假人与人体模型在AEB作用下的驾驶员离位响应对比.pdf

ISSN 1674-8484CN 11-5904/U汽车安全与节能学报,第14 卷 第 4 期,2023 年J Automotive Safety and Energy,Vol.14 No.4,2023假人与人体模型在 AEB 作用下的驾驶员离位响应对比任立海1，罗志秦1，陈 浩1，蒋成约*1（重庆理工大学，汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室，重庆 400054，中国）摘 要：为研究假人与人体模型在不同制动强度下驾驶员离位响应差异性，进行假人与人体模型的仿真实验。构建人体乘员约束测试装置（THOR）假人和人体安全模型（THUMS）的驾驶员约束系统模型，将 MADYMO 的主动人体模型(AHM)与LS-DYNA有限元约束系统耦合构建AHM 模型的驾驶员约束系统模型，提取假人与人体模型头部、肩部、胸部及膝部的位移时间历程曲线，并开展假人与人体模型离位差异性分析和不同安全带约束下驾驶员离位分析。结果表明：参考志愿者实验数据，3 个模型离位都在志愿者响应通道范围内，人体模型 AHM 和 THUMS 具有更高的离位运动生物逼真度；相较于标准安全带，主动预紧安全带能够有效降低驾驶员在自动紧急制动(AEB)工况下离 位响应。关键词：离位响应；自动紧急制动(AEB)；主动预紧安全带；主动人体模型(AHM)；人体安全模型（THUMS）；人体乘员约束测试装置（THOR）假人中图分类号：U 461.91 文献标识码：A DOI:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.04.006Comparison of drivers out-of-position response of dummy and human models under AEBREN Lihai1,LUO Zhiqin1,CHEN Hao1,JIANG Chengyue*1(Chongqing University of Technology,Key Laboratory of Advanced Manufacture Technology for Automobile Parts,Ministry of Education,Chongqing 400054,China)Abstract:In order to investigate the differences in drivers out-of-position response under different braking intensities of dummy and human models,simulation experiments of dummy and human models were carried out.The driver-restraint system models of test device for human occupant restraint(THOR)dummy and total human model for safety(THUMS)were constructed,and the driver-restraint system model of active human model(AHM)was constructed by coupling the AHM of MADYMO and LS-DYNA finite element restraint system.The displacement-time history curves of the head,shoulders,chest and knees of dummy and human models were extracted,and the out-of-position difference analysis of dummy and human models and the analysis of drivers out-of-position under different seat belt constraints were carried out.The results showed that the 3 models are within the range of the volunteer response channel with reference to the volunteer experimental data,and the 收稿日期/Received：2023-04-24。