碰撞假人研发现状及未来

作者:马璞 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2018-08-21
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智能交通系统和网联汽车已经成为交通发展的一个重要方向,未来智能交通技术和自动驾驶技术会大大降低人为失误引发的事故,但是整体交通事故发生率最终会降低到什么程度目前尚难预测。面向复杂交通工况并结合智能技术,碰撞假人的研发工作也将更复杂,同时也更加有意义。

在近20年的汽车行业发展中, 中国所用的很多汽车标准几乎都来自欧美,最近几年才开始考虑制定符合中国国情的法规及标准。特别是在实际的道路事故安全法规中,虽然现实中已有非常多的标准,但按照试验室标准工况设计的法规并不能全部覆盖道路上真实发生的情况。另外,中国的交通状况和欧美国家十分不同,我们不仅是汽车大国,同时,我们也是自行车和行人大国,因此中国的碰撞假人研发是亟待急速前进的。近期,AI《汽车制造业》记者专门采访了清华大学汽车工程系周青博士,一同探寻目前中国碰撞假人的研发现状和未来。

碰撞假人特点及发展情况
周青博士首先要提到的一点是,国内目前市面上大部分假人主要代表成年男性和小身材的女性,非标准身材的人群、普通身材的女性、儿童和老年人的代表性不够。举个例子,女性的颈部较长,儿童的头部相对较大,老年人的骨骼更容易发生骨折,在碰撞中都很难受到应有的保护。而未来随着智能汽车的发展,在汽车内饰的环境里有可能就没有驾驶人了,那么人的坐姿和朝向都会发生改变,到底该怎么安装保护装置?未来的碰撞接触模式又是什么样的?由此导致的碰撞模式和当下又会有怎样差别?这些都是碰撞假人的研发需要思考的问题。
中国南北方地理分布不同,交通状况也不尽相同,同时人口年龄分布、人体体型尺寸和生物力学特点差别也很大,因此面向中国的自主碰撞安全法规是十分必须的,标准制定方面的研发有利于自主技术的提升。当有了更为适合中国国情的安全法规,欧美体系的碰撞安全法规也可逐渐替换。
其次是我国相关数据积累不够。在碰撞安全领域里,随着我国交通联网的高速发展,大部分的道路都具备非常多的摄像头,所以在路上发生事故时,比较容易获得事故的情形和数据,依据车内外摄像头的数据,我们能够比10年前更加容易地重建事故场景,便于研究。另外,在开展仿真模型分析时,我们已经具备高水平的研发团队和拥有顶级技术的企业,双方配合工作,能够较30年之前更准确地分析事故的发生情况。但目前,我国所收集的真实案例数据还不够多,只是在几年之前,中国汽车技术研究中心才开始开展类似欧洲国家的深层次事故数据采集和分析,但数据的积累是需要时间的,目前中国在这方面的数据还不足,因此,缺乏数据也是碰撞假人研发中的一个问题。
“中国的道路交通事故特点、统计数据、涉及对象、碰撞速度和人体损伤情况都亟待积累和补充,要充分利用道路监控和车载摄像头及车辆模型和人体模型准确重建事故工况,给中国体征假人的设计和应用提供充足和真实的数据,这样对碰撞假人的研发将更有帮助。”周青博士说道。

碰撞假人研发现状
国内外碰撞假人研发的历史初期阶段时,首先是数据的积累,例如人体体型尺寸和质量分布的测绘、人体各部位的冲击力学特性的数据收集、人体内部骨骼和软组织器官扫描等,以此来获得人体各部位材料的力学性能数据,之后建立基准模型,并进行假人制作、缩放等工作。而在当下的研发趋势下,研发又增加了事故仿真重建以及数据计算仿真途径。
欧美国家是从20世纪60年代前后开始开展碰撞假人研发的,在60年代仅靠试验和设计推出了Hybrid假人;在90年代,第一版THOR假人面世,当时模型滞后硬件半拍;今后研发中国体征假人的话,仿真计算和模型应超前硬件设计一拍。
目前,我国碰撞假人的研究在不断深入,在当下的研究中,新研发的假人应面向实际道路交通事故工况并具有真实人体损伤特性,同时,也应在多样化人体和复杂工况之下能够区分体型尺寸,适用不同年龄、不同碰撞速度和模式,并与智能碰撞保护技术和需求接轨,如具备自适应功能、能应用于自动驾驶环境等。
未来新研发的假人和现有的假人产品还应具有一定的兼容性、衔接性和可置换性。据介绍,清华大学研发的适合多方向碰撞的胸部模块就可置换进Hybrid III 假人。

清华大学碰撞假人肢体研发
近年来,行人与汽车碰撞安全研究越来越成为关注焦点,然而针对行人下肢安全保护,欧洲法规中使用的二自由度膝关节下肢模块不能完全反映行人下肢在复杂碰撞工况下的响应特性。周青博士带领的清华大学团队研发了一种具有四自由度膝关节的行人下肢模块(图1),它能够更真实地反映行人下肢在碰撞中的响应。设计过程的难点是如何在有限空间内实现4个运动自由度,并布置相应的测量器件。此外,该模块膝关节各自由度刚度特性的实现采用了可恢复变形的元件,故在使用上比采用损耗部件的标准二自由度下肢模块更为方便,最后还制作出了该四自由度行人下肢模块的原理样机。
中国也将很快进入老龄化社会,而人体胸部碰撞损伤容限随年龄增长具有显著的递减特性,对此,清华大学团队还研发了适合多方向碰撞和局部变形的假人胸部结构,能够为碰撞假人试验带来更多的帮助(图2)。

图1  具有4自由度膝关节的行人下肢模块

图1  具有4自由度膝关节的行人下肢模块

 

图2  适合多方向碰撞和局部变形的假人胸部结构

图2  适合多方向碰撞和局部变形的假人胸部结构

 

未来智能交通下的乘员碰撞保护
面对未来智能交通下的乘员碰撞保护问题,我们需要思考几个问题:在智能交通形式下引发碰撞事故的新诱因可能是什么?新型碰撞事故形式的场景以及与目前的事故情形有何不同之处,如何借助智能交通系统和网联汽车技术的发展来提升现有汽车行驶环境和驾驶模式下的乘员碰撞保护水平?
周青博士说道:“我们认为,尽管未来智能交通环境下可能出现很多新的乘员碰撞保护挑战,但同时也给乘员碰撞保护带来了机遇。比如,未来智能交通中的队列行车模式可能会提高多车连环高速碰撞事故发生的比例,自动驾驶车辆中很可能出现的多样化的乘坐姿态,给乘员碰撞保护带来新问题,但同时,乘员保护系统也将更加智能化,智能化的、对工况自适应的汽车碰撞保护技术作为智能网联汽车的最后安全防线,其角色将更加重要。”  

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