湖南省教育厅优秀青年项目“基于制动控制的人地碰撞损伤防护潜在效益及实现途径(19B035)”项目介绍

该项目以揭示通过制动控制降低人地碰撞损伤的潜在效益为主要目的，利用仿真系统以及分析虚拟仿真结果与真实事故数据揭示控制制动策略对人地碰撞损伤防护的效益及实现途径。同时在研发过程中探索基于制动控制的人地碰撞损伤防护路径，为后续研发实用性更强的人地碰撞损伤防护方法奠定基础。

1 研究背景

统计数据显示约80%的人车事故中碰撞车速低于40km/h。随着自动驾驶技术的发展，车辆识别事故风险的能力会显著提升进而使得未来事故中碰撞车速更低。大量研究表明：在低速碰撞下，人地碰撞对行人伤害有显著的影响；最新研究发现如能避免车速低于40km/h事故中的人地碰撞损伤则可将事故总损失降低2/3。这一结论非常诱人，表明当事故不可避免时降低人地碰撞损伤可有效降低事故中人体的总伤害。进一步的研究发现通过控制事故车辆的制动具有降低人地碰撞损伤的潜在效益，在最优情况下能将人地碰撞损失降低至未控制制动的1%左右。该研究表明控制制动能降低人地碰撞损伤的程度，但未能获得“为何能降低”“可降低多少”以及“如何去降低”等问题的答案。

2 研究内容

为回答通过控制车辆制动“为何能降低”“可降低多少”以及“如何去降低”人地碰撞损伤等问题。项目试图探索基于制动控制的人地碰撞损伤防护潜在效益及实现途径，具体从人地碰撞虚拟仿真系统搭建、基于制动控制的人地碰撞损伤防护潜在效益与机理及防护人地碰撞损伤的制动控制策略3个方面开展研究。研究内容包括：基于尸体实验数据的高精度人地碰撞仿真模型、稳定的人地碰撞虚拟仿真系统、事故中基于制动控制的人地碰撞损伤防护效益及理想化的防护人地碰撞损伤的制动控制策略等。

3 研究成果及意义

在项目支持下取得系列成果。基于事故案例，提出基于人车相互作用时间的人地碰撞损伤防护新视角，发现通过控制车辆制动可以显著降低人地碰撞损伤、通过制动控制能显著拉近人车间距离进而为其他车载装备(如气囊)等保护人地碰撞提供可能、制动控制过程中如非大转弯则与其他交通参与方发生潜在碰撞的可能性不高、人地碰撞损伤能防护的重要原因是人体落地姿态的改变。基于仿真实验，提出了一种降低人地撞击损伤的车辆制动控制方法，发现控制制动能降低地面所致损伤但不会加重车辆所致损伤、且能将83.75%案例中车辆与人体头或臀首次触地点之间的距离缩短至 1 m内，最优化后发现通过控制车辆制动可将人地碰撞损失降低近90%。通过事故数据挖掘，归纳出事故中行人的奔跑、行走和应急3种步态序列并提炼了每一种序列中的10种典型步态；发现行人面对危险时有很强的减速能力，进而提出一种考虑人体减速度的行人自动紧急制动方法，发现最优时能将事故避免率提升到接近90%。

项目的顺利实施，不仅为未来汽车降低事故中人地碰撞损伤提供可行方案，切实降低事故损失特别是行人损伤，具有重要实用价值；研究过程中还依托已有研究成果在事故再现数据挖掘、车辆运动控制方法等领域开展创新研究，具有重要的理论与学术价值。