崔 東，祁志楠，張 慧

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

前言

被動(dòng)安全技術(shù)通過優(yōu)化車身碰撞結(jié)構(gòu)和匹配良好的乘員約束系統(tǒng)，能最大限度地降低車輛碰撞中的乘員傷害。隨著汽車安全技術(shù)的不斷進(jìn)步，以自動(dòng)緊急制動(dòng)（autonomous emergence braking，AEB）為代表的主動(dòng)安全技術(shù)得到廣泛的推廣和應(yīng)用，更好地避免了碰撞事故的發(fā)生。德國聯(lián)邦交通研究所的研究表明，70%的交通事故可通過先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（advanced driver systems，ADAS）來避免［1］，根據(jù)E-NCAP測試統(tǒng)計(jì)，AEB系統(tǒng)可以降低27%的交通事故［2］。

主動(dòng)安全系統(tǒng)雖然能避免一定碰撞事故的發(fā)生，但是卻無法避免全部碰撞事故。主動(dòng)安全系統(tǒng)的介入，會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)乘員和車輛姿態(tài)的變化，例如在AEB制動(dòng)后，車內(nèi)乘員由于慣性作用而前傾，造成與轉(zhuǎn)向盤、儀表板的距離減小，若此時(shí)發(fā)生碰撞事故，則可能造成正常匹配的安全氣囊不能提供對(duì)于乘員的最有效保護(hù)。因此，須研究AEB制動(dòng)后的乘員姿態(tài)變化規(guī)律，以及乘員姿態(tài)變化后被動(dòng)安全系統(tǒng)如何提供更加有效的保護(hù)，從而形成主被動(dòng)安全一體化的開發(fā)策略。

目前AEB制動(dòng)后的乘員運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的采集方法主要有兩種，一種是利用假人模型和試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行，該方法應(yīng)用能模擬AEB制動(dòng)過程的臺(tái)車試驗(yàn)設(shè)備和物理假人進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過物理假人軀干的標(biāo)記點(diǎn)來記錄假人的運(yùn)動(dòng)情況［3］。相關(guān)研究結(jié)果表明，利用物理假人模型測試得到的關(guān)鍵部位的位移量比真實(shí)人體減少了46%［4］，且相關(guān)文獻(xiàn)指出，真實(shí)人體在制動(dòng)階段肌肉會(huì)有明顯反應(yīng)，將影響后期人體的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)［5-9］。可見利用假人模型采集乘員的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)存在一定的局限性。

另一種是通過志愿者實(shí)車試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。Kim等通過志愿者實(shí)車試驗(yàn)進(jìn)行了AEB制動(dòng)下的人體姿態(tài)采集，然后通過視頻分析軟件進(jìn)行乘員的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)分析［10］。通過志愿者實(shí)車試驗(yàn)的方法能更精準(zhǔn)地采集AEB制動(dòng)過程中車內(nèi)乘員的運(yùn)動(dòng)過程。

本文中通過志愿者實(shí)車試驗(yàn)采集了AEB系統(tǒng)制動(dòng)下的駕駛員姿態(tài)變化情況。應(yīng)用視頻分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理，得出了駕駛員在不同試驗(yàn)速度、不同制動(dòng)減速度下的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化規(guī)律。在試驗(yàn)過程中通過駕駛機(jī)器人來模擬AEB制動(dòng)效果，進(jìn)一步提高試驗(yàn)精度和一致性。最后通過仿真，分析了駕駛員姿態(tài)變化后的碰撞損傷變化情況，為主、被動(dòng)安全一體化技術(shù)的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 AEB制動(dòng)下駕駛員姿態(tài)研究

1.1 AEB制動(dòng)下志愿者實(shí)車試驗(yàn)

本次試驗(yàn)選取一款中型SUV，軸距為2 865 mm，試驗(yàn)前在車上安裝駕駛機(jī)器人，通過駕駛機(jī)器人控制踏板行程及制動(dòng)動(dòng)作，模擬AEB制動(dòng)下的制動(dòng)效果，如圖1所示。同時(shí)在車上布置多個(gè)高清車載攝像機(jī)用于記錄駕駛員的運(yùn)動(dòng)過程。

圖1 駕駛機(jī)器人安裝示意圖

在A柱、側(cè)風(fēng)窗、駕駛員左側(cè)門框和志愿者的頭部和肩部質(zhì)心位置粘貼標(biāo)記點(diǎn)，便于在視頻軟件中識(shí)別和定位，如圖2所示。為便于后期與仿真模型對(duì)標(biāo)，測量志愿者處于正常駕駛位置時(shí)的乘員空間距離，如表1所示。表中表示的是點(diǎn)到點(diǎn)的距離。

