基于AEB追尾碰撞的主被动安全一体化仿真分析

摘要

交通事故数据显示近年来追尾碰撞在所有车辆间交通事故类型中一直占有最高的比例，而现阶段针对追尾碰撞的法规和标准还主要停留于对包括自动紧急制动（Autonomous Emergence Braking，AEB）、车辆结构耐撞性和乘员约束系统三个方面性能的单独考查，但已有研究表明三者之间存在明显的相互耦合作用关系，主被动结合一体化的设计优化已被视为汽车安全的重要发展方向。故基于此研究背景，本文以计算机仿真分析为主要研究方法，以主被动一体化的追尾碰撞事故为主要研究对象，对一体化安全系统进行兼备安全性和舒适性的优化设计。　　本文以丰田Yaris为仿真的目标车型，分别对主动安全模型、整车有限元碰撞模型和多刚体约束系统三个子模块进行建模和验证，保证一体化模型搭建的仿真可靠性。然后，在真实案例中提取了一类具有高追尾风险的交通事故，并简化设计出了一个测试场景进行分析。按照追尾碰撞发生过程的先后顺序为时间轴串联各个子模块模型，完成主被动一体化追尾碰撞基础模型的搭建和计算工作。在一体化模型的基础上，比较了由于AEB作用产生的仰俯角，引起的两车追尾碰撞结构变形形式的差异和对乘员纵向离位及最终伤害值的影响。然后，对基础模型进行了主动安全带和不同AEB算法的匹配分析。针对主动安全带采取多目标遗传算法优化，得到了加权综合损伤指标（WeightedInjury Criteria，WIC）最低结果所对应的主动控制卷收器（ActiveControl Retractor，ACR）的卷收作用触发时刻、卷收力和卷收量参数。AEB算法方面，横向比较了几种经典算法在设计场景中的具体表现，发现了舒适性和安全性在AEB制动强度和介入时刻的设定上面表现出的相互制约关系。最后，同时考虑系统的安全性和舒适性，对原有余时碰撞（Time-To-Collision，TTC）进行优化及验证，并借鉴AEB分阶段分级作用的理念对主动安全带采取多级预紧设置。　　仿真结果表明，两车追尾碰撞相较于刚性墙碰撞具有低风险性；AEB 作用产生的仰俯角会造成两车的变形形式产生巨大差异，尤其是当追尾车辆前纵梁低于被追尾车辆后纵梁时，造成的追尾车辆“下钻”现象会在碰撞阶段进一步放大车辆的仰俯角，而仰俯角会在一定程度上增大乘员的纵向离位量，最终增大乘员在整个过程中所承受的伤害值；通过对经典纵向避撞算法的比较分析，发现运动学算法虽然能很好地保证安全性，但在制动强度和介入时刻上都表现得过于保守，以牺牲介入时刻为代价提高TTC 算法安全性能的优化方法也不能算作兼备安全性和舒适性的最优方案。故本文引入以 TTC 微分值作为判断当前状况危险程度指标的优化算法能够保证在不改变原有制动介入时刻的前提下，根据实际工况自动配置最佳的制动强度，有效提高系统的安全性能；通过对分级预紧ACR的参数优化配置发现了类似的结果，真正地做到了兼备安全性和舒适性的主被动一体化系统的优化过程。本文中针对主被动一体化追尾碰撞的分阶段分级作用原理可为车辆的相关安全系统的开发提供参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 追尾碰撞研究现状

1.3 主被动一体化的相关研究

1.4 追尾碰撞仿真研究方法概述

1.5 主要研究内容

2主被动一体化模型的子模块建模与验证

2.1 主动安全模型

2.2 整车有限元碰撞模型

2.3 多刚体约束系统模型

2.4 本章小结

3 主被动一体化追尾碰撞的响应分析

3.1 追尾碰撞场景设定

3.2 制动阶段车辆响应分析

3.3 碰撞阶段车辆响应分析

3.4 全过程假人响应分析

3.5 本章小结

4 主被动一体化追尾碰撞匹配分析

4.1 两类纵向避撞算法

4.2 不同算法的设计场景匹配分析

4.3 主动安全带匹配

4.4 主动安全带单级预紧参数优化

4.5 本章小结

5 兼备安全性与舒适性的主被动一体化优化

5.1 AEB算法的舒适性和安全性

5.2 兼备安全与舒适性感知算法优化

5.3 感知优化算法的多场景比较分析

5.4 主动安全带分级预紧

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果