修回日期/Revised：2023-06-08。基金项目/Supported by：重庆市技术创新与应用发展专项面上项目(cstc2019jscx-msxmX0412)；重庆市研究生教育高质量发展行动计划资助成果(CYS23659)；重庆市教委科学技术研究资助项目（KJQN201901141）。第一作者/First author：任立海(1986)，男(汉),山东，副教授。E-mail：。*通讯作者/Corresponding author：蒋成约(1982),男(汉)，浙江，教授。E-mail：。6/14448 456449任立海，等：假人与人体模型在 AEB 作用下的驾驶员离位响应对比随着汽车行业迅速发展，道路交通事故造成的人员伤亡已然成为世界范围内严重的公共安全问题之一。根据世界卫生组织（World Health Organization,WHO）的统计数据，全世界每年约有 130万人死于道路交通事故1。依据中国统计年鉴的数据显示，2021年中国总计发生交通事故 273 098 起，受伤人数为 281 447人，死亡人数 62 218人2。为提高汽车安全性，减少交通事故对事故参与人员的伤害，汽车主动安全技术被广泛应用于汽车上。其中，自动紧急制动系统（autonomous emergence braking，AEB）能够避免碰撞或降低碰撞强度，在一定程度上能够有效降低乘员损伤，提高汽车安全性能3-6。AEB 虽然可以避免碰撞事故或降低有效碰撞速度，但同时也导致乘员出现身体前倾离位的现象。乘员离位使得按标准坐姿设计的约束系统不再适用，将导致安全带以及安全气囊对于乘员的保护效能下降，相较于未离位状态，增加汽车碰撞后的乘员损伤风 险7-11。在汽车紧急制动工况下，乘员身体前倾将会减小乘员与安全气囊之间的距离12。LI Mengqi 与 J.STH 等通过志愿者实车 AEB 实验发现高制动强度下乘员产生较显著的离位响应9,12。据志愿者滑车实验表明，在驾驶员未系安全带进行 8 m/s2的紧急制动时将会发生严重的离位13-14。乘员以离位姿态发生碰撞，将增加乘员损伤风险。ZHU Haitao 等通过有限元方法分析不同 AEB 制动波形下乘员离位损伤，得出制动时间和制动波形梯度的增加导致乘员损伤风险上升的结论15。孙振东等分别进行初始状态有无离位的假人碰撞仿真试验，发现头部、颈部及胸部均有损伤增大的风险，其中颈部更为严重16。WANG Kai 等研究有无AEB 作用对碰撞后乘员损伤影响，结果表明有AEB 作用的假人会产生前倾离位，导致胸部损伤风险增加17。CHAN Hana 等研究发现乘员在紧绷状态（brace）下会减少制动产生的离位，进而显著降低了乘员损伤18。基于志愿者实验研究 AEB 作用下的乘员离位响应，可较好反应乘员真实离位状态，但存在时间与经AHM and THUMS have higher biological realism of out-off-position motion.Compared to standard seat belts,active pretension seat belts can effectively reduce the drivers response to disengagement under autonomous emergence braking(AEB)conditions.Key words:out-of-position response;autonomous emergency brake(AEB);active pretention seatbelt;active human model(AHM);total human model for safety(THUMS);test device for human occupant restraint(THOR)dummy济成本较高的局限性。近年来，随着计算机技术的发展，假人与人体模型成为汽车安全领域用于预测人员损伤的有效研究工具。