智能汽车乘员约束系统的开发方法
汽车乘员约束系统快速求解与评价程序开发应用
汽车乘员约束系统快速求解与评价程序开发应用随着汽车安全意识的不断提高和法规的不断强化，汽车乘员约束系统的研发和应用逐渐成为汽车行业的热点。
汽车乘员约束系统包括安全带、气囊等多种装置，可以保护乘员在车辆碰撞时受到的伤害，故其质量的优劣直接关系到乘员安全。
传统的汽车乘员约束系统设计需要通过试验等方法来验证其可靠性和安全性，但这种方法费时费力，成本较高。
近年来，由于计算机技术的不断发展，利用计算机建立乘员约束系统的数值模型进行快速求解和评价成为了一种有效的方法。
乘员约束系统的数值模型一般基于有限元方法，可以将系统看作由多个有限元单元组成的复杂结构体系。
在数值模型中，可以考虑多种影响因素，如车辆的速度、质量、碰撞类型等。
使用数值模型可以快速计算出系统在各种情况下的性能指标，如乘员受力情况、气囊膨胀时间、安全带的耐久性等等。
为了实现乘员约束系统的快速求解和评价，需要开发一款相应的程序。
该程序需要包括以下几个模块：1.数据输入模块：该模块用于将车辆信息、碰撞信息等输入到程序中，以便后续的计算和分析。
2.预处理模块：该模块用于对输入数据进行预处理，包括对车辆和环境的建模、构建有限元模型、设置仿真参数等。
3.数值求解模块：该模块是程序的核心部分，主要通过有限元方法进行计算求解，包括求解乘员受力情况、气囊、安全带等约束装置的运行情况。
4.后处理模块：该模块用于对求解结果进行分析和评价，包括对乘员受力情况的评估、气囊和安全带等约束装置的优化设计等。
开发该程序需要掌握较强的计算机科学、工程力学等方面的知识。
同时，要注意程序的精度和效率，尽可能减少计算时间和空间开销。
该程序应用广泛，可以用于乘员约束系统的设计、改进和优化。
例如，可以通过该程序评估不同车速下乘员约束系统的安全性和可靠性，指导设计者进行系统的优化；还可以对不同型号、不同品牌的汽车进行比较评估，为消费者提供更准确的安全选择。
总之，乘员约束系统快速求解与评价程序的开发应用是一项重要的工程技术，有助于提高乘员安全性，推动汽车行业技术的发展和进步。
面向C—NCAP的正面乘员约束系统优化设计
面向C—NCAP的正面乘员约束系统优化设计为了提高汽车行驶中乘员的安全性和舒适性，在C-NCAP测试中，正面乘员约束系统是至关重要的一项测试指标。
针对当前市场上正面乘员约束系统存在的问题，本文提出了几项优化设计方案。
首先，可以采用先进的安全气囊技术。
传统的安全气囊仅起到缓冲的作用，无法对乘员的头部和颈部进行有效的保护。
而采用先进的安全气囊技术，如多级气囊系统和预充气式气囊系统，可以根据不同碰撞情况提供更加精细的保护，特别是针对乘员的头部和颈部提供更加完善的保护。
其次，可以加强车身结构的刚性和安全性。
强化车身结构的刚性和安全性，可以最大程度地减少碰撞时乘员的受伤风险。
采用高强度钢材制造车身，增加横梁和纵梁的数量和截面积，以及加强车门和座椅的固定装置等设计，都可以有效地提高车身结构的刚性和安全性。
第三，可以采用智能安全系统。
智能安全系统是当今智能科技不断发展下的产物。
通过传感器、控制器、通信网络等组件的整合，智能安全系统可以实时监控车辆的运行状况、驾驶员的状态等信息，并在发现安全隐患时及时发出警报，并及时启动约束系统来保护乘员的安全。
最后，应考虑优化座椅设计。
座椅是乘员的最直接的接触点，是约束系统的重点部位。
本文建议，可以从以下几个方面来优化座椅设计：一是通过调节座椅的高度和倾斜角度，使乘员在坐下时能够接触到约束系统，从而提高其约束效果；二是加装相应的耳朵支撑和头枕，以避免发生头颈扭曲等意外伤害。
综上所述，针对当前市场上正面乘员约束系统存在的问题，本文提出了几项优化设计方案，包括先进的安全气囊技术的应用、加强车身结构的刚性和安全性、采用智能安全系统和优化座椅设计等方面。
