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原文传递基于主动旋转座椅的乘员损伤防护技术研究

论文题名：	基于主动旋转座椅的乘员损伤防护技术研究
关键词：	乘员约束系统;旋转座椅;防护策略;主动控制卷收器
摘要：	乘员约束系统是碰撞发生后，降低乘员损伤风险最直接有效的防护措施。现有的乘员约束系统在碰撞防护方面取得了显著效果，极大降低了乘员在汽车碰撞事故中的伤亡率；但是传统的约束系统主要针对法规中端坐以及座椅朝前的乘员姿态进行防护，无法对非标准位置的乘员提供防护作用。通过文献研究发现，从传统驾驶向自动驾驶过渡期间，车辆内饰和座椅设计将会发生潜在的变化，如座椅的朝向、位置布置将会变得更加灵活多样。因此，厘清非标准座椅朝向下的乘员损伤风险，制定相应的乘员防护策略，可为未来乘员防护以及约束系统设计提供参考，具有重要的学术价值和实际工程意义。　　本文的主要研究目标是为减小非标准座椅朝向下的乘员损伤，探究非标准座椅朝向下乘员的运动学响应和损伤风险；搭建自动紧急制动（ Autonomous emergency braking，AEB）与旋转座椅耦合模型，通过乘员损伤指标分析，探究主动控制卷收器(Active Control Retractor，ACR)安全带和AEB对乘员损伤影响；进一步开展基于主动旋转座椅防护策略研究，并验证该防护策略的有效性。　　首先，本文以丰田Yaris为基础车辆，搭建正面碰撞和预碰撞乘员约束系统仿真模型，完成碰撞和预碰撞模型验证。碰撞阶段验证结果表明，仿真乘员姿态和试验姿态一致性较高，假人伤害指标的试验曲线与仿真曲线的峰值和时域总体吻合度较高，整体曲线峰值差异在10 %以内，说明该碰撞阶段约束系统模型具有一定的仿真精度。基于主动人体模型和志愿者试验数据，完成ACR安全带的搭建和预碰撞阶段模型的有效性验证，验证结果表明预碰撞模型具有一定的仿真精度可用于后续研究。　　第二，搭建五种典型座椅朝向下的正面100 %碰撞仿真模型，探究乘员运动学响应和损伤风险，完成安全的座椅朝向位置。参考高度自动化车辆座椅偏好研究成果，基于US-NCAP 56 km/h正面100 %碰撞法规，以45°为增量搭建五种典型座椅朝向下的正面碰撞仿真模型，分析乘员运动学响应和损伤。　　第三，基于非标准座椅朝向下的乘员损伤风险分析以及 ACR 安全带和 AEB 对乘员损伤的影响，完成主动旋转座椅防护策略的制定。基于预碰撞阶段响应时间，搭建THUMS旋转座椅模型，参考乘员耐受限度评价方法，探究安全的座椅旋转角速度。搭建普通和ACR安全带旋转座椅模型，探究ACR安全带的防护效果。分别建立有无AEB的旋转座椅模型，完成AEB与旋转耦合模型的防护效能分析。通过对比FRB工况原始非标准位置和应用AEB与旋转座椅耦合模型（碰撞波形一致）的乘员损伤指标，从而完成主动旋转座椅防护策略的制定。　　最后，搭建MPDB工况下的旋转座椅模型，通过乘员加权综合损伤指标WIC分析，完成主动旋转座椅策略防护效果的验证。基于 2021 版 C-NCAP 碰撞法规搭建MPDB工况下的有限元整车碰撞模型，提取有限元车身B柱六个方向的加速度波形，作为MPDB工况下原始位置的碰撞仿真边界条件。通过对比MPDB原始非标准位置和应用主动旋转座椅策略的乘员损伤指标，从而完成该防护策略的验证。　　综上所述，基于Yaris为基础车辆搭建FRB和MPDB工况下非标准座椅朝向下的仿真模型，分析结果表明90°与135°原始座椅朝向下乘员头颈部有撞到挡风玻璃或仪表板的风险，多处损伤指标超出阈值。将主动旋转座椅和ACR安全带与AEB结合，则能更好的防护乘员，但碰撞延迟时间会增加乘员损伤。本研究构建的主动旋转座椅策略，可有效降低乘员WIC值，减小非标准座椅朝向下的乘员损伤；最后该策略在MPDB工况上得到验证。
作者：	王聪伟
专业：	工程(车辆工程)
导师：	任立海;范体强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2023