一种用于防护人地碰撞损伤的智能车车头设计方法与流程

1.本发明涉及智能汽车领域，更具体地，涉及一种用于防护人地碰撞损伤的智能车车头设计方法。


背景技术：

2.智能汽车从其概念提出伊始就承担着人们对道路交通安全、智能、高效、节能及环保等美好愿望，人们期待通过智能车将交通事故的数量大幅度降低，实现零事故的愿景。智能化时代，可以肯定的是，事故数量一定会大幅度下降，碰撞车速亦会有较大幅度的降低，但从目前对事故数据的挖掘、行人自动紧急制动系统的研究以及少量具备一定智能程度的汽车(如特斯拉)的运行实践情况来看，智能车离零事故愿景还有很长一段距离。
3.人们对智能车的期待很高，加之智能车肯定能大幅降低车车等碰撞事故数量特别是碰撞车速进而可以更好地保护乘员，但因行人的不可预测性其保护行人的效果肯定不如保护乘员的效果那么明显，这就使得实现零事故愿景前的智能车的行人保护能力亟需研究与提高，以实现交通强者对弱势道路使用者的保护。
4.人车碰撞事故中，人体损伤主要来源于与车辆的第一次撞击及其后与地面的第二次撞击。但已有研究表明，低速碰撞事故中，人体损伤更多来源于与地面的撞击，深度事故调查结果更是显示如能避免地面损伤则可减少2/3的事故损失。为此，学者们就人地碰撞损伤机理、人地碰撞仿真高精度建模及人地碰撞损伤防护方法等方面开展了广泛而深入的研究。其中，在损伤防护的研究中，人们发现车头形状对人地碰撞损伤的影响显著，友好的车头形状具有降低事故中行人伤害的作用；而另外的研究发现，通过制动控制能显著降低地面损伤。显然，友好的车头、高效的制动控制方法均对降低地面碰撞损伤有益，两者结合必将取得更优的防护人地碰撞损伤的效果。从目前研究成果看亦是如此，不同车头形状下通过制动控制降低人地碰撞损伤的效果差异显著，长头轿车的效果最佳而车头短、发动机罩盖高的车头的防护效果较差，这提示我们可以根据不同的制动控制方案设计更友好的车头形状，以获得车辆最佳的人地碰撞损伤防护效果。但纵观现有研究，没有类似成果。


