一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤的方法与流程

本发明属于车辆安全性能检测领域，尤其是涉及一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤的方法。

背景技术：

假人是车辆被动安全评价测试中较为重要的工具。在实车碰撞测试过程中，通过假人内各类传感器响应信号来反映真实乘员受到伤害的程度。CIDAS近年来统计数据表明，在发生的碰撞事故中，前后排假人乘坐的概率大约为1：4，且后排乘坐小尺寸乘员的现象更为普遍。相比于前排乘员，后排位置处没有安全气囊的保护，靠安全带约束几乎是唯一的手段。因此在某些碰撞试验中，后排Hybrid III 5th假人头部存在撞击车辆部件如前排座椅的可能性。依据上述原因，C-NCAP于2006年将后排位置乘坐小尺寸乘员的工况纳入评价体系中,于2012年通过Hybrid III 5th假人限值指标对车辆安全性能作出定量评价。Hybrid III 5th假人评价的部位包括头部、颈部和胸部，C-NCAP规则中规定若头部未与车辆发生二次碰撞，直接获得满分；若与车辆发生二次碰撞，将以HIC15指标来评价。一旦这种情况发生，如何判定头部是否受到伤害是一个较难判定的问题，另外由于Hybrid III 5th假人主要由内部金属框架结构和外表乙烯橡胶皮肤组成，这种5th假人自身碰撞波形与假人接触车体引起的碰撞波形有些类似，如果不加以剔除，可能会对车辆的碰撞安全性能做出错误的评判。在C-NCAP评价试验，关于假人二次碰撞的评价，是通过安装高速摄像机来判定的。但是在实车正面碰撞试验中，由于后排乘员的姿态是运动的，这种判定方法存在一定的主观性。尤其是当后排5^th女性假人头部先与车辆内物发生二次碰撞，再发生自身二次碰撞的情况，如何判定这两阶段分界面，是较为复杂的问题。因此在进行车辆被动安全评价试验时，急需一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤的方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤的方法，以本发明采用了一种根据假人头颈部传感器信号来计算和判定的方法，结合高速视频信号，能够对碰撞过程中后排5th假人的头部损伤情况作出客观的判断。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤的方法：包括以下步骤：

步骤1：采集乘员头部加速度(a_x,a_y,a_z)11和上颈部负载力(F_x,F_y,F_z)12，并对乘员头部及面部涂抹颜料，通过高速摄像机来捕获乘员的运动姿态，结合乘员头部加速度(a_x,a_y,a_z)11情况及颜料情况，初步判定是否发生二次碰撞的可能性，若通过高速摄像机的摄像观测乘员未发生撞击，确定没有发生二次碰撞，则直接判定乘员头部无损伤；

步骤2：若存在发生二次碰撞的可能性，进行头部接触负载力计算，当接触负载力小于或等于预设力值时，判断头部无二次碰撞；当头部接触负载力大于预设力值时则判断为发生二次碰撞；

步骤3：当头部接触负载力大于预设力值时判断为发生二次碰撞时，对于能够通过高速视频确认头部发生二次碰撞时段的情况，在相应的HIC计算区间6，进行头部HIC15计算；

步骤4：对于不能够通过高速视频确认头部发生二次碰撞时段的情况，在头部接触负载力-时间曲线8中，结合高速视频分离假人二次碰撞5及假人自身碰撞51阶段中预设力值以上的头部接触负载力，并分离确定接触时段起点t_e2及终点t_d21；

若能够头部接触负载力分离，且能分离HIC计算区间6时，即：假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51所产生的波形峰值间负载力7小于等于第二预设力值的时候，在头部接触负载力-时间分布曲线8中，确定第二预设力值水平线4及预设力值水平线41对应波形的时刻点，在每个峰值中，以第一个达到预设力值的时刻点为搜索基准点1，进行接触时段起点t_e2和终点t_d21的确定；搜索基准点1向前达到第二预设力值的时刻点为起点t_e2,向后达到第二预设力值的时刻点为终点t_d21，然后进行头部HIC15计算；起点t_e2至终点t_d21即为HIC计算区间6；

