汽车低速追尾碰撞中人体颈部伤害及保护系统研究

在MADYMO软件中使用BioRIDⅡ后碰撞假人建立追尾碰撞模型,分析了头枕位置和倾角参数对汽车发生追尾碰撞时头颈部动力学的影响,并使用颈部损伤准则值NIC和Nkm来评估颈部损伤的风险。仿真结果表明这些因素对颈部的动力学响应有着重要影响,高而且靠近头部,并且有适当增大倾角的头枕,有助于减小颈部的损伤。     

基于自然驾驶数据的自动驾驶汽车安全性评价方法

自动驾驶汽车进行大规模市场推广前必须进行准确可靠的安全性评价，由于自动驾驶系统复杂程度的增加及设计运行区域的扩大，面向传统汽车的评价方法已不能满足自动驾驶汽车的安全性评价需求,基于此，建立一种基于自然驾驶数据的自动驾驶汽车安全性评价方法，可解决现有方法在逻辑场景层面安全性评价的缺陷。首先，建立基于自然驾驶数据的逻辑场景构建流程，分析场景描述参数，搭建自然驾驶数据采集平台采集相关自然驾驶数据，采用高斯分布模型描述参数概率分布；进而，离散逻辑场景参数空间获取具体测试用例，并在建立的PreScan、CarSim和MATLAB联合仿真平台中对被测自动驾驶算法进行仿真遍历测试，通过高斯模型将测试结果中的危险场景参数聚类，获取被测算法在逻辑场景中的危险区域；最后，综合考虑逻辑场景参数空间概率分布和得到的相应逻辑场景危险区域，提出基于自然驾驶数据的自动驾驶汽车安全性评价指标——场景风险指数，并以前车制动和前车切入场景为例，给出某黑盒算法的具体评价示例。研究结果表明：被测算法在前车制动场景和前车切入场景中的场景风险指数分别为0.409 8和1.08×10^-5，在前车制动场景中具有较大的安全风险，与仿真测试的直观结果相符；通过比较计算得到的场景风险指数与实际仿真测试结果可证明所提出的方法可以实现逻辑场景层面的自动驾驶安全性量化、易于操作、贴近自然驾驶情况。     

追尾事故预兆特征研究及其仿真分析

智能化、一体化汽车安全技术是未来汽车安全性发展的新方向,而一体化安全技术中智能化控制系统需要根据事故预兆的特征开发传感系统。文中利用VDR（可视化车辆行驶记录仪Video Drive Recorder）采集行车危险工况,重点研究追尾危险工况,利用PC—Crash事故仿真软件进行仿真分析,研究追尾事故预兆的特征,为汽车安全技术中智能化控制系统开发提供参考。     

主动式安全头枕的开发与仿真研究

提出了一种基于碰撞加速度信号控制的主动式安全头枕结构,建立并验证了某车型的驾驶员座椅有限元模型,利用有限元软件LS-DYNA和多刚体软件MADYMO建立了该座椅和BioRIDII假人的耦合计算模型,利用该模型进行了乘员在追尾碰撞中的动力学响应仿真。结果表明,所设计的主动式安全头枕在追尾碰撞中可使乘员颈部损伤指数NIC值比原结构降低33.8%。     

乘用车追尾碰撞仿真研究

按照我国乘用车追尾碰撞燃油系统安全法规,针对某款乘用车建立有限元模型,并进行追尾碰撞仿真研究,分析验证其燃油系统的安全性。仿真结果为今后的汽车追尾碰撞仿真及尾部耐撞性研究提供了借鉴。     

乘用车追尾碰撞仿真研究

按照我国乘用车追尾碰撞燃油系统安全法规,针对某款乘用车建立有限元模型,并进行追尾碰撞仿真研究,分析验证其燃油系统的安全性.仿真结果为今后的汽车追尾碰撞仿真及尾部耐撞性研究提供了借鉴.     

