基于肌肉主动力的主动刹车对下肢的损伤影响研究

发布时间：2020-10-11 03:20

　　 伴随汽车的普及,道路交通安全事故的发生率也随之提高,其中正面碰撞的事故发生率和死亡率远高于其他类型的碰撞。人体下肢是正面碰撞中最易损伤的部位,下肢损伤给受害者的家庭及生活带来极大困扰。致力于乘员保护的主动制动系统在最近十年内发展迅速,主动刹车虽然能从一定程度上降低伤亡率,但是其制动过程对下肢损伤的影响仍然未知。明确制动过程对下肢损伤的影响不仅能指导主动刹车系统的参数设计,也为主动安全系统的下肢防护提供了理论依据。肌肉主动力对下肢损伤的影响往往也容易被忽视。本文建立了一个可以模拟肌肉激活的下肢模型,该模型基于湖南大学行人下肢有限元模型改进获得,改进内容包含:网格重新划分;老旧材料参数更换;增加关节囊、关节韧带、关节软骨等,同时建立了能够模拟肌肉主动力的有限元Hill本构模型。将经过全面验证后可以模拟肌肉主动力的下肢模型与Hybrid III 50th假人有限元模型结合,建立50th百分位混合假人模型。本文选取凯美瑞作为碰撞试验车,建立并验证驾驶员约束系统,提取整车的加速度曲线作为人体下肢损伤仿真子系统的输入条件。构建真实的主动刹车仿真环境,然后设计实验方案进行探究。本文设置了28组仿真对照组:仿真的设计变量包括碰撞速度(40km/h和50km/h),制动持续时间(包括有无制动),制动减速度(包含5m/s~2、8m/s~2和10m/s~2),肌肉是否激活。主要探究问题为:(1)在不同的碰撞速度以及制动减速度下,制动过程对下肢损伤的影响;(2)28组仿真之间相邻两组进行对照,探究肌肉主动力对下肢损伤的影响。研究表明,制动过程包括制动持续时间长短对假人头部X向加速度具有显著的积极影响:随着制动时间增加,头部X向加速度降低,对胸部、髋部影响无明显规律性。针对下肢损伤,碰撞速度为50km/h时,制动过程会减轻大腿部位损伤,而碰撞速度为40km/h时,制动过程会增大大腿部位损伤;两种速度工况下,制动过程均增大了膝盖以下部位下肢的损伤,且有随制动时间延长而增大的趋势。两种碰撞速度下,肌肉主动力虽然均使下肢的股骨轴向力、胫骨指数增大,但下肢各部位损伤应力值降低,肌肉的激活从一定程度上减轻了下肢的损伤。根据下肢防护研究结果:适当选取低的膝垫刚度和合理地选择仪表板设计参数,有助于减轻大腿和小腿部位的损伤程度;研究能够应用于主动刹车系统的更加灵敏的传感器来替代制动踏板,有助于降低脚部损伤。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U467.14
【部分图文】：

当某些碰撞不可避免时，主动刹车技术的应用可以降低碰撞的严重乘员的损伤程度。然而想要设计出能够最大程度的减少伤亡的主动要的是了解对乘员的损伤影响。损伤的研究意义撞根据形式可以分为正面碰撞、侧面碰撞、翻滚碰撞、追尾等，前率远高于其他碰撞[9]。根据公安部交管部门的统计数据[10]，2010 年的死亡人数占比如图 1.1 所示。正面碰撞的死亡人数要高于其它碰碰撞中人体损伤的主要部位有：头部，颈部，胸部，腹部以及下肢下肢损伤发生在汽车正面碰撞中[11]。随着安全带的广泛应用以及人增强，头部，颈部的损伤程度大大降低，而下肢由于受安全带影响伤仍较为严重。下肢损伤虽然并不致命，却给受害者的家庭及个人困扰，终生的残疾以及病痛的折磨都给家庭及社会的不稳定因素增加面了解下肢碰撞损伤机理，才能从根源上做好下肢损伤防护工作，汽车结构强度，也可为现有法规的改进完善提供合理化建议。17500

?饕?杉∪狻⑵し簟⑷痛?⒅?荆?亟谀业裙钩伞Ｍ?2.1 下肢主要骨骼构成图2.1.1 下肢骨骼骨盆主要由两大块髋骨和骶骨、尾骨等其他连接骨组成，解剖学结构如图 2.2。骶骨尖向下，像一个倒置三角形，主要组成骨骼为骶椎。髋骨是扁骨，它的形状不规则，其斜下部为髋臼。髋臼位于髋骨中下方，它的底部是髋臼窝，髋臼与与股骨头形成髋关节。髋骨主要由髂骨、坐骨和耻骨三部分构成。髂骨是组成髋骨的最大的骨骼。髋骨的下面是坐骨

图 2.2 骨盆解剖结构图体三大长骨之中最重要的。股骨主要组成为股骨头、股骨股骨头中间的凹坑，叫做股骨头凹，该部位附着着关节韧连接的部位为股骨颈。股骨颈和股骨体的连接处外部的突靠近内侧部位的凹坑叫转子窝。连接大、小转子之间的是股骨的主体部位为股骨干，骨干下端较粗的隆起为股骨髁侧髁，外侧的称为外侧髁，两髁之间的凹陷叫髁间窝。股为髌面。
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本文编号：2835979