時更有可能下潛，大幅增加了產(chǎn)生這些傷害的風險。因此，改進假人與下潛相關(guān)的生物保真度是自動駕駛車輛約束系統(tǒng)開發(fā)過程中要首先考慮的問題。
Humanetics已經(jīng)發(fā)起了一項針對碰撞試驗修改現(xiàn)有ATD設計的計劃。最新的第50百分位THOR ATD(THOR-50M)經(jīng)過重新設計，因此在斜的體位時可以輕松定位。還進行了改進，以改善在這些復雜的座椅場景中頸部扭轉(zhuǎn)生物保真度、上軀干運動學特性和下潛行為。所開發(fā)的型號是THOR-AV 50M ATD。
 
THOR-AV50M配有全新的頸部，改變了曲率，與現(xiàn)有ATD中使用的直頸設計相比，更能代表人類。還增加了扭轉(zhuǎn)元件，以提高其生物保真度。重新設計了上胸椎，為斜躺姿勢的定位提供必要的調(diào)整，并且設計了具有較大彎曲能力，更具代表性的腰椎，改善了上軀干運動學特性以及下潛響應。

最近一項研究中的人體測量數(shù)據(jù)用于骨盆形狀的設計，未壓縮骨盆肌肉的幾何形狀用先前Humanetics項目中使用的技術(shù)生成。此外，通過改進機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了肉和骨之間更其代表性的耦合。新開發(fā)的腹部更耐用，符合UMTRI(密歇根大學交通研究所)機動車乘員人體測量學，配有集成的壓力傳感器，可提供額外的壓力測量，從而可預測下潛和腹部損傷。
 
THOR-AV 50M有限元模型與實體ATD同時開發(fā)，并協(xié)同使用，幫助設計硬件和模型。尤其是，根據(jù)生物保真度要求，用FE模型優(yōu)化了頸部設計。在計算機模擬中對正面碰撞、側(cè)面碰撞和扭轉(zhuǎn)都進行了模擬，以優(yōu)化綜合生物保真度。THOR-AV50M的FE模型可配置為25°，45°和60°座椅靠背角度，現(xiàn)在可供用戶分析正常和斜躺座椅姿勢的約束系統(tǒng)。該模型將在不久的將來與生物逼真數(shù)據(jù)以及開發(fā)的ATD硬件一起進行進一步驗證，并發(fā)布。
 
經(jīng)過專業(yè)工程團隊與主要相關(guān)行業(yè)合作開展的為期18個月的開發(fā)后，第一個THOR-AV50M樣品于2019年5月中旬組裝完成，此后一直在進行一系列生物保真度評估測試。初步頸部生物保真度測試的綜合得分小于2.0,根據(jù)NHTSA的生物保真度分級(BioRank)系統(tǒng)，其對應

上圖:斜躺座椅(增加了下潛風險)預計在自動駕駛汽車中更為常見
 
左圖:Humanetics預計將在兩年內(nèi)完成新型生物保真假人，用于進行消費者評級測試和監(jiān)管評估
 
于"良好"，該分級系統(tǒng)中，得分越低，生物保真度越高。方向盤和剛性桿沖擊腹部測試也達到了對應于"良好”的BioRank分數(shù)?？捎媒缬虻纳锉Ｕ娑葴y試預計將于今年7月完成。
 
與此同時，NHTSA于2018年秋季啟動了AV乘員安全生物力學研究項目。該項目的重點是研究前向、后向和斜躺式座椅靠背配置中的乘員響應。該研究還擴展到弱勢乘員，如小體格女性、肥胖者和老年人。
 
PMHS(死后人類受試者，Post Mortem Human Subjects)試驗將在這些配置中進行，從而更好地理解運動學和損傷機制。由該研究項目將獲得生物力學響應界域，可用作開發(fā)用于AV約束系統(tǒng)測試的適用ATD的指南。
 
在接下來的幾個月里，THOR-AV50M將按照上述NHTSA PMHS研究項目中確定的測試條件測試。
 
假人的BioRank評分將根據(jù)PMHS研究項目開發(fā)的界域計算得出。必要時，將對假人進行設計改進，從而實現(xiàn)令人滿意的生物保真度。 
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