若能够头部接触负载力分离，但不能分离HIC计算区间6时，即：假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51所产生之间的波形峰值间负载力7大于第二预设力值且小于预设力值的时候，在头部接触负载力-时间分布曲线8中，确定第二预设力值水平线4及预设力值水平线41对应波形的时刻点，在每个峰值中，以第一个达到预设力值的时刻点为搜索基准点1，进行接触时段起点t_e2和终点t_d21的确定；搜索基准点1向前达到第二预设力值的时刻点为起点t_e2,且重新定义终点t_d21为t_d’22，重新定义的t_d’22为在头部接触负载力-时间曲线8中，预设力值水平线41对应的两时刻点为t₁3及t₂31，则t_d’22＝(t₁3+t₂31)/2，然后进行头部HIC15计算；

步骤5：若不能够头部接触负载力分离，即：因假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51所产生波形之间的峰值间负载力7大于或等于预设力值时，在此时头部接触负载力-时间曲线8与第二预设力值水平线4对应的两时刻点为起点t_e2及终点t_d21，然后进行头部HIC15计算。

通过HIC15计算值的大小，可判定车辆正碰中乘员头部损伤情况，HIC15计算值越大，对乘员头部损伤越严重。

在本发明的实施例的实际应用中，包括以下步骤：

步骤1：采集Hybrid III 5th假人头部加速度(a_x,a_y,a_z)11和Hybrid III 5th假人上颈部负载力(F_x,F_y,F_z)12，对假人头部及面部涂抹颜料，通过高速摄像机来捕获假人的运动姿态，结合假人头部加速度(a_x,a_y,a_z)11情况及颜料情况，初步判定是否发生二次碰撞的可能性，若确定没有发生二次碰撞，则直接判定乘员头部损伤情况；

步骤2：若存在发生二次碰撞的可能性，进行头部接触负载力计算，当头部接触负载力小于或等于500N，判断头部无二次碰撞；当头部接触负载力大于500N则判断为发生二次碰撞；

步骤3：当头部接触负载力大于500N判断为发生二次碰撞时，对于能够通过高速视频确认头部发生二次碰撞时段的情况，在相应的HIC计算区间6，进行头部HIC15计算；

步骤4：对于不能够通过高速视频确认头部发生二次碰撞时段的情况，在头部接触负载力-时间曲线8中，结合高速视频分离假人二次碰撞5及假人自身碰撞51(头/胸，头/膝)等阶段中500N以上的头部接触负载力，并分离确定接触时段起点t_e2及终点t_d21；

若能够头部接触负载力分离，且能分离HIC计算区间6时，即：假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51(头/胸、头/膝)所产生的波形峰值间负载力7小于等于200N的时候，首先在头部接触负载力-时间分布曲线8中，确定200N水平线4及500N水平线41对应波形的时刻点，在每个峰值中，以第一个达到500N的时刻点为搜索基准点1，进行接触时段起点t_e2和终点t_d21的确定；即：搜索基准点1向前达到200N的时刻点为起点t_e2,向后达到200N的时刻点为终点t_d21，然后进行头部HIC15计算；

若能够头部接触负载力分离，但不能分离HIC计算区间6时，即：假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51(头/胸、头/膝)所产生波形峰值间负载力7大于200N小于500N的时候，首先在头部接触负载力-时间分布曲线8中，确定200N水平线4及500N水平线41对应波形的时刻点，在每个峰值中，以第一个达到500N的时刻点为搜索基准点1，进行接触时段起点t_e2和终点t_d21的确定；即：搜索基准点1向前达到200N的时刻点为起点t_e2,且重新定义终点t_d21为t_d’22，重新定义的t_d’22为在头部接触负载力-时间曲线8中，500N水平线41对应的两时刻点为t₁3及t₂31，则t_d’22＝(t₁3+t₂31)/2，然后进行头部HIC15计算；

步骤5：若不能够头部接触负载力分离，即：因假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51所产生波形(头/胸、头/膝)的峰值间负载力7大于或等于500N时，在此时头部接触负载力-时间曲线8与200N水平线4对应的两时刻点为起点t_e2及终点t_d21，然后进行头部HIC15计算。

进一步的，头部接触负载力计算公式为：

头部接触负载力

其中a_x,a_y,a_z为假人头部加速度(a_x,a_y,a_z)11，M为假人头部质量，F_x,F_y,F_z为假人上颈部负载力(F_x,F_y,F_z)12。