例如 Hybrid 19假人模型、THOR20假人模型、具有主动肌肉模型的主动人体模型（active human model,AHM）21以及由丰田汽车开发验证的人体安全模型（total human model for safety,THUMS）3。因此,基于假人与人体模型研究碰撞前AEB 作用下的乘员离位响应，可为后续开展主被动一体化研究提供理论与数据基础。由于假人与人体模型存在生物逼真度不一致的问题，假人与人体模型在相同仿真工况下得到的仿真结果存在差异。研究发现，与其他模型相比，Hybrid 假人模型生物逼真度不高，制动离位响应与志愿者实验相差较大9,17。本文基于 THOR 假人模型和 THUMS人体模型与美国高速公路管理局的 YARIS 基础车体模型搭建驾驶员 约束系统仿真模型，并使用 MADYMO人体模型 AHM 与 LS-DYNA 约束系统构建耦合模型，研究假人与人体模型在不同制动强度下驾驶员离位响应，以及主动预紧安全带对驾驶员离位响应的影响，为后续更深入的研究提供数据支撑。1 研究方法1.1 自动紧急制动(AEB)模型及制动强度提取为获取不同制动强度下的车体制动减速度，使用Pre-Scan 软件搭建 YARIS 汽车紧急制动仿真场景，利用 MATLAB/Simulink 软件搭建控制策略模块，结合Car-Sim 软件提供动力学模型，建立一体化紧急制动联合仿真平台。仿真流程示意图如图1。制动强度的确定：基于特定场景初始速度为40 km/h 的 前 方 静止车 辆 追 尾 测 试(car-to-car rear stationary，CCRs)，联合仿真平台提取的 AEB 制动强度，选取 4 m/s2代表低制动强度；选取 10 m/s2制动强度作为驾驶员制动和 AEB 制动所能达到的最大制动强度，代表紧急工况下的高制动强度。基于低、高 2 种制动强度对比分析乘员的离位响应。汽车安全与节能学报450第 14 卷 第 4 期 2023 年4 m/s2和10 m/s2制动减速度 时间历程曲线如图 2所示。现有实车 AEB 实验研究中，驾驶员全力制动及AEB 制动所导致的平均最大制动强度能达到10.6 m/s212，但仿真平台最大紧急制动强度无法达到10 m/s2，这是由于车辆动力学模型算法造成的。因此，本文将引用文献 12 中的实车紧急制动强度作为全力制动下的紧急制动强度，如图 2 中黑色曲线所示。图 2 4 m/s2和 10 m/s2制动减速度 时间历程曲线1.2 AHM、THOR 和 THUMS 模型本研究主要使用 2022 版具有主动肌肉模型的AHM 模型21,由美国高速公路管理局开发的具有较高生物逼真度的 THOR 50th 假人22以及具有完整解剖学结构且生物逼真度已得到广泛认可的 THUMS AM50 ver5.02 模型23。3 种模型所对应的软件环境是不一致的，AHM 模型是需要在 MADYMO 软件中实现仿真计算，而 THOR 模型和 THUMS 模型则需要在 LS-DYNA 软件中完成仿真。AHM 模型控制参数的设置参考人体模型使用手册24，并根据文献 25 对制动工况的肌肉参数进行调整设置，将 4 m/s2制动强度下的肌肉强度因子定义为0.81。AHM主动行为的控制参数通过关键字 SYSTEM.MODEL 设定及调整，其在 4 m/s2和 10 m/s2制动强度下的肌肉状态和肌肉控制器参数如表1所示。THUMS 模型控制参数的设置参考 THUMS 模型使用手册26。THUMS 模型根据肌肉激活程度将模型分为未激活睡眠状态(no-activation)、放松无准备状态(relax)和绷紧状态(brace)3 种状态。THUMS 模型通过肌肉控制器与 FE 模型并行执行，根据所提供的位移和力计算姿势控制器和力控制器的肌肉激活水平，决定最终的肌肉激活水平(activation level of muscle,ALM)，肌 肉 控 制 器 参 数 通 过 关 键 字*DEFINE-CURVE-FUNCTION 和*PARAMETER 设置调整。