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基于驾驶员姿态识别的主被动一体化防护技术研究
| 论文题名： | 基于驾驶员姿态识别的主被动一体化防护技术研究 |
| 关键词： | 汽车约束系统;一体化防护;主动座椅;调整策略;驾驶员;姿态识别 |
| 摘要： | 随着自动驾驶技术的发展，驾驶员可以一定程度上从繁杂的驾驶任务中解放出来，乘坐姿态将呈现出多样性。有研究表明，人们期望未来自动驾驶车辆有较大的座椅倾斜角度来进行放松休息。乘坐姿态是影响约束系统防护效能的关键因素，传统约束系统可能不再适用于倾斜姿态。因此，倾斜座椅带来的乘员保护问题具有重要的研究意义。 基于以上背景，本文主要的研究目的是通过仿真分析探究驾驶员姿态对于碰撞损伤的影响、驾驶员膝关节角度对上躯干的影响；研究基于深度相机的驾驶员躯干角度识别算法；探究基于主动座椅调整策略的主被动一体化防护方法。 第一，开展不同姿态下的驾驶员损伤研究。基于 NHTSA的 Yaris车型构建了正面100%重叠刚性壁障碰撞约束系统模型，并通过与实验结果进行对标分析，验证模型的有效性。建立驾驶员不同姿态下的仿真模型，并对比分析了驾驶员的运动响应与损伤情况。结果表明，随着假人躯干角度增大，头颈腿部伤害显著增大。 第二，探究驾驶员不同膝关节角度对上躯干的影响。构建了两种座椅靠背情况下，驾驶员不同膝关节角度的仿真模型。从运动响应和损伤情况两个方面研究了不同的膝关节角度对上躯干的影响，结果表明膝关节角度的变化对上躯干的影响较小。 第三，基于深度相机识别驾驶员躯干角度。利用深度相机结合OpenPose算法获取三维表面关键点。基于三维表面关键点提取肩部和臀部点云轮廓，使用数学分析方法对三维表面关键点向人体体内偏移，最后利用三维坐标实现对躯干角度的识别。随后开展了志愿者试验，结果表明识别误差在5°以内。 最后，探究基于主动座椅调节的一体化防护方法。通过损伤阈值分析，制定主动座椅调节策略，对主动座椅调节和碰撞响应进行一体化仿真。根据分析结果，利用 modeFRONTIER 与 MADYMO 软件搭建的联合优化平台对主动座椅调节参数进行寻优，优化结果表明 WIC值有所下降。然后，搭建了预碰撞阶段座椅旋转模型，探究了座椅旋转角速度对头部的影响。 综上所述，驾驶员过大的躯干角度会严重影响约束系统的保护效果，同时会增加颈部与肩带相互作用的风险。综合考虑倾斜姿态的危险性和不同膝关节角度对上躯干的影响，以驾驶员躯干角度作为识别目标，识别算法能够较为准确地识别躯干角度。针对倾斜姿态，基于主动座椅调节的一体化防护方法能够在预碰撞阶段调整驾驶员姿态，降低碰撞损伤。 |
| 作者： | 陈浩 |
| 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 |
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