进一步的，头部HIC15的计算公式为：

a_R为假人头部加速度(a_x,a_y,a_z)11的合成加速度；

t₁3和t₂31为HIC计算区间6内任意时间，|t₂-t₁|≦15ms，计算累计3ms合成加速度值，HIC计算区间6为头部发生二次碰撞接触时段起点t_e2和终点t_d21。

相对于现有技术，本发明的一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤的方法，具有以下优势：

本发明的一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤的方法，根据假人头颈部传感器信号来计算和判定的方法，结合高速视频信号，能够对碰撞过程中后排5th假人的头部损伤情况作出客观的判断。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤的方法流程示意图；

图2为本发明实施例的一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤假人头部示意图；

图3为本发明实施例的一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤假人头部确定起点t_e，终点t_d示意图；

图4为本发明实施例的一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤假人头部步骤4第一示意图；

图5为本发明实施例的一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤假人头部步骤4第二示意图；

图6为本发明实施例的一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤假人头部步骤4第三示意图；

图7为本发明实施例的一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤假人头部步骤5示意图。

附图标记说明：

1-搜索基准点；11-头部加速度(a_x,a_y,a_z)；12-上颈部负载力(F_x,F_y,F_z)；2-起点t_e；21-终点t_d；22-t_d’；3-t₁；31-t₂；4-200N水平线；41-500N水平线；5-假人二次碰撞；51-假人自身碰撞；6-HIC计算区间；7-峰值间负载力；8-头部接触负载力-时间曲线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-7所示，一种用于车辆正碰中判定乘员头部损伤的方法：包括以下步骤：

步骤1：采集乘员头部加速度(a_x,a_y,a_z)11和上颈部负载力(F_x,F_y,F_z)12，并对乘员头部及面部涂抹颜料，通过高速摄像机来捕获乘员的运动姿态，结合乘员头部加速度(a_x,a_y,a_z)11情况及颜料情况，初步判定是否发生二次碰撞的可能性，若通过高速摄像机的摄像观测乘员未发生撞击，确定没有发生二次碰撞，则直接判定乘员头部无损伤；

步骤2：若存在发生二次碰撞的可能性，进行头部接触负载力计算，当接触负载力小于或等于预设力值时，判断头部无二次碰撞；当头部接触负载力大于预设力值时则判断为发生二次碰撞；

步骤3：当头部接触负载力大于预设力值时判断为发生二次碰撞时，对于能够通过高速视频确认头部发生二次碰撞时段的情况，在相应的HIC计算区间6，进行头部HIC15计算；

步骤4：对于不能够通过高速视频确认头部发生二次碰撞时段的情况，在头部接触负载力-时间曲线8中，结合高速视频分离假人二次碰撞5及假人自身碰撞51阶段中预设力值以上的头部接触负载力，并分离确定接触时段起点t_e2及终点t_d21；

若能够头部接触负载力分离，且能分离HIC计算区间6时，即：假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51所产生的波形峰值间负载力7小于等于第二预设力值的时候，在头部接触负载力-时间分布曲线8中，确定第二预设力值水平线4及预设力值水平线41对应波形的时刻点，在每个峰值中，以第一个达到预设力值的时刻点为搜索基准点1，进行接触时段起点t_e2和终点t_d21的确定；搜索基准点1向前达到第二预设力值的时刻点为起点t_e2,向后达到第二预设力值的时刻点为终点t_d21，然后进行头部HIC15计算；起点t_e2至终点t_d21即为HIC计算区间6；

若能够头部接触负载力分离，但不能分离HIC计算区间6时，即：假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51所产生之间的波形峰值间负载力7大于第二预设力值且小于预设力值的时候，在头部接触负载力-时间分布曲线8中，确定第二预设力值水平线4及预设力值水平线41对应波形的时刻点，在每个峰值中，以第一个达到预设力值的时刻点为搜索基准点1，进行接触时段起点t_e2和终点t_d21的确定；搜索基准点1向前达到第二预设力值的时刻点为起点t_e2,且重新定义终点t_d21为t_d’22，重新定义的t_d’22为在头部接触负载力-时间曲线8中，预设力值水平线41对应的两时刻点为t₁3及t₂31，则t_d’22＝(t₁3+t₂31)/2，然后进行头部HIC15计算；