相信这些优化设计方案可以有效提高汽车行驶中乘员的安全性和舒适性，也能有效地帮助汽车厂商通过C-NCAP测试。
除了上述优化设计方案，还可以从以下几个方面来进一步完善正面乘员约束系统。
一是加强对儿童安全的保护。
儿童因为身体结构的特殊性，对于汽车的安全要求有所不同。
5.1.智能乘员约束技术
5.1.智能乘员约束技术5.1.1概述汽车安全性能主要包括3个方面：主动安全性、被动安全性和事故发生后的安全性。
被动安全是指汽车在发生事故以后对车内乘员的保护，如今这一保护的概念以及延伸到车内外所有的人甚至物体。
汽车乘员约束系统是汽车被动安全的重要环节。
乘员约束系统是在车祸意外发生，车辆已经失控的状况之下，对于乘坐人员进行被动的保护作用，希望透过固定装置，让车室内的乘员，固定在安全的位置，并利用结构上的导引与溃缩，尽量吸收撞击的力量，确保车室内乘员的安全。
汽车乘员约束系统主要包括:安全带(含预紧器、限力器)、安全气囊、安全座椅、压溃式转向柱和膝垫等。
其中安全带和安全气囊是汽车碰撞事故中最有效的乘员保护设施。
据有关数据表明佩带座椅安全带可以使碰撞事故中乘员伤亡率减少15%-30%。
安全气囊是安全带的辅助装置，对驾驶员和乘员的头部、颈部安全有着十分明显的保护作用，特别是在汽车正面碰撞和侧面碰撞时其保护作用尤为明显。
据统计，气囊在汽车碰撞时，可使头部受伤率减少面部受伤率减少25%左右。
目前，各国关于碰撞乘员保护的法规中，多数都只规定了第50百分位HybridⅢ假人正常乘坐位置在一种碰撞强度下的保护标准（新FMVSS208增加了对第5百分位女性和儿童的保护要求）。
事实上，由于实际碰撞事故的复杂多样性，无论是安全带还是安全气囊，其保护作用都有其局限性，而且如使用或设计不当还会带来较大的负面影响。
佩戴安全带的乘员在汽车发生正面碰撞事故时，织带直接与乘员胸部和腿部相接触并使得乘员向前移动，织带的线性特性使乘员受的约束力几乎直线增大，过大的胸部压力甚至造成致命伤害。
而对于小身材乘员，则极有可能发生“下潜”的现象，造成腹部、颈部和肩部的伤害。
对安全气囊系统来说，气体发生器约在30ms 内将气囊充满，巨大的冲击力将对离气囊组件很近并处于膨胀方向的乘员的头部和颈部造成严重伤害；按第50百分位正常位置乘员设计的气囊系统，极有可能对离位乘员和小身材妇女甚至儿童造成伤害。
汽车乘员约束系统及其新发展
引 言
美 国 国家公 路 交通 安 全 管 理局 ２０ ０ ３年 年度 报 告 指 出 ： １７ 至 ２０ 从 ９ ５年 ０３年 ， 车乘员 约束 系统 共挽 救 汽
始 制定 法规 ， 制 在 汽 车 上 安 装 安 全 带 并 强 制 使 用 。 强 我 国从 １８ ９９年 开 始试 制 安 全 带 ，９ ３年 开 始 强 制 性 １９
Ａｕ ｏ ｏ ｉ ｅ Ｏ ｃ ｕ ａ ｔ Ｒｅ ｔ ａ ｎ ｙ ｔ ｍ ｎ ｔ ｔ ｓ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔ ｔ ｍ ｔｖ ｃ ｐ ｎ ｓｒ ｉ ｔ Ｓ ｓｅ ａ ｄ Ｉ ｓ Ｌａ ｅ ｔＤｅ ｅ ｏ ｍ ｎ
Ｍ Ｏ ｉｎ ｚ ｏ Ｊａ ・ｈ ｕ
（ ｉｎ ｓ ａｄ ｌ ｔ ｎ ｎ ｃａ ｉ Ｔｃｎ ｌ ｙＣ ． ｔ． Ｎ ｎ ｎ １０ ９ ｈｎ ） Ｊ ｇｕＴ ｉ Ｅｅ ｒ ｉ ａ ｄＭｅｈ ｎｃ ｅｈ ｏｏ ｏ Ｌｄ ， ａｊ ｇ２ ０ ３ ，Ｃ ｉａ ａ ａ ｃｏ ｃ ｇ ｉ
摘 要： 随着我 国汽车数量的大幅度提 高， 交通事故 中汽车碰撞事故频发。汽车在碰撞及危险情况下 ， 乘 员约束 系统 能够显 著 降低 车 内乘 员的伤 害程度 。本 文 综述 了乘 员约 束 系统 的 定义 与组 成 ， 着重论 述
了 目前 国 内外普 遍使 用 的安全 带 、 全 气囊、 安 座椅 等 重要 部件 的结构 、 类 、 护作 用、 作 原理 以及 汽 种 保 工
与 车 内构件之 间迅 速 形成 一 个 气 垫 ， 乘员 头部 与 胸 使