汽车碰撞中颈部肌肉组织神经兴奋性对乘员损伤影响的研究

为研究汽车碰撞中神经兴奋性引起颈部肌肉力的变化对乘员损伤的影响,建立了低速正面碰撞与追尾碰撞模型,对乘员运动响应进行了仿真分析。然后使用汽车驾驶模拟器采集真实驾驶员颈部主要肌肉的肌电信号,验证了仿真结果的有效性。结果表明,在低速工况下,颈部肌肉紧张会约束头颈部的运动,头部有后倾上扬趋势,颈部受力大小有所增加。考虑颈部肌肉组织的神经兴奋性,能更真实地再现碰撞中乘员头部和颈部的运动响应,为颈部损伤评价准则的修正和乘员心理和生理变化对人体损伤影响的研究提供参考。     

基于假人头部受力分析的鞭打试验研究

通过对追尾碰撞中乘员运动情况和颈部损伤机理进行分析,结合鞭打试验中假人头部加速度与颈部受力间的关系,探讨了假人头部受力的分析方法,并就头部与头枕接触时刻、碰撞强度在座椅和头枕改善中的应用进行了研究。研究结果表明,接触时刻越早越有利于降低颈部NIC指标及头部碰撞强度;头部碰撞强度低、z向受力向下将有利于降低颈部各载荷。     

关注“追尾”

IIHS:SUV和皮卡存在安全隐患美国保险业非营利团体高速公路安全保险协会(IIHS)日前进行了一项SUV和皮卡在追尾事故中的安全性测试,结果显示,大部分车型的安全性都非常差,座椅和头部保护装置都不能保证追尾时乘客的安全性。这是IIHS首次利用试验假人来测试SUV和皮卡在发生追尾事     

本田推出新型试验假人

试验假人（Crash Test Dummy）是汽车碰撞安全研究的重要工具。它可以模拟人的体态特征并反复进行试验，从而为研究人员持续对汽车安全性进行改进提供极大便利，可以说试验假人的出现是汽车安全研究领域的一个里程碑。而研究开发更能真实地反映人体生理特征的假人也是汽车安全专家的一个重要研究方向。最近本田公司开发出了一个新的试验假人——PolarⅢ。     

Analysis of neck fractures from frontal collisions at low speeds

Neck fracture is a major cause of death in traffic accidents. This pattern of injury normally occurs in a frontal collision or overturn of a vehicle. This study investigates the case of a neck fracture from a low-speed collision. In the examined case, the passenger in the front seat of the car fractured his neck and died. He did not have his seatbelt on when the vehicle slipped on a frozen road surface on a downward slope of a hill and impacted into the shoulder of the road at low speed. In this type of collision, an occupant’s body will be impacted by the windshield or other interior trim of the car. However, in this case, rather unusually, neither body tissue nor fiber remained although the collision involved a broken windshield. Thus, the reason for the passenger death was unidentified. This study applied the computer simulation package Madymo for analyzing the accident. The result of the simulation was that the passenger, who did not wear a seatbelt, moved forward due to inertia. The upper part of the passenger then rotated and lifted when the knee contacted with the dashboard. By evaluating the structural deformation of the vehicle at the front, we deduced that the collision velocity was 30 km/h. Through a computational experiment that was undertaken using Madymo 7.0, NIC was estimated to be 240 m²/s². This result far exceeded the threshold for neck injuries. In particular, in comparison with whiplash injuries, when the passenger’s head directly impacts the roof following a rear-end collision, the bending moment through hyperextension of the neck is greatly increased. In this study, we concluded that the manner of death was the hyperextension of the neck, as the passenger’s head contacted the roof from underneath.     

Intelligent collision warning using license plate segmentation

Given the increase of vehicles in traffic, traffic accidents have become a crucial and urgent issue for some countries. Particularly, in heavy traffic conditions, rear-end collisions make up the majority of traffic accidents, which make the traffic jam worse. This article proposes a novel approach to rear-end collision warning systems using areas of license plates acquired with a single camera mounted on a car. The edges of the front car's license plate are segmented and a rectangle is sketched to calculate the area, which is used for estimating distance between the cars. Relative speed of the front car is computed using the differences of the rectangles in a specific time. Distance and relative speed are obtained from the estimated areas of the license plates and transferred to the fuzzy inference system to send a warning signal to the driver for collision prevention, in emergency cases. The experiments are greatly encouraging, indicating that number plate segmentation can be utilized to estimate the distance and fuzzy inference system can be developed to create a warning signal to the drivers.     

