基于乘員體型的車輛安全性研究

目前，對車輛安全性的評價多是通過試驗驗證其是否符合相關規定。進行相關試驗則需要相關人體模型，車輛安全標準已經對各項測試所需要的人體模型作了規定，如Hybrid II和Hybrid III型人體模型被應用在模擬車輛正面碰撞的試驗中；WorldSID型人體模型被應用在模擬車輛側面碰撞的試驗中；BioRID型人體模型被應用在模擬車輛后面碰撞的試驗中。目前，借助于當代數學中的數值方法可以解決許多工程中的技術問題。許多工業領域應用虛擬樣機技術開發新產品，進行虛擬測試。針對車輛安全性，可以利用虛擬技術建立碰撞測試中的虛擬人體模型，利用虛擬模型對安全裝置進行優化。

利用數值模擬建立虛擬人體模型的方法主要有多體動力學建模和有限元建模2種。多體動力學建模所需要的計算時間較少，但精度較低；而有限元建模盡管花費的時間較多，但所建模型的精度較高，其建立的人體模型可以模擬碰撞發生過程中人體的受傷情況。研究人員將兩種建模方法結合建立了VIRTHUMAN虛擬人體模型。以VIRTHUMAN虛擬人體模型為參考模型，以該參考模型為基礎，依據給定的身高、體重、年齡和性別利用縮放算法建立相應的虛擬人體模型，并選擇典型的虛擬人體模型進行滑道測試，驗證其在車輛安全性上的應用。一般滑道測試使用的安全座椅或負荷情況均不同，本文則通過選取相同的試驗條件對不同的虛擬人體模型進行測試，用以研究人體模型對滑道測試結果的影響。

對3個虛擬人體模型進行了相同的滑道測試，這3個虛擬人體模型的主要參數如下：13歲男孩的虛擬人體模型，模型身高156cm、體重50kg；47歲女性的虛擬人體模型，模型身高169cm、體重76kg；50歲男性的虛擬人體模型，模型身高177cm、體重75kg。對測試結果分析可知，所建立的縮放虛擬人體模型能夠很好地代替滑道測試中所使用的人體模型。在滑道測試中，成年人虛擬人體模型頭部、胸部和骨盆處的加速度值相差不大；成年男性虛擬人體模型安全帶腰帶處所受到的力是青少年虛擬人體模型所受力的2倍，肩帶處所受到的力是其1.5倍。總的來說，身高越高、體重越重的模型在碰撞試驗中安全帶所承受的力越大，VIRTHUMAN虛擬人體模型是一個可擴展、重要的虛擬人體模型。

Ludek Hyncik et al. SAE 2015-26-0209.

編譯：王祥