技术实现要素：

5.针对现有研究中没有结合车辆制动控制方法设计行人友好型车头以降低人地碰撞损伤的现状，本发明提出一种用于防护人地碰撞损伤的智能车车头设计方法，实施步骤如下：
6.s1：给定车速、行人步态、行人体型等输入参数，建立人地碰撞虚拟仿真系统，确定碰撞中行人损伤的评价指标；
7.s2：提出基于制动控制的人地碰撞损伤防护实践方案；
8.s3：通过8个参数定义车头形状，并给定各个参数的取值范围；
9.s4：采用优化算法对8个车头形状参数进行优化，获得基于制动控制的人车碰撞仿真中人体损伤及地面所致损伤均最低的最优车头形状；
10.s5：专家论证后，给出防护人地碰撞损伤的最优车头形状。
11.为获得智能车防护人地碰撞损伤的行人友好型车头形状，先建立人地碰撞虚拟仿真系统，再提出防护人地碰撞损伤的车辆制动控制实践方案，在确定描述车头形状的8个参数及各参数取值范围后，采用优化算法获得基于制动控制的人车碰撞仿真中人体损伤及地面所致损伤均最低的最优车头形状，最终将通过专家论证的最优车头形状作为结果输出。
12.优选地，步骤s1中的人地碰撞虚拟仿真系统包括定义了车速且车头参数可修改的车及定义了体型与步态的行人，根据现有成果车速取20km/h、30km/h和40km/h3种情况，行人体型取5百分位女性、5百分位男性，50百分位男性和90百分位男性4种情况，行人步态从行走、奔跑及应急三种步态序列中各选择最危险的2种共6种情况，共72次仿真；行人损伤评价指标为所有仿真中头部损伤准则hic均值及所有仿真中综合损伤费用ic均值；hic可直接从仿真软件中读取，而ic则通过先获得人体头、胸及臀等各个部位的仿真值后将仿真值转换为ais简明损伤等级后再转化为损伤费用、最终求和得到。需要说明的是，无论ic还是hic，都分地面所致、车辆所致两种情况，两种情况中最大值则视为碰撞中人体损伤。
13.优选地，步骤s2中，基于制动控制的人地碰撞损伤防护实践方案的实施步骤如下：
14.s21：当车辆监测到事故不可避免时完全制动车辆直到人体头部与车体碰撞的t1时刻；
15.s22：t1后松开车辆制动，直到监测到人体即将掉落发动机罩盖、人体从车体侧面坠落、人体下肢位置在车辆纵向上比胸部更靠近车体及人体头部接触发动机盖前沿等4种情况中的一种情况后，完全制动车辆至静止；其中人体即将掉落发动机罩盖指人体头部、胸部及臀部之一的高度低于发动机罩前沿的高度而人体从车体侧面坠落指人体头、胸、臀及大腿之一的位置超出车体两侧。在不久的将来，智能车具有较强的外界物体监测及跟踪能力，实现上述两个步骤中的监测任务难度不大；与现有方法相比，为强调方案在现实中具有落地能力，故将此种方法称之为基于制动控制的人地碰撞损伤防护实践方案。步骤s21中，t1之前需完全制动车辆的目的是尽力降低人体头部与车体撞击的速度进而降低车辆所致伤害；之后因人、车在车辆纵向具有相近的速度故可通过控制车辆制动去影响人体落地姿势而降低地面所致损伤。步骤s22中，当人体掉落发动机罩盖时，为防止碾压事故，需完全制动车辆；人体从车体侧面滑落，松开车体制动会给人体带来非常大的损伤风险，未来也许可通过对车辆的横向控制解决这个问题，但从近期可落地的角度看，完全制动以结束制动控制是合理的方案；根据经验，人体下肢比胸部在车辆纵向方向更接近车辆时，表明人体有一个很强的向车辆后方运动的趋势，此时完全制动车辆可以达到很好的防护人地碰撞损伤的效果；而人体头部一旦与发动机盖前沿接触，此时松开制动很难对整个人体的运动学响应产生实质影响但有加重人地碰撞损伤的风险，故需完全制动以结束制动控制。
16.优选地，步骤s3中，定义车头形状的8个参数分别为前保险杠下沿高度、前保险杠上沿高度、发动机罩盖前沿高度、发动机罩盖后沿高度、前保险杠长度、发动机罩盖前沿面板长度、发动机罩盖长度、前挡风玻璃长度，其中高度指离地高度、长度指相关部件在车辆纵向上前沿到后沿的距离；各个参数的取值范围根据设计要求给定。
17.优选地，步骤s4中，优化对象为描述车头形状的8个参数、优化目标为基于制动控制的人车碰撞仿真中人体损伤及人地碰撞损伤，优化方法可选用现有的成熟方法。其中，优化目标既有碰撞中的人体损伤又有人地碰撞损伤的原因是：优化后所得最优车头形状既要
能在制动控制中最大限度降低人地碰撞损伤，但又不能加重人车碰撞损伤、且最好亦能降低人车碰撞损伤，如此所得车头才能称之为行人友好型车头。此处，将人车碰撞损伤与人地碰撞损伤中的大者记为人体损伤。
18.优选地，步骤s5中专家论证的原则是评估所得车头形状是否符合常识，目的是借助专家经验从优化结果中选择科学、合理的车头形状。仿真优化过程中，有时会出现不符合常理的结果，比如高度极低的车头或发动机罩盖前沿高于后沿的车头形状，这些均需要借助专家经验进行修正与选择。
19.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：在车头设计中考虑车辆制动控制方法，所得行人友好型车头能结合制动控制有效降低人地碰撞损伤。
附图说明
20.图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
21.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
22.下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
23.为了提升某智能车的安全性，保证其可以通过控制车辆制动有效降低人车碰撞事故中的人地碰撞损伤，对其车头形状进行优化设计，步骤如下：
24.s1:给定车速、行人步态、行人体型等输入参数，建立人地碰撞虚拟仿真系统，确定碰撞中行人损伤的评价指标。人地碰撞虚拟仿真系统包括定义了车速且车头参数可修改的车及定义了体型与步态的行人，根据现有成果车速取20km/h、30km/h和40km/h3种情况，行人体型取5百分位女性、5百分位男性，50百分位男性和90百分位男性4种情况，行人步态从行走、奔跑及应急三种步态序列中各选择最危险的2种共6种情况，共72次仿真；行人损伤评价指标为所有仿真中头部损伤准则hic均值及所有仿真中综合损伤费用ic均值；hic可直接从仿真软件中读取，而ic则通过先获得人体头、胸及臀等各个部位的仿真值后将仿真值转换为ais简明损伤等级后再转化为损伤费用、最终求和得到。
25.s2：提出基于制动控制的人地碰撞损伤防护实践方案，其实施步骤如下：
26.s21：当车辆监测到事故不可避免时完全制动车辆直到人体头部与车体碰撞的t1时刻；
27.s22：t1后松开车辆制动，直到监测到人体即将掉落发动机罩盖、人体从车体侧面坠落、人体下肢位置在车辆纵向上比胸部更靠近车体及人体头部接触发动机盖前沿等4种情况中的一种情况后，完全制动车辆至静止；其中人体即将掉落发动机罩盖指人体头部、胸部及臀部之一的高度低于发动机罩前沿的高度而人体从车体侧面坠落指人体头、胸、臀及大腿之一的位置超出车体两侧。
28.s3：通过8个参数定义车头形状，并给定各个参数的取值范围。其中，8个参数分别为前保险杠下沿高度、前保险杠上沿高度、发动机罩盖前沿高度、发动机罩盖后沿高度、前保险杠长度、发动机罩盖前沿面板长度、发动机罩盖长度、前挡风玻璃长度，其中高度指离地高度、长度指相关部件在车辆纵向上前沿到后沿的距离；各个参数的取值范围根据设计要求给定。
29.s4：采用优化算法对8个车头形状参数进行优化，获得基于制动控制的人车碰撞仿真中人体损伤及地面所致损伤均最低的最优车头形状。其中，优化对象为描述车头形状的8个参数、优化目标为碰撞中人体损伤及人地碰撞损伤，优化方法选用遗传算法，通过优化后可获得若干最优的车头形状。
30.s5：专家论证后，给出防护人地碰撞损伤的最优车头形状。邀请行业专家对所得各种最优车头形状进行论证，选择最科学、最符合常识的形状作为最终的最优车头。
31.本发明提出了一种用于防护人地碰撞损伤的智能车车头设计方法，先建立人地碰撞虚拟仿真系统，再提出防护人地碰撞损伤的车辆制动控制实践方案，在确定描述车头形状的8个参数及各参数取值范围后，采用优化算法获得基于制动控制的人车碰撞仿真中人体损伤及地面所致损伤均最低的最优车头形状，最终将通过专家论证的最优车头形状作为结果输出。
32.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。