正面碰撞事故中乘员下沉对乘员伤害影响的研究

通过对正面碰撞事故中乘员下沉的运动情况进行分析,以及正面碰撞试验结果的比对分析,指出了因坐垫骨架刚度不够等原因,在碰撞中造成乘员有下沉现象时对乘员伤害的影响。     

Investigating performance of a novel safety measure for assessing potential rear-end collisions: An insight representing a scenario in developing nation

Road safety is one of the major concerns in the ever-growing traffic network. In addressing this, surrogate safety measures play a critical role in identifying collision instincts. Besides the added advantage of quantifying collision instincts in advance, surrogate safety measures have their limitations. For example, in some instances, those measures tend to show erroneous results. In this paper, a new surrogate safety measure Instant Heeding Time (IHT), is presented based on follower vehicle attention in the traffic streams. This new measure is integrated with a distance gap and the vehicles' speeds to assess probable rear-end collisions. Further, along with other safety measures, the developed safety framework is tested over a study section, with the help of trajectory datasets at three traffic flow conditions (free flow, capacity, and congested) under prevailing heterogeneous (mixed) traffic conditions. Based on the safety framework, it is observed that, in the case of free flow and capacity conditions, 23 and 55 probable rear-end collisions points are detected. At the congested conditions, no rear-end collision points are observed. Further, smaller vehicles in the traffic stream are associated with a higher number of rear-end collision instincts than other vehicle categories. The conceptualized safety framework can be applied on a real-time basis for monitoring the safety measures for vehicles in a mixed traffic stream.     

双车道公路接入口安全影响分析

在对大量的双车道公路进行了调研和采集了海量的公路、交通、事故数据基础上,针对接入口对双车道公路交通安全的影响进行了量化分析。采取的分析方法包括接入口单因素对安全影响分析、考虑交通量和路段长度因素接入口对安全影响分析、接入口和其他因素综合对安全影响分析等。分析结果表明,接入口对双车道公路的总事故率尤其是追尾事故率有重要的影响,并得出了双车道公路接入口对交通安全影响的量化结论。全部事故、一般以上事故、路侧事故、追尾事故和碰撞事故等的次数都随接入口密度增加而增加;在山区双车道公路上,在其他要素不变的情况下接入口密度每增加一个单位,全部事故增加4.36%,追尾事故增加11.9%。     

长江三角洲区域大型公路桥梁交通事故特征分析及安全对策

长江三角洲地处长江和钱塘江与东海的入海口,水域环境复杂,气象条件恶劣。大型公路桥梁是长江三角洲区域道路交通网中的重要通道,对减少区域间行车时间、促进区域经济发展起着重要的作用。因此,长江三角洲区域大型公路桥梁的交通安全研究具有重要的现实意义。基于苏通大桥通车以来的交通事故资料,对事故的时空分布、事故形态、车辆类型、天气状况等多角度进行了分析。分析得出,交通高峰时段是交通事故高发时段,周五事故最多,2月、9月、10月是事故高发月,事故类型主要是撞物和追尾,事故车型以轿车为主,雨天事故率最高,事故原因与车流、天气、人的失误及车辆自身性能有关,并提出一些改善建议。研究结果为大桥管理部门制定行之有效的预防控制策略、减少交通事故提供了一定的理论依据。     