教學(xué)風(fēng)格指教師教學(xué)活動(dòng)的特色，是教師的教學(xué)思想、個(gè)性特點(diǎn)、教學(xué)技巧在教育過程中獨(dú)特、和諧的結(jié)合與表現(xiàn)。教學(xué)風(fēng)格的形成是教師在教學(xué)藝術(shù)上趨于成熟的標(biāo)志。教師的教學(xué)風(fēng)格是建立在豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)之上的，同時(shí)它還要求教師在教學(xué)中體現(xiàn)出與眾不同的教學(xué)個(gè)性和對(duì)教學(xué)藝術(shù)的不斷追求，一般而言，教學(xué)資歷較長的教師更容易形成獨(dú)特、穩(wěn)定的教學(xué)風(fēng)格。教學(xué)風(fēng)格是教師經(jīng)過長期教育教學(xué)實(shí)踐而形成的符合自身個(gè)性的教學(xué)藝術(shù)[11]。它是區(qū)別不同教師的鮮明特性，也是教師實(shí)踐性知識(shí)最具個(gè)性、最顯性的表征形式。

圖2 乘員艙與志愿者粘貼標(biāo)記

表1 志愿者駕駛員空間距離 mm

為更準(zhǔn)確地分析AEB制動(dòng)下乘員姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本更加豐富，設(shè)計(jì)了6組不同速度、不同制動(dòng)減速度（0.3g、0.5g和0.9g）的試驗(yàn)矩陣，如表2所示。各速度分組中的前一個(gè)速度代表AEB制動(dòng)初速度，后一個(gè)速度代表AEB制動(dòng)后的末速度，它用于后期研究車輛碰撞人體損傷的車輛碰撞速度。該試驗(yàn)矩陣全面覆蓋了高速、中速和低速的多種工況。

1.2 駕駛員運(yùn)動(dòng)姿態(tài)分析

在后期數(shù)據(jù)處理過程中，利用視頻分析軟件的路徑追蹤功能分別識(shí)別頭部和肩部的粘貼標(biāo)記，可輸出標(biāo)記點(diǎn)軌跡的時(shí)間歷程曲線。以試驗(yàn)速度為“50-40 km/h”、制動(dòng)減速度為0.9g的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，分別對(duì)志愿者的頭部和肩部的X向進(jìn)行路徑運(yùn)動(dòng)軌跡識(shí)別，處理結(jié)果如圖4所示。由圖可見，志愿者的頭部和肩部的位移均呈先逐漸增大、達(dá)到峰值后稍有減小的趨勢(shì)。

圖3 駕駛員運(yùn)動(dòng)姿態(tài)

根據(jù)AEB試驗(yàn)矩陣，共采集了24組駕駛員運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，應(yīng)用視頻分析軟件分別對(duì)其進(jìn)行分析，如圖3所示。其中1和2分別為志愿者的肩部（標(biāo)記點(diǎn)）和頭部（標(biāo)記點(diǎn)）的初始位置；3和4分別為AEB制動(dòng)后志愿者肩部和頭部的位置，圖中兩條曲線分別表示志愿者頭部和肩部的運(yùn)動(dòng)軌跡。

同理，通過視頻分析軟件處理志愿者在其它試驗(yàn)中的頭部和肩部的運(yùn)動(dòng)軌跡，得到試驗(yàn)矩陣中駕駛員頭部和肩部的位移最大變化量，如表3和表4所示。

表3 志愿者頭部位移量

表4 志愿者肩部位移量

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育是以現(xiàn)代教育技術(shù)為支撐，將信息技術(shù)和現(xiàn)代教育思想有機(jī)結(jié)合的一種新型教育方式，依靠其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及教學(xué)對(duì)象的開放性、教育技術(shù)的先進(jìn)性、學(xué)習(xí)方式的自主性與獲取資源的靈活性等優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)代教育體系中不可或缺的組成部分[3]。現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育環(huán)境下課程文化的主要內(nèi)涵及特色集中體現(xiàn)在課程目標(biāo)的確立、課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)以及課程的實(shí)施三個(gè)層面上。

如學(xué)習(xí)電場時(shí)用重力場類比教學(xué)更利于學(xué)生內(nèi)化知識(shí)，又如力的平行四邊形法則驗(yàn)證比探究效果更好，但在《摩擦力》一節(jié)可設(shè)計(jì)“探究摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)”這一課題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已學(xué)過的物理知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)問題進(jìn)行科學(xué)猜想，鼓勵(lì)大膽提出假設(shè)，開展討論，分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，包括選用實(shí)驗(yàn)器材、物理量的測量、具體如何操作等。

