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主动式人体模型开发关键技术研究
主动安全系统AEB（Autonomous-Emergency-Braking）目前在车辆上的搭载率日益提升，主动刹车逐步成为日常驾驶过程中不可或缺的功能。当车辆识别到前方障碍物时，该系统会避免碰撞或者降低碰撞速度减轻伤害。该系统作用过程中，车内乘员的姿态受制动减速度、车速、驾驶员意识行为等多重因素影响。为探究AEB介入碰撞场景情况下车内乘员的行为姿态，工程院安全开发部开展了上百次真实人体道路试验，同时为开发符合实际情况的主动式人体有限元模型进行了深入研究。
图1 AEB介入下乘员离位姿态示意图
道路实验中，使用制动机器人模拟AEB制动减速度的输入，多传感器集成设备结合摄像头采集不同体征的志愿者离位响应以及肌电信号。对输出数据进行数学统计分析，研究了离位位移随影响因素变化的规律性以及个体化差异所带来的离散型变化。通过对各个部位的肌肉激活程度的参数标定和对比，发现下肢、中斜方肌、指伸肌在驾驶员无意识状态下激活特征更明显。这些实验数据和分析统计结果帮助我们深入理解主被动安全技术下乘员离位的真实情况，并为开发主动式人体有限元模型奠定基础。
图2 实验场地及设备
主动式人体有限元模型采用了被动有限元模型与主动控制模型耦合的方法，解决实际情况中骨骼肌等效问题。通过CT扫描获得层厚0.625mm人体图像，结合有限元方法构建高度仿生的人体肌肉被动有限元模型，通过输入实际采集的肌肉激活曲线结合PID控制策略，模拟肌肉收缩搭建主动控制模型，最后对耦合模型适用性进行对标验证，模型的头部、肩部、颈部的离位姿态均与实验数据高度吻合。
图3 主动式人体模型开发流程
目前工程院安全开发部成功构建了具有真实场景、样本丰富、多因素变量特征的预碰撞信息数据库，为主被动融合虚拟测评标定提供坚实可靠的数据来源。主动式人体模型的相关衍生技术已得到专利保护，目前团队具有成熟的开发主动式人体模型的能力，可以利用该技术开发不同体征、性别、年龄的主动式人体模型，同时具备开发不同部位的主动式子模型的技术能力。该技术的优势在于模型能够模拟真实的人体反应，从而更准确地评估车辆在不同碰撞场景下的安全性能，提供更加精准全面的车辆安全性能开发方案。
图4 主动式人体模型对标分析
主动式人体模型作为一种先进的开发工具，在汽车安全开发、航空安全研究、其他交通工具安全评估等多领域具有广泛的应用场景，在推动交通安全技术的革新上发挥着举足轻重的作用。随着科技的发展及新一轮的技术升级，主被动融合技术将在未来交通参与者事故场景中发挥更大的作用，为交通安全性能的提升提供强有力支持。
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