参考 THUMS 模型使用手册27，姿势控制器的肌肉激活水平 aipst(tn)的计算式为：(1)其中：i 表示 THUMS 除手脚外的 218 块肌肉；Ai为基本激活水平；Ci为肌肉激活系数；S 和 B 为 S 曲线常数，通常设置为 9.19 和 4.60；si为 S 形曲线；vi为中间变量；Rij为每个肌肉对每个关节运动的贡献百分比；uj为控制信号；j 为控制器所覆盖的 36 个旋转铰链中的每一个；ej为误差，单位为 rad；j为每个关节角度，单位为 rad；j为每个目标角度，单位为 rad；kPj单位为 rad-1，kIj单位为 rad-1s-1，kDj单位为 s/rad，它们分别为PID(proportional-integral-derivative)增 益；tn为 当 前 时间。力控制器的肌肉激活水平 aifrc(tn)的计算式为控制策略模块车辆动力学模块LS-DYNA和MADYMO仿真紧急制动场景车辆动态响应制动减速度乘员离位分析图 1 一体化紧急制动联合仿真流程示意图表 1 主动人体模型肌肉状态及参数制动强度肌肉状态颈部收缩比颈部联合收缩延迟强度 因子反应 时间控制器延迟m s-2颈部 脊柱肩部 肘部 髋部 膝部4激活状态睡眠状态0.5未启用0.810未启用10激活状态睡眠状态0.5未启用10.1未启用注：颈部收缩比 1为充分收缩，0 为未收缩；强度因子参数用以修改肌肉或控制器强度。451任立海，等：假人与人体模型在 AEB 作用下的驾驶员离位响应对比 (2)其中，i 表示 THUMS 除手脚外的 218 块肌肉；Pic为每个肌肉对每个接触力的贡献百分比；uc为控制信号；c代表方向盘与右手或左手之间或踏板或地板与右脚或左脚之间的每个接触力；ec为误差，单位为 N；fc为每个接触力；c为每个目标力；kPj单位为 N-1，kIj单位为N-1s-1，kDj单位为 sN-1，它们分别为 PID 增益。放松无准备状态(relax)THUMS 模型的肌肉激活水平为 aiout(tn)=aipst(tn)，而绷紧状态(brace)THUMS 模型的肌肉激活水平为 aiout(tn)=aipst(tn)+aifrc(tn)。本文采用的是放松无准备状态(relax)的THUMS模型。1.3 约束系统模型基于课题组前期已建立并验证的某车型驾驶员50 km/h正面刚性碰撞约束系统模型27，依据志愿者实验所用车型的约束系统性能试验测试数据12，确定了安全带参数及驾驶员初始状态，建立了制动工况下驾驶员约束系统模型20，并对其进行了验证。1.3.1 安全带模型基于 LS-DYNA 构建 3点式标准有限元安全带，由1D 和 2D 单元组成，其中 2D 单元模拟与身体接触的肩带与腰带部分，分别设置滑环、锁扣与 1D 单元的摩擦系数为 0.1和 0.35。国内外研究的主动预紧安全带预紧时间多在制动前 100200 ms，而预紧力峰值的分布范围较广，大概范围为100500 N14,28-29，本文参考文献 13 设置主动预紧器预紧力峰值为170 N。1.3.2 MADYMO 人体模型 AHM 与LS-DYNA 约束系统耦合为了确保所使用的约束系统模型的同一性，方便后续假人与人体模型仿真结果的对比，本文将 LS-DYNA的有限元约束系统与 MADYMO人体模型 AHM 进行耦合处理：将需要耦合的 LS-DYNA 有限元约束系统模型和 MADYMO人体模型 AHM 导入 MADYMO耦合软件 CouplingAssistant，使用关键字 CONTACT FE-FE 创建人体模型和约束系统的接触，LS-DYNA的有限元约束系统与 MADYMO人体模型完成耦合。1.3.3 驾驶侧车体仿真模型搭建及验证基于 THOR与 THUMS 模型构建了驾驶侧有限元仿真模型，以及 AHM 模型与有限元约束系统耦合后的驾驶侧仿真模型（见图 3）。假人与人体模型在约束系统中空间位置基本保持一致，由于假人与人体模型各部位之间存在一定尺寸差异，空间位置平均误差在0.69%7.23%（平均误差为3 种模型相对位置距离两两误差的平均值），因此模型差异产生的误差处于可接受范围。图 3 3 种驾驶员 约束系统模型为验证驾驶员约束系统模型的有效性，结合现有AEB 实车实验研究，利用 AHM 驾驶员约束系统重建实验工况，具体实验数据参考文献 12。观察 AHM模型相应部位的位移是否在文献提供的实验范围内。如图 4 所示，AHM 驾驶员约束系统模型预测的观测值均在参考实验数据的通道内，且基本处于通道平均水平，验证了该约束系统模型的有效性。