圖5 駕駛員頭部位移趨勢(shì)圖

圖6 駕駛員肩部位移趨勢(shì)圖

對(duì)比分析兩駕駛員頭部和胸部的損傷情況，其中頭部對(duì)顱骨等效應(yīng)力和顱腦壓力進(jìn)行評(píng)估，胸部對(duì)肋骨應(yīng)變和內(nèi)臟壓力進(jìn)行評(píng)估，詳細(xì)的駕駛員傷害對(duì)比如表6所示。

一般情況下選用P>0.05，P<0.05或P<0.01 3種方式表達(dá)，無須細(xì)分為P<0.001或P<0.0001。當(dāng)P<0.05或P<0.01，均寫為組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并寫明所用統(tǒng)計(jì)分析方法的具體名稱，統(tǒng)計(jì)量的具體值。如成組設(shè)計(jì)資料的t檢驗(yàn)、方差分析、q檢驗(yàn)等。統(tǒng)計(jì)量的具體值，如t=2.10，F(xiàn)=8.78等。涉及到具體參數(shù)時(shí)給出95%可信區(qū)間。文中“差異有顯著性”“差異無顯著性”等均寫為“差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義”“差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義”。差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義時(shí)，其后標(biāo)明P值，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義則不寫P值。標(biāo)準(zhǔn)寫法：差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05或P<0.01)；P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 駕駛員碰撞傷害研究

由表6可見，AEB制動(dòng)后發(fā)生正撞情況下，駕駛員的頭部和胸部的傷害均出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，其中顱骨的損傷風(fēng)險(xiǎn)增加了51%，顱腦的損傷風(fēng)險(xiǎn)增加了81%，肋骨的損傷風(fēng)險(xiǎn)增加183%，內(nèi)臟的損傷風(fēng)險(xiǎn)增加了42%。綜上分析，由于AEB制動(dòng)后駕駛員發(fā)生前傾，減小了其與轉(zhuǎn)向盤等的距離，現(xiàn)有的安全氣囊和安全帶的標(biāo)定策略已不能滿足該工況要求。

2.1 約束系統(tǒng)模型的建立

THUMS人體模型是由豐田公司開發(fā)的人體有限元生物力學(xué)模型，相比傳統(tǒng)分析用Hybrid III模型，能更準(zhǔn)確地分析人體各部位的損傷情況［11］。針對(duì)AEB制動(dòng)后的駕駛員姿態(tài)，選取制動(dòng)減速度為0.5g，試驗(yàn)速度為“50-40 km/h”的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為樣本，通過THUMS姿態(tài)調(diào)整工具輸出AEB制動(dòng)后的乘員姿態(tài)。結(jié)合表1的乘員空間距離，分別建立無AEB和有AEB制動(dòng)的THUMS約束系統(tǒng)正面碰撞模型，如圖7所示。

圖7 正面碰撞駕駛員約束系統(tǒng)模型

為方便比較兩種工況下駕駛員的損傷情況，根據(jù)現(xiàn)有被動(dòng)安全的開發(fā)策略對(duì)其設(shè)定相同的邊界條件，其中安全帶采用3 000 N預(yù)緊限力式，安全氣囊體積為50 L，氣孔直徑為30 mm，安全帶的點(diǎn)火時(shí)間為12 ms，安全氣囊的點(diǎn)火時(shí)間為15 ms，詳細(xì)的約束系統(tǒng)參數(shù)如表5所示。

表5 約束系統(tǒng)參數(shù)

2.2 乘員傷害分析

通過仿真分析，在同一時(shí)刻有無AEB制動(dòng)時(shí)的駕駛員運(yùn)動(dòng)姿態(tài)如圖8所示?？梢钥闯觯簾oAEB制動(dòng)時(shí)，人體與安全氣囊接觸形態(tài)較為合理，沒有發(fā)生擊穿現(xiàn)象；在有AEB作用時(shí)，由于人體的前傾影響，人體與氣囊接觸形態(tài)不佳，氣囊產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，駕駛員胸部與轉(zhuǎn)向盤下輪緣發(fā)生接觸。

（1）醫(yī)院感染發(fā)生率。統(tǒng)計(jì)兩組的醫(yī)院感染率；（2）住院時(shí)間和住院費(fèi)用。統(tǒng)計(jì)兩組患者的平均住院時(shí)間和住院費(fèi)用。

