AEB制动对碰撞事故中假人运动姿态及损伤程度的影响研究

郑艳婷　李梦琦　郭庆祥

摘 要：隨着汽车安全性能要求越来越高，自动紧急制动系统（Autonomous Emergency Braking，AEB）等主动安全配置在汽车上应用越来越广泛。本文针对碰撞前车辆AEB功能的启用对汽车被动安全阶段（100%正面碰撞，FRB）假人离位及损伤可能产生的影响进行探索研究。研究结果表明：AEB启动自动紧急制动功能，乘员假人的头部、颈部、胸部、骨盆部位会相对车辆有一定的前倾运动。并且车辆AEB自动紧急制动功能启动的情况下发生100%正面碰撞，驾驶员损伤值的增高均早于碰撞前车辆未配备AEB功能车辆驾驶员的损伤值，且最高损伤值小于碰撞前车辆未配备AEB功能车辆驾驶员的损伤值，对于骨盆部位则影响不大。碰撞前AEB自动紧急制动系统功能的启用会导致假人有一定的前倾离位，但不一定导致碰撞后假人损伤最高值的增大。

关键词：自动紧急制动系统 乘员离位 乘员损伤

1 前言

随着汽车安全性能的要求越来越高，自动紧急制动系统（Autonomous Emergency Braking，AEB）以及主动式安全带等主动安全配置在汽车上的应用越来越广泛。AEB是汽车在碰撞前避免或减轻碰撞事故的技术，系统能在汽车发生碰撞前检测到前方障碍物并以图像或者声音的形式提醒驾驶员，当车辆与障碍物的距离超过临界值之后，系统便会启动自动紧急刹车系统规避或者减轻碰撞事故的严重程度[1，2]。因为AEB会造成碰撞事故前假人的离位，而目前的车辆的约束系统设计一般不会考虑假人提前离位的因素，本文主要研究目的是研究无AEB和有AEB下假人未离位与离位的姿态对最终假人损伤的影响。

2 模型搭建

本文基于Madymo软件以及主动人体模型（Active Human Model AHM）假人搭建驾驶员侧约束系统仿真模型。

如图1（a）所示，约束系统模型由AHM假人、安全带、白车身、方向盘、转向管柱、仪表板，座椅、风挡玻璃、地板、歇脚板、加速踏板各子模型集合而成。在Madymo中，各子模型之间通过转动铰、移动铰建立互相之间的运动关系。

相对于madymo中其它多刚体假人，AHM假人为有限元假人且建有类似人体的精细皮肤、骨骼及肌肉，其颈部、腰部、手臂带有肌肉性能，能够在车辆制动以及碰撞时，通过力学性能曲线的控制对车辆给与的被动载荷产生跟真实人体更加相似的运动响应。

如图1（b）所示，模型计算时间一共1020ms。模型初速度设置为64km/h，0至344ms以64km/h的速度匀速行驶;344ms开始，AEB开始起作用以0.7g的减速度使车辆减速，至900ms减速至50km/h;900ms开始至1020ms模型加载真实的100%正面碰撞（FRB）工况下的实车波形，以模拟100%正面碰撞工况。该模型的整个计算过程复现了车辆以64km/h初速度行驶，AEB自动紧急制动系统启动后，车辆速度从64km/h降低至50km/h发生100%正面碰撞的事故场景。

3 结果分析

3.1 碰撞前车辆AEB功能对假人运动姿态及损伤值的影响研究

0至344ms为车辆匀速运动阶段，AEB未起作用，驾驶员与车辆一起匀速运动。如图2（a）和（b）所示，驾驶员肩带力、腹带力及各部位损伤值均为零。

344ms至900ms，如果车辆配有AEB功能，车辆识别到前方障碍物且AEB功能开始启动后，车辆进入紧急制动阶段，以0.7g的减速度从64km/h减速至50km/h。由于惯性作用，驾驶员在车辆减速度的作用下会相对车辆向前运动。从图2（c）至（f）可以看到，假人的头部X向加速度、头部X向位移、颈部剪切力Fx、胸部X向加速度、骨盆X向加速度急剧上升，也证明了假人的头部、颈部、胸部、骨盆均有相对车辆的前倾运动。假人相对车辆向前运动时，安全带会对驾驶员起到被动的约束作用阻止假人前倾。因为AEB的减速度相对较小，安全带作用到假人胸部及腹部的肩带力及腹带力值相对轻微，至900ms时肩带力达到100N，腰带力达到50N。