(a)头部质心 X 向位移(b)胸部 X 向位移汽车安全与节能学报452第 14 卷 第 4 期 2023 年(c)肩部 X 向位移图 4 AHM 模型仿真 X 向位移与实验区间对比1.4 仿真工况基于验证过的约束系统模型，使用 AHM、THUMS与 THOR 驾驶员 约束系统模型，在不同安全带类型，2 种（4 m/s2、10 m/s2）制动强度下，进行了12 种工况的仿真(见表 2)。表 2 仿真矩阵仿真序号制动强度ms-2模型 安全带类型410AHMTHORTHUMSSBPT123456注：SB 代表标准安全带，PT 代表主动预紧安全带2 结果及分析将驾驶员头部、左右肩部、胸部以及左右膝部的位移作为分析驾驶员离位主要参数，对所选参数作定量对比。根据样本量大小确定假设检验的方法，通过T 检验判断离位改善的显著性。2.1 标准安全带约束下驾驶员的离位响应图 5 显示了AHM、THUMS 和 THOR 模型仿真头部、胸部及肩部 X 向位移与志愿者实验区间对比情况，结果表明 3 种模型的各部位 X 向位移均在志愿者离位响应通道内，可以相对较好地反映志愿者的离位 状态。(a)头部质心 X 向位移(b)胸部 X 向位移(c)肩部 X 向位移图 5 AHM、THUMS 和 THOR 模型仿真 X 向位移与实验区间对比图 6 显示了标准安全带约束下AHM、THUMS 和THOR 模型在 10 m/s2制动强度下的离位响应，AHM与 THUMS 模型的离位响应较 THOR 模型更为明显。AHM、THUMS 和 THOR 模型身体整体呈钟摆型离位，模型的下躯干离位较小于上躯干，头部离位量最大。表 3显示了AHM、THUMS 和 THOR 模型在不同制动强度下的离位(S-4、S-10)响应对比。在 4 m/s2制动强度下，头部、肩部及胸部最大离位发生在 AHM 模453任立海，等：假人与人体模型在 AEB 作用下的驾驶员离位响应对比型的头部，为 52.8 mm；下肢最大离位发生在 THUMS模型的左侧膝盖，为 3.1 mm。在 10 m/s2制动强度下，头部、肩部及胸部最大离位发生在 THUMS 模型的头部，为 93.1 mm；下肢最大离位发生在 THOR 模型的左侧膝盖，为12.2 mm。10 m/s2制动强度下的驾驶员各部位离位量均大于 4 m/s2制动强度。AHM、THUMS 和 THOR 模型在 10 m/s2制动强度的驾驶员头部、肩部及胸部的离位量较4 m/s2制动强度分别平均增加56.7%，104.1%和 403.3%。利用表 3 中的数据，还可以比较标准安全带约束下AHM、THUMS 和 THOR 模型在不同制动强度下的离位差异。在 4 m/s2制动强度下，AHM 和 THUMS模型的头部离位量分别比 THOR 模型增加 68.6%和213.9%，AHM 和 THUMS 模型的差异不明显，为1.3%。对于10 m/s2制动强度，AHM 和 THUMS 模型的头部离位量分别比 THOR 模型增加 19.8%和 63.3%，AHM和 THUMS 模型的差异为 30.9%。3 种模型在 4 m/s2和 10 m/s2制动强度下的胸部离位量相较于头部差异较大。在 4 m/s2制动强度下，AHM 和 THUMS 模型的胸部离位量分别比 THOR 模型增加 73.2%和 104.3%，AHM 和 THUMS 模型的差异为 45.2%。在 10 m/s2制动强度下，AHM 模型的胸部离位量较 THOR 模型增加 25.9%，THUMS 模型的胸部离位量较 THOR 模型减少11.9%，THUMS 模型的胸部离位量较 AHM 模型减少 34.7%。总体而言，AHM 和 THUMS 模型的头部与胸部离位量高于 THOR 模 型，AHM 和 THUMS 人体 模型的生物逼真度高于 THOR 假人模型，AHM 模型与THUMS 模型头部与胸部离位量差异性不大。2.2 主动预紧安全带约束下驾驶员的离位改善主动预紧安全带对 AHM、THUMS 和 THOR 模型的离位有明显改善，其中胸部和肩部左侧改善较为明显。表 4 对比了在不同制动强度下标准安全带和主动预紧安全带约束的AHM、THUMS 和 THOR 模型离位量。在 4 m/s2制动强度下，相较于标准安全带，主动预紧安全带对 AHM、THUMS 和 THOR 模型头部、肩部及胸部的离位分别平均降低 71.3%、63.6%和107.5%，对 AHM、THUMS 和 THOR 模型下肢离位分别平均降低135%、30%和 2.7%。