圖8 駕駛員運(yùn)動(dòng)姿態(tài)

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，在相同試驗(yàn)速度下，AEB的制動(dòng)減速度越大，駕駛員頭、肩部X向和Z向的位移量越大；當(dāng)AEB制動(dòng)減速度為0.3g時(shí)，在不同試驗(yàn)初始速度下駕駛員頭、肩部X向和Z向的位移量變化不大；在相同的AEB制動(dòng)減速度下，駕駛員肩部位移隨著試驗(yàn)初始速度的增大，其X向位移量有先增大后減小的趨勢(shì)。分析原因是由于隨著車速的增加駕駛員精神更加集中，制動(dòng)過程中肌肉處于繃緊狀態(tài)，因此限制了駕駛員的位移量。在相同的AEB制動(dòng)減速度下，隨著試驗(yàn)初始速度的增加駕駛員頭部位移的變化趨勢(shì)較為離散，沒有明顯的規(guī)律。分析原因可能與駕駛員的駕駛習(xí)慣產(chǎn)生的不確定性有關(guān)。

為進(jìn)一步探究AEB的介入對(duì)發(fā)生碰撞事故后駕駛員損傷的影響，根據(jù)上述志愿者AEB試驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用THUMS人體模型，建立了駕駛員側(cè)的約束系統(tǒng)模型，研究了在現(xiàn)有被動(dòng)安全開發(fā)策略下，AEB介入后對(duì)正面碰撞中駕駛員損傷的影響。

對(duì)表3和表4中數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析，結(jié)果如圖5和圖6所示。

3 結(jié)論

通過24組志愿者AEB測試試驗(yàn)，借助高清攝像及視頻分析軟件對(duì)駕駛員的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到了在AEB制動(dòng)過程中駕駛員的前傾位移與制動(dòng)減速度之間的關(guān)系以及相同制動(dòng)減速度下乘員的前傾位移與車速之間的聯(lián)系，進(jìn)而借助THUMS人體模型，分析了在現(xiàn)有被動(dòng)安全開發(fā)策略下有無AEB制動(dòng)對(duì)駕駛員的傷害情況，結(jié)論如下。

（1）在相同的試驗(yàn)初速度下，隨著AEB制動(dòng)減速度的增加，駕駛員頭、肩部的X向和Z向位移也隨之增加；

國內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)加氫工藝的安全聯(lián)鎖保護(hù)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，以某公司設(shè)計(jì)的國有技術(shù)加氫裂化裝置的聯(lián)鎖邏輯功能為例，在聯(lián)鎖邏輯功能設(shè)計(jì)上已較為科學(xué)和完善，對(duì)裝置和人身安全提供了必要的保證。以下就加氫裂化裝置緊急泄壓聯(lián)鎖、加氫進(jìn)料泵聯(lián)鎖、氫氣加熱爐聯(lián)鎖的內(nèi)容和理念進(jìn)行分析。

（2）當(dāng)AEB制動(dòng)減速度較小時(shí)，不同試驗(yàn)速度下駕駛員頭、肩部的位移量變化不大；

在實(shí)際教學(xué)的過程中,相關(guān)教師嚴(yán)格落實(shí)預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)課程集體備課制度,結(jié)合教學(xué)大綱及教材中案例,以預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)課程研究成果及實(shí)踐要點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn),挑選出最為適宜的案例進(jìn)行深入分析,把握案例教學(xué)基礎(chǔ)流程,并且盡可能選擇兼顧真實(shí)性及可操作性的案例,力求案例源于實(shí)踐,充分發(fā)揮案例對(duì)于理論知識(shí)引導(dǎo)及載體的作用,待案例描述完后結(jié)合案例實(shí)際情況提出相關(guān)課堂討論問題,要求學(xué)生立足于案例及相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)分析得出相關(guān)結(jié)論。同時(shí),除教材中案例外,教學(xué)案例選擇范圍可適當(dāng)拓寬至臨床實(shí)踐范圍,確保案例兼顧實(shí)踐性、趣味性、針對(duì)性、啟發(fā)性、知識(shí)性及典型性。

（3）由于車速的增大會(huì)使駕駛員精神更加集中，隨著AEB制動(dòng)初速度的增加，駕駛員肩部的位移隨著車速的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；

（4）通過仿真分析得出，在現(xiàn)有被動(dòng)安全控制策略下，當(dāng)AEB制動(dòng)后，會(huì)導(dǎo)致碰撞后駕駛員頭部和胸部的傷害增大。

表6 駕駛員傷害對(duì)比