考虑乘员身材和碰撞强度差异的自适应约束系统构型的优化设计研究

普通的乘员约束系统在应对复杂多样的实际碰撞事故时有明显的局限性，为提高乘员保护成效，有必要开发适用于多种碰撞工况和多种乘员类型的自适应乘员约束系统。这一方面受碰撞感知和约束系统调控技术的制约，另一方面也取决于乘员约束系统构型方案的可靠性和合理性。目前国内外的自适应约束系统构型研究还不够系统，所依赖的研究手段还有待完善。本项目拟搭建一个自适应乘员约束系统构型的优化设计平台，为此有必要拟定综合考虑乘员身材和碰撞强度差异的乘员伤害评估体系，建立一系列具备较好生物保真度的、对应于不同乘员身材尺寸的非标准假人仿真模型，研究完善自适应约束系统构型的优化策略和调整策略，总结自适应约束系统构型的设计原则。在此基础上，围绕中国交通事故特征和中国乘员身材范围，设计相应的自适应约束系统构型谱。通过本项目研究可以为自适应乘员约束系统的感知和调控设计乃至其总体设计提供必要基础和可靠依据。

普通的汽车乘员约束系统仅是针对特定的碰撞工况和乘员身材设计的，很难对多种碰撞强度和乘员身材提供有针对性的保护。作为设计开发可适应式乘员约束系统的先期研究，本项目构建了考虑乘员身材和碰撞强度差异的乘员约束系统构型谱，揭示了可适应乘员约束系统可以提高碰撞事故中对乘员的综合保护效果。为了对多个碰撞场景都能得到乘员约束系统的最优构型，本项目建立了一个乘员约束系统的优化设计平台，该平台扩展了传统的乘员约束系统的优化设计空间，将座椅位置、安全带多级限力等增加为设计参数；为大规模优化计算的便捷性，该平台实现了座椅、座椅安全带与碰撞假人空间相互定位的自动化；为克服系统的强非线性，提高优化计算的效率和稳定性，该平台采用了遗传算法并结合Sobol准随机序列搜索。针对多个乘员身材碰撞保护的研究和优化设计空间的扩大，还使得本研究发现座椅位置对乘员保护效果有显著影响。此外，作为必要步骤之一，本项目建立了系列非标准假人模型，并确定了一个归一化的、针对不同部位伤害加权的、综合化的单一伤害评价指标作为优化目标，这也为今后这类研究和设计开发工作建立了一套完整的流程。根据本项目的研究思路和结果，我们还从尾撞下乘员颈部伤害保护等方面对可适应式乘员约束系统研究进行了拓展和应用。