在 10 m/s2制动强度下，相较于标准安全带，主动预紧安全带对 AHM、THUMS 和 THOR 模型头部、肩部及胸部的离位分别平均降低 18%、30%和 42.1%，对 AHM、THUMS 和 THOR 模型下肢离位分别平均降低 83.4%、4.2%和 49.8%。本文对主动预紧安全带的离位改善效果进行了显著性分析。由于单个身体部位的数据样本较少，进行显著性分析的结果不具备科学性，因此对身体部位组合进行显著性分析。如表 5 所示，分析主动预紧安全带对乘员头部+上躯干（胸部和左右肩部）、上躯干（胸部和左右肩部）和下肢（膝部左右）离位的改善效果，可(a)AHM 模型(b)THUMS 模型(c)THOR 模型图 6 标准安全带约束下 3 种模型在 10 m/s2制动强度下的离位响应汽车安全与节能学报454第 14 卷 第 4 期 2023 年知主动预紧安全带显著地降低了驾驶员上躯干的离位。相对于标准安全带，在主动预紧安全带的约束下，3种模型的头部+上躯干离位平均值（SPT,av）在 4 m/s2和10 m/s2制动强度分别下降15.7 mm 和 13.1 mm；4 m/s2制动强度下，主动预紧安全带非常显著地降低了驾驶员头部+上躯干的离位（p=0.009 和 p=0.001）；10 m/s2制动强度下，主动预紧安全带对驾驶员上躯干的离位改善显著（p=0.028），对驾驶员头部+上躯干的离位改善不太显著（p=0.117）。2 种制动强度下，主动预紧安全带对下肢的离位改善不太显著（p=0.486 和 p=0.08）。2.3 讨论基于YARIS 基础车体模型，构建了AHM、THUMS和 THOR 模型的驾驶员 约束系统仿真模型，对不同安全带类型在 4 m/s2和 10 m/s2制动强度下12 种工况进行仿真。根据实车 AEB 实验研究，选取了头部质心、左右侧肩部、胸部以及左右侧膝盖作为离位观测参数，开展了3 种模型在不同制动强度下的离位对比研究。结果显示，同种模型在不同制动强度下离位响应有明显差异22-23，同种制动强度下不同模型之间的离位也存在较明显的差异22-23。AHM、THUMS 和 THOR 模型表 3 在标准安全带约束下 AHM、THUMS 和 THOR 模型的离位响应对比部位区域SAHM/mm增比/%STHUMS/mm增比/%STHOR/mm增比/%S-4S-10S-4S-10S-4S-10头部_ 质心52.871.134.752.193.178.716.657.0243.4肩部_右侧32.864.195.413.433.6150.78.441.8397.6肩部_ 左侧28.137.232.418.034.491.16.748.1617.9胸部_中间26.142.964.414.328.095.8731.8354.3膝部_右侧0.54.31.93.057.91.97.2膝部_ 左侧0.44.63.14.029.01.812.2注：S-4、S-10 分别表示在制动强度4、10 m/s2下的位移。表 4 标准安全带和主动预紧安全带约束下的 AHM、THUMS 和 THOR 模型离位对比制动强度部位区域SAHM/mm差异/%STHUMS/mm差异/%STHOR/mm差异/%ms-2SSBSPTSSBSPTSSBSPT4头部_ 质心52.822.956.652.131.839.016.60.1100.6肩部_右侧32.811.564.913.42.283.68.41.285.7肩部_ 左侧28.14.783.318.07.956.16.71.2117.9胸部_中间26.15.180.514.33.575.571.8125.7膝部_右侧0.50.1120.01.91.331.61.92.05.3膝部_ 左侧0.40.2150.03.12.229.01.81.80.010头部_ 质心71.163.610.593.176.018.457.043.423.9肩部_右侧64.154.115.633.623.729.541.831.225.4肩部_ 左侧37.227.725.534.424.329.448.118.461.7胸部_中间42.934.120.528.016.042.931.813.557.5膝部_右侧4.30.393.03.02.93.37.24.833.3膝部_ 左侧4.61.273.94.03.85.012.24.166.4注：1.SB 指标准安全带，PT 指主动预紧安全带；2.