图 １ 安全带的分类
部压在充满气体的气囊上 。气囊的阻尼作用可以吸收 人 体惯性 产生 的动 能 ， 有效 减轻 人体 受 到的伤 害 。
２ １ 安全 气 囊的种 类 ．
安全 气囊 按 控 制 类 型 可 分 为 机 械 式 和 电 子 控 制
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者儿童造成伤害。也就是说气囊系统是一个有效的伤 害防护装置，但是气囊的展开可能是新的伤害源。在 中速和高速碰撞事故中，安全气囊能够拯救越来越多 的人的生命，然而，在相对低速的碰撞事故中，它却 有时会造成致命的伤害。同时对于大尺寸乘员，碰撞 中常常会将气囊压扁（ )*##*+&,- *.# */ 0&1)0-）后与方 向盘碰撞，也就是说普通气囊难以对大尺寸乘员起到 ，北欧 !" % &’( 男 性 比 !" % &’( 34)1&5666 男性假人高出 7""++。 开发智能型乘员保护系统的目的，就是要尽可能
，佩带座椅安全带可以使碰撞事故中乘员伤亡
率减少 =?Y Z (&Y 。 安全气囊是安全带的辅助装置，对驾驶员和乘员 的头部、颈部有着十分明显的保护作用，特别是在汽 车正面碰撞和侧面碰撞时其保护作用尤为明显。据统 计
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，气囊 在 汽 车 碰 撞 时， 可 使 头 部 受 伤 率 减 少
%?Y ，面部受伤率减少 >&Y 左右。此外，并非所有 的应该佩戴安全带的乘员都会在汽车行驶前系好安全 带，这时安全气囊便成为最有效的乘员保护设施。 但到目前为止，各国关于碰撞中乘员保护的法 规，多数都只规定了对 ?& Y G#I 男性假人正常乘坐位
［"］ 第一种控制系统 首先将输入的参量，包括安全
控制系统参量级别
相关参量 碰撞严重程度 乘员体重 安全带应用情况 乘员位置 级别 # 轻微碰撞 $ #% 严重碰撞 # 小乘员 $ #% 高大乘员 # 佩带 $ ! 没佩带 % 非常接近气囊组件 $ #% 正常坐姿
［!］ 第二种控制系统 将保护范围分成 & 个区域， 见
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应有的防护作用。据统计
［2］
的克服上述缺点，依据碰撞事故的具体形态和保护对 象调整约束系统，提高约束系统的保护效率。 ! 智能乘员约束系统的先进技术
（7）预收紧器（ 81(#(,9&*,(1） 其目的在于消除 在碰撞开始时由于乘员衣服的松弛、织带的卷轴效 应、卷收器的锁止距离等因素产生的织带与乘员之间 的松弛量，通过减小乘员与车体之间的相对运动，提 高对乘员的胸部和腹部的保护作用。试验结果表明： 乘员胸部加速度和头部 36: 随安全带的松弛量呈线性 增长；原因是松弛量过大增加了乘员与车身的二次碰 撞强度，尤其是对于乘员空间较小的车型更是如此。 （2）载荷限制器（ ;*1<( ’&+&#(1） ! 减轻胸部挤压 是约束系统发展的重要目标之一。胸部压力过大会对 胸腔和被胸腔保护的心脏和肺造成严重甚至致命的伤 害。对胸部载荷的生物力学极限较低的，如 ! % &’( ［2］ 小身材女性乘员对该值尤其敏感 。
文章编号：=&&% &%)>（%&&(）&( &=?@ &A ! ! !
智能汽车乘员约束系统的开发方法
张君媛，林
（吉林大学汽车学院，
逸，华
吉林 长春
伟
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摘要：分析了普通乘员约束系统在乘员保护方面的局限性和负面作用，介绍了多级气体发生器和安全带限力装置等乘 员碰撞保护系统的先进技术；给出了两种汽车智能乘员约束系统中控制模块的开发过程。 关键词：气囊；安全带；乘员约束系统；智能化 中图分类号：,A)=$@= 文献标识码：.
