基于乘员体型的车辆安全性研究

目前，对车辆安全性的评价多是通过试验验证其是否符合相关规定。进行相关试验则需要相关人体模型，车辆安全标准已经对各项测试所需要的人体模型作了规定，如Hybrid II和Hybrid III型人体模型被应用在模拟车辆正面碰撞的试验中；WorldSID型人体模型被应用在模拟车辆侧面碰撞的试验中；BioRID型人体模型被应用在模拟车辆后面碰撞的试验中。目前，借助于当代数学中的数值方法可以解决许多工程中的技术问题。许多工业领域应用虚拟样机技术开发新产品，进行虚拟测试。针对车辆安全性，可以利用虚拟技术建立碰撞测试中的虚拟人体模型，利用虚拟模型对安全装置进行优化。

利用数值模拟建立虚拟人体模型的方法主要有多体动力学建模和有限元建模2种。多体动力学建模所需要的计算时间较少，但精度较低；而有限元建模尽管花费的时间较多，但所建模型的精度较高，其建立的人体模型可以模拟碰撞发生过程中人体的受伤情况。研究人员将两种建模方法结合建立了VIRTHUMAN虚拟人体模型。以VIRTHUMAN虚拟人体模型为参考模型，以该参考模型为基础，依据给定的身高、体重、年龄和性别利用缩放算法建立相应的虚拟人体模型，并选择典型的虚拟人体模型进行滑道测试，验证其在车辆安全性上的应用。一般滑道测试使用的安全座椅或负荷情况均不同，本文则通过选取相同的试验条件对不同的虚拟人体模型进行测试，用以研究人体模型对滑道测试结果的影响。

对3个虚拟人体模型进行了相同的滑道测试，这3个虚拟人体模型的主要参数如下：13岁男孩的虚拟人体模型，模型身高156cm、体重50kg；47岁女性的虚拟人体模型，模型身高169cm、体重76kg；50岁男性的虚拟人体模型，模型身高177cm、体重75kg。对测试结果分析可知，所建立的缩放虚拟人体模型能够很好地代替滑道测试中所使用的人体模型。在滑道测试中，成年人虚拟人体模型头部、胸部和骨盆处的加速度值相差不大；成年男性虚拟人体模型安全带腰带处所受到的力是青少年虚拟人体模型所受力的2倍，肩带处所受到的力是其1.5倍。总的来说，身高越高、体重越重的模型在碰撞试验中安全带所承受的力越大，VIRTHUMAN虚拟人体模型是一个可扩展、重要的虚拟人体模型。

Ludek Hyncik et al. SAE 2015-26-0209.

编译：王祥