差异/%=(SSB-SPT)/SSB。表 5 不同制动强度下 3 种模型的离位平均值对比制动强度ms-2部位区域SSB,av mmSPT,av mmSSB,av-SPT,av mmp4头部+上躯干23.07.315.70.009上躯干17.23.713.50.001下肢1.61.20.40.48610头部+上躯干48.635.513.10.117上躯干40.227.013.20.028下肢5.81.44.40.080注：差异显著时 0.01 p 0.05；差异非常显著时 p 0.01。455任立海，等：假人与人体模型在 AEB 作用下的驾驶员离位响应对比的仿真观测值与实车 AEB 实验驾驶员离位量基本处于同一区间12。对于 THOR 模型，2 种制动强度下其头部、肩部及胸部的离位量偏小。与AHM、THUMS模型离位相比，THOR 模型头部离位差异较大（平均超过 90%），而胸部、肩部左右侧离位差异较小（平均小于 55%）。这说明 THOR 模型颈部刚度较硬，低制动强度下其发生弯曲变形的能力较弱，不能很好的模拟真实人体颈部弯曲运动，生物仿真度相比较低。对于AHM 和 THUMS 模型，2 种制动强度下的总体离位差异较小。相较于AHM 模型，THUMS 模型头部、肩部及胸部的离位总体平均增加 25.1%。两者头部离位差异平均低于14.8%，这是由于AHM 和 THUMS模型的颈部具有较高的生物仿真度，能较好地模拟真实人体颈部弯曲运动响应。AHM 模型对比于 THUMS模型的下肢离位量偏小，这可能是由于AHM下肢具有主动肌肉模型，具有较好的支撑作用。对不同安全带约束下驾驶员离位响应的研究结果表明，主动预紧安全带能显著改善驾驶员上躯干（胸部和左右肩部）的离位，对下肢的离位改善不太显著。相对于高制动强度，低制动强度下的主动预紧安全带对驾驶员离位改善的作用更显著，驾驶员的头部+上躯干和下肢的离位量分别平均降低 80.8%和 54.2%；高制动强度下，主动预紧安全带对驾驶员的头部+上躯干和下肢的离位量分别平均降低 30.1%和 45.8%。统计学分析表明，在 4 m/s2制动强度下主动预紧安全带显著地降低了驾驶员头部+上躯干的离位，在 10 m/s2制动强度下主动预紧安全带对驾驶员上躯干的离位改善显著，对驾驶员头部+上躯干的离位改善不太显著，这是由于人体模型的颈部具有较高的生物仿真度，在10 m/s2制动强度下头部惯性大而主动预紧安全带直接作用在胸部与肩部左侧，从而导致头部离位改善不太显著。主动预紧安全带对于下肢的离位改善无显著性统计学意义，但下肢离位量平均降低 50%，这是由于大腿与座椅之间的摩擦，腰带对其离位改善作用偏弱，还由于下肢总体离位量偏小，导致降低率较高。本文仅研究了碰撞前不同制动强度下的驾驶员离位。紧急制动产生的驾驶员离位可能会影响碰撞后约束系统对驾驶员的保护效果，甚至约束系统可能会对驾驶员产生额外的伤害。对于离位对碰撞后的驾驶员以及其他乘员伤害影响还需进一步研究。3 结 论本研究表明，AHM、THUMS 和 THOR 驾驶员约束系统仿真模型对于不同制动强度下的驾驶员离位响应不同，其模型之间存在差异性；驾驶员 约束系统仿真模型在不同安全带约束下的驾驶员离位响应也不同，主动预紧安全带对驾驶员的离位改善有积极作用，并得出以下结论：1）THOR 假人模型对于长时间制动阶段仿真，其生物仿真度较低，不能较真实地反映人体离位响应。AHM 和 THUMS 人体模型生物仿真度较高，尤其AHM 具有主动肌肉模型，能较好地模拟不同制动强度下人体姿态响应。2）自动紧急制动（AEB）作用下，高紧急制动强度下将会使驾驶员产生更明显的离位。3）主动预紧安全带在高紧急制动下的驾驶员离位改善效果没有低制动强度下显著，但在高制动强度下对上躯干的离位改善显著，足够表明主动预紧安全带对驾驶员离位有显著的改善作用。本文未考虑在不同制动强度时的乘员质量影响，不同质量的乘员在汽车不同制动强度制动时，其上躯干在 AEB 作用下产生的等效力不同，因此需要的安全带预紧程度不同，可通过改变主动预紧安全带相关参数，以满足所有制动强度下的离位改善要求。参考文献（References）1 World Health Organization(WHO).Global report of road safety 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