汽车乘员碰撞保护系统的安全部件有安全带、安 全气囊、转向系统、座椅、头枕及内饰件等。其中安 全带和安全气囊是最有效的乘员碰撞保护设施。安全 带是通过碰撞事故发生时将乘员“束缚”在座椅上， 避免或减轻乘员的头部、胸部与方向盘、仪表板及风 窗玻璃相撞，同时使乘员不被抛离座椅。据有关数据 表明
［=］
置在一种碰撞强度下的保护标准（新 0<!88%&> 增加 了对?EO Y G#I 女性和儿童的保护） 。事实上，由于实际 碰撞事故的复杂多样性（包括不同的碰撞形态和不同 的保护对象） ，无论是安全带还是安全气囊，其保护 作用都有其局限性，而且如使用或设计不当还会带来 较大的负面影响。 < 约束系统的局限性和负面影响 在正面碰撞中， 安全带不能有效地保护乘员的头 部和颈部也是安全带的一个主要缺点。此外乘员佩带 安全带时， 织带直接与乘员胸部和腿部相接触， 织带的 线性特性使得乘员向前移动时， 织带对乘员的约束力 几乎直线增大， 过大的胸部压力甚至造成致命伤害。 安全气囊克服了安全带的被动性，但是它只能在 汽车正面碰撞和侧面碰撞中起作用，而在倾斜、翻 滚、紧急制动时不能保护乘员；此外由于气体发生器 约在 (&FM 内将气袋充满， 巨大的冲击力将对离气囊
图 #。第一功能区域提高 ’%() * +,- 男性乘员的保护； 第二功能区域提高对 ’() * +,- 小身材女性和 .’() * +,大身材男性乘员的保护；第三功能区域提高极限碰撞 条件下对乘员的保护。 从系统的角度来看，把约束系统看成一个外界激 励（/0(12(34） ，它可以调整系统的响应，也就是乘员 的载荷（见图 !） 。改变激励也就是改变安全带和安 全气囊的性能，以使乘员载
智能汽车乘员约束系统的开发方法
张君媛等 表!
" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 其轨道上向前或向后调整了多远。座椅在靠前的位置 时安全气囊张开的能量级别要比座椅位置靠后时低。 这对小身材驾驶员的安全保护极为有利。 !乘员重量传感器 乘员重量传感器测量单个乘 员的重量，智能系统使用该信息来防止安全气囊在乘 员是小孩的情况下张开，同时在大尺寸乘员时点燃高 能量级别气囊。 !模式传感器 模式传感器通过对乘员或物体在 座椅坐垫上产生的印象来估计并确定是否有乘员以及 该乘员的总体尺寸和位置。它们也能感受是否有特殊 的物体存在，如儿童座椅。 ! 智能乘员约束系统的控制过程 智能约束系统的核心是控制系统。控制系统根据 传感器传来各种参量如乘员重量、碰撞程度、安全带 佩带情况和乘员位置等调节安全带和安全气囊的约束 力。下面将介绍 ! 种典型的智能控制系统。
!"#"$%&’"() *)+,)"-."/ %0 1()"$$.-"() 2334&,() 5+%)"3).%( *6/)"’
!"#$% &’( !)’*( ， +,$ -. ， "/# 01. （.DE"F"EGHI ;"##IJI *G#GK ,KGHILMGEN， *G#GK ;OPKJQODK =(&&%?， ;OGKP ） 78/)+,3)：7OI RPRIL PKP#NMIM EOI #GFGEPEG"KM PKS MGSI ITTIQEM "T Q"FF"K "QQDRPKE LIMELPGKE MNMEIF，SIMQLGUIM EOI PSHPKQIS EIQOKGVDIM "T "QQDRPKE LIMELPGKE MNMEIF MDQO PM MIPE UI#E WGEO T"LQI #GFGEIL "L Q"KMEPKE T"LQI LIELPQE"L PKS PGLUPJ MNMEIF WGEO FD#EG GKT#PE"LM$ 0GKP##N EW" ! ! IXPFR#IM "T EOI SIHI#"RFIKE RL"QIMM "T GKEI##GJIKE "QQDRPKE RL"EIQEG"K MNMEIF PLI JGHIK$ 9"6 :%+;/：.GLUPJ；8IPE UI#E；+QQDRPKE LIMELPGK MNMEIF；2KEI##GJIKE !
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载荷限制器可根据碰撞情况在整个碰撞过程中调 整安全带的拉力，该装置以拉力阈值为触发信号，如 与安全气囊的通气特性相配合可使约束力峰值、胸部 加速度峰值和胸部压缩量降到较低的水平。带有载荷 限制装 置 的 卷 收 器 称 为 恒 力 卷 收 器（ :*,9#0,# ;*1<( 。 =(#10<#*1） （>）气囊的内部结构 为避免安全气囊展开对乘 员造成伤害，文献［>］提出改变气囊的展开模式的 方法，即使其先展开后膨胀，而不是先膨胀后展开， 这可以通过设计气囊的内部结构来实现。常规气囊一 般只有两层织物，而新气囊却增加了一个气囊内层。 内层背面织成特殊的纹理，且有朝向外面的通气孔。 当气囊充气时，内层迫使膨胀的气体把气囊伸展到外 面去，然后气体通过通气孔，填充体积更大的外层腔
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收稿日期：%&&% &) %> ! ! 基金项目：国家自然科学基金 3< 基金资助项目（?&=%%%?$=） 万方数据 作者简介：张君媛（=@)? B ） ，女，吉林长春人，吉林大学副教授，主要从事汽车被动安全性仿真研究工作 C