340ms至900ms发生碰撞前，如果车辆未配备AEB自动紧急制动系统，车辆与假人之间没有相对运动，一直保持匀速运动，安全带与假人之间没有约束作用。所以安全带肩带力及腰带力以及各部位伤害值和位移均为零。

3.2 碰撞后AEB功能对假人运动姿态及损伤值的影响研究

344ms至1020ms，模型输入AEB制动波形及100%正面碰撞的实车试验碰撞波形，模拟车辆以0.7g的减速度从64km/h减速至50km/h初速度（344至900 ms）与刚性壁障发生100%正面碰撞（900至1020ms）的事故场景。

如果车辆未配备AEB没有自动紧急制动功能，0至900 ms车辆一直以64km/h匀速运动，900ms至1020ms输入实车碰撞波形，模拟车辆在前方有刚性障碍物但没有自动紧急制动刹车以64km/h的原行驶速度与刚性壁障发生100%正面碰撞的事故场景。

如图3（a）和（b）所示，发生碰撞后车辆是否有AEB功能对安全带作用于假人胸部的肩带力略有影响。配备AEB功能，在车辆发生碰撞后安全带作用于假人胸部的肩带力在碰撞前期大于未配备AEB功能的车辆。针对这两种工况，对于安全带作用在腹部的腰带力却影响不大。车辆前期是否配备AEB功能，对碰撞阶段假人的损伤值与运动位移的影响差异显著。如图3（c）至（i）所示，如果在碰撞前车辆AEB自动紧急制动系统起作用，则驾驶员头部X向加速度以及颈部剪切力Fx、颈部伸张力Fz、颈部弯矩My、胸部X向加速度、胸部压缩量的增高均早于碰撞前车辆未配备AEB功能车辆驾驶员的损伤值，且对应最高损伤值小于碰撞前车辆未配备AEB功能车辆驾驶员的损伤值。

如图3（i）所示，两种场景下的骨盆x向加速度差异不大，所以在发生100%正面碰撞时，碰撞前车辆是否配备AEB功能对假人的骨盆运动影响不大。

4 结论与展望

本文采用仿真手段，基于madymo软件、AHM主动式人体模型以及约束系统子模型构建驾驶员侧约束系统模型，研究了碰撞前车辆是否配备AEB功能对碰撞前后假人的运动姿态以及损伤值的影响做探索研究。结果表明：

（1）如果车辆在碰撞前识别到前方障碍物，并且AEB启动自动紧急制动功能，乘员假人的头部、颈部、胸部、骨盆部位会相对车辆有一定的前倾运动，且此时安全带会对假人起到一定的约束作用。

（2）车辆在配备AEB且在碰撞前AEB自动紧急制动功能启动的情况下发生100%正面碰撞，驾驶员头部、颈部、胸部的损伤值的增高均早于碰撞前车辆未配备AEB功能车辆驾驶员的损伤值，且最高损伤值小于碰撞前车辆未配备AEB功能车辆驾驶员的损伤值。对于骨盆部位则影响不大。

（3）本研究表明，由于碰撞前AEB启用导致的假人离位不一定导致碰撞中假人损伤值的增加，也存在降低乘员损伤值的可能。

（4）由于AEB技术在车辆上的应用逐渐广泛，而当前车辆的约束系统设计一般是依据法规设定位置进行，未考虑到碰撞前车辆假人的离位。为使乘员在碰撞时保持标准位置阻止假人在AEB阶段离位，带有预预紧功能的主动式安全带被应用到车辆配置当中。主动式安全带对碰撞后假人各部位损伤的影响值得进一步研究[1，3]。

参考文献：

[1]商恩义，周大永，李月明，等.AEB制动下主动安全带对乘员胸部损伤的影响[J].汽车零部件，2020（7）：23-27.

[2]刘伟东，杨佳璘，田威.基于AEB系统的假人离位损伤研究[C].2019中国汽车工程学会第四届汽车测试技术年会论文集.

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