步骤5：若不能够头部接触负载力分离，即：因假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51所产生波形之间的峰值间负载力7大于或等于预设力值时，在此时头部接触负载力-时间曲线8与第二预设力值水平线4对应的两时刻点为起点t_e2及终点t_d21，然后进行头部HIC15计算。

通过HIC15计算值的大小，可判定车辆正碰中乘员头部损伤情况，HIC15计算值越大，对乘员头部损伤越严重。

在本发明的实施例的实际应用中，包括以下步骤：

如图2所示，步骤1：采集Hybrid III 5th假人头部加速度(a_x,a_y,a_z)11和Hybrid III 5th假人上颈部负载力(F_x,F_y,F_z)12，对假人头部及面部涂抹颜料，通过高速摄像机来捕获假人的运动姿态，结合假人头部加速度(a_x,a_y,a_z)11情况及颜料情况，初步判定是否发生二次碰撞的可能性，若确定没有发生二次碰撞，则直接判定乘员头部损伤情况；

如图1所示，步骤2：若存在发生二次碰撞的可能性，进行头部接触负载力计算，当头部接触负载力小于或等于500N，判断头部无二次碰撞；当头部接触负载力大于500N则判断为发生二次碰撞；

如图1所示，步骤3：当头部接触负载力大于500N判断为发生二次碰撞时，对于能够通过高速视频确认头部发生二次碰撞时段的情况，在相应的HIC计算区间6，进行头部HIC15计算；

步骤4：对于不能够通过高速视频确认头部发生二次碰撞时段的情况，在头部接触负载力-时间曲线8中，结合高速视频分离假人二次碰撞5及假人自身碰撞51(头/胸，头/膝)等阶段中500N以上的头部接触负载力，并分离确定接触时段起点t_e2及终点t_d21；

如图4所示，若能够头部接触负载力分离，且能分离HIC计算区间6时，即：假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51(头/胸、头/膝)所产生的波形峰值间负载力7小于等于200N的时候，首先在头部接触负载力-时间分布曲线8中，确定200N水平线4及500N水平线41对应波形的时刻点，在每个峰值中，以第一个达到500N的时刻点为搜索基准点1，进行接触时段起点t_e2和终点t_d21的确定；即：搜索基准点1向前达到200N的时刻点为起点t_e2,向后达到200N的时刻点为终点t_d21，然后进行头部HIC15计算；

如图5、图6所示，若能够头部接触负载力分离，但不能分离HIC计算区间6时，即：假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51(头/胸、头/膝)所产生波形峰值间负载力7大于200N小于500N的时候，首先在头部接触负载力-时间分布曲线8中，确定200N水平线4及500N水平线41对应波形的时刻点，在每个峰值中，以第一个达到500N的时刻点为搜索基准点1，进行接触时段起点t_e2和终点t_d21的确定；即：搜索基准点1向前达到200N的时刻点为起点t_e2,且重新定义终点t_d21为t_d’22，重新定义的t_d’22为在头部接触负载力-时间曲线8中，500N水平线41对应的两时刻点为t₁3及t₂31，则t_d’22＝(t₁3+t₂31)/2，然后进行头部HIC15计算；

如图7所示，步骤5：若不能够头部接触负载力分离，即：因假人二次碰撞5所产生的波形与假人自身碰撞51所产生波形(头/胸、头/膝)的峰值间负载力7大于或等于500N时，在此时头部接触负载力-时间曲线8与200N水平线4对应的两时刻点为起点t_e2及终点t_d21，然后进行头部HIC15计算。

如图1-7所示，头部接触负载力计算公式为：

头部接触负载力

其中a_x,a_y,a_z为假人头部加速度(a_x,a_y,a_z)11，M为假人头部质量，F_x,F_y,F_z为假人上颈部负载力(F_x,F_y,F_z)12。

如图1-7所示，头部HIC15的计算公式为：

a_R为假人头部加速度(a_x,a_y,a_z)11的合成加速度；

t₁3和t₂31为HIC计算区间6内任意时间，|t₂-t₁|≦15ms，计算累计3ms合成加速度值，HIC计算区间6为头部发生二次碰撞接触时段起点t_e2和终点t_d21。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。