基于自然驾驶数据的跟车场景潜在风险评估

为弥补传统风险评价指标对相对速度较小的跟车场景危险水平评价能力的不足，减少跟车场景中追尾事故的发生，提出了跟车场景潜在风险的概念。将假定前车以较大制动减速度减速条件下的风险称为潜在风险，并构建了代表驾驶人在潜在危险跟车场景下进行避撞操作需满足的最大反应时间的参数时间裕度（TM）。由于追尾危险工况中常见采取的避撞操作可分为制动和制动转向两大类，分别对典型制动避撞过程和制动转向避撞过程进行了分析，从而推导出分别针对2种跟车潜在危险场景的TM计算方式。通过自动筛选与人工筛选结合，获得了中国自然驾驶数据库（China-FOT）中具有中国驾驶人特点的制动避撞危险工况87个和转向制动避撞危险工况40个进行分级，并基于图像处理方法提取了前车制动开始时刻的TM值，从而得到跟车场景潜在风险两级危险域的划分。结果表明：制动避撞场景下，本车车速过低和过高时，TM值的变化均不明显；而在制动转向避撞场景中，只有速度较高时阈值才保持不变。通过对正常驾驶视频的分析，引入对比组共计正常跟车制动工况163例和正常跟车转向变道工况151例的车头时距（THW）值，其统计分析结果与支持向量机分类结果均难以清晰描述跟车场景危险水平与本车速度之间的关系。为研究跟车场景潜在风险评价在自动驾驶中的应用，对于制动避撞场景，在设定TM值不变和相对速度不变的条件下，分别对基于TM的最小相对距离和距离碰撞时间（TTC）值进行了仿真，仿真结果显示，相比于TTC而言，TM的评价稳定性受相对速度影响小，在自动驾驶跟车策略开发和避免其发生责任追尾事故中有重要应用价值。     

智能网联车辆交通流优化对交通安全的改善

为改善常规驾驶车辆交通流追尾碰撞交通安全状况,提出智能网联车辆（Connected and Automated Vehicles,CAV）与常规车辆构成的混合交通流车队稳定性优化控制方法。基于全速度差模型,应用集成速度与加速度的多前车反馈构建CAV跟驰模型,考虑CAV混合交通流车辆空间分布的随机性,将各类型局部车队稳定性作为优化目标,以局部车队头车速度扰动为系统输入,以尾车速度扰动为系统输出,应用经典控制理论领域的传递函数法推导局部车队稳定性约束条件;分析关于平衡态速度与CAV反馈系数的车队稳定域,以各类型局部车队能够在任意平衡态速度下均稳定为控制目标,对CAV反馈系数输出进行优化控制;设计高速公路上匝道交通瓶颈数值仿真试验,在不同CAV比例等多种条件下,分析CAV混合交通流优化控制对交通流车辆追尾碰撞风险的影响。研究结果表明：CAV混合交通流优化控制可降低车辆追尾碰撞风险,在碰撞时间阈值小于2 s时,100%比例的CAV交通流可将交通流的车辆追尾碰撞风险降低85.81%以上;在碰撞时间阈值大于2 s时,追尾碰撞风险可降低48.22%～78.80%。所提优化控制方法可有效降低CAV车队优化控制的复杂性,为大规模CAV背景下的混合交通流优化控制以及车辆追尾碰撞交通安全提升策略提供直接理论参考。     

基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略研究

为实现车辆自主避撞，改善道路交通安全状况，提出一种基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略。为实时确定制动和换道时机，获取跟车状态下自车和前车车速、加速度、相对距离以及驾驶人制动反应时间计算制动安全距离和换道安全距离，并在此基础上分别引入制动危险系数B和换道危险系数S评估制动与换道风险，使得车辆发生追尾碰撞的危险程度和主动干预阈值更直观。根据车辆期望横向加速度和期望横向位移的变化特性，采用5次多项式法规划符合驾驶人换道避撞特性的避撞路径。为保证换道避撞过程中驾驶人的安全舒适，采用最大横向加速度约束换道避撞轨迹。为实现对换道避撞路径的线性跟踪控制，保证车辆的操纵稳定性和横摆稳定性，基于车辆稳态动力学模型建立前馈控制，结合线性反馈控制消除换道路径的位置和横摆角偏差，修正参考路径实现直车道场景追尾避撞控制。仿真和实车交叉验证试验表明：根据车辆期望横向加速度和期望横向位移建立的符合驾驶人换道避撞特性的五次多项式换道路径与驾驶人实际换道避撞路径基本吻合，结合碰撞时间和车间时距的制动避撞控制策略能够在保证车辆行驶安全舒适性的同时有效避免车辆追尾碰撞，减少交通事故的发生。