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个性化头部生物力学模型的开发及验证

中国医学物理学杂志 2024年第7期41卷 883-889页

作者：李海岩曹祎帆贺丽娟吕文乐崔世海阮世捷天津科技大学机械工程学院天津300222 现代汽车安全技术国际联合研究中心天津300222

本文提出了一种个性化头部生物力学模型建模方法,并对所生成模型进行了有效性验证。该方法以图斯特50th百分位头部生物力学模型为基础,基于目标模型头部CT数据,采用三维点云配准和自由网格变形法,实现具有详实脑组织结构的个性化头部生... 详细信息

本文提出了一种个性化头部生物力学模型建模方法,并对所生成模型进行了有效性验证。该方法以图斯特50th百分位头部生物力学模型为基础,基于目标模型头部CT数据,采用三维点云配准和自由网格变形法,实现具有详实脑组织结构的个性化头部生物力学模型的快速建模。通过重构经典尸体试验,发现该方法构建的个性化头部生物力学模型在运动学和生物力学响应方面与尸体试验结果高度一致,且与通过逆向工程方法开发的头部生物力学模型并无明显差异,验证了本文方法所开发模型的有效性。因此,本文方法可用于快速构建具有详细解剖学结构的个性化头部生物力学模型,为损伤生物力学、临床医学和法医鉴定等领域的数字化需求提供基础计算分析工具。

关键词：头部生物力学模型个性化建模自由网格变形有限元法

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两轮电动车骑车人头部损伤的生物力学分析

天津科技大学学报 2024年第2期39卷 50-58页

作者：李海岩孙宗祥赵洪乾崔世海贺丽娟吕文乐天津科技大学现代汽车安全技术国际联合研究中心天津300222

两轮电动车(powered two-wheeler,PTW)骑车人头部损伤是我国道路交通事故中一种常见的伤害类型,完善骑车人头部损伤评价标准对制定两轮电动车骑车人安全法规以降低碰撞损伤风险具有重要意义。本文采用头部具有详细解剖学结构的人体数值... 详细信息

两轮电动车(powered two-wheeler,PTW)骑车人头部损伤是我国道路交通事故中一种常见的伤害类型,完善骑车人头部损伤评价标准对制定两轮电动车骑车人安全法规以降低碰撞损伤风险具有重要意义。本文采用头部具有详细解剖学结构的人体数值模型进行骑车人-车辆碰撞仿真,对头部进行生物力学分析和损伤评估,并与行人-车辆碰撞中行人头部损伤进行对比分析。研究发现行人和骑车人在车辆碰撞事故中运动学响应较为相似,但头部生物力学响应存在差异,骑车人头部损伤风险高于行人。同时发现骑车人握力因素影响头部的运动学响应,应考虑其在两轮电动车骑车人头部损伤评估中的影响。

关键词：两轮电动车侧面碰撞头部损伤评价握力生物力学响应

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客车侧面碰撞安全研究进展

天津科技大学学报 2024年第4期39卷 1-8页

作者：贺丽娟王福洋李海岩崔世海吕文乐阮世捷现代汽车安全技术国际联合研究中心天津科技大学机械工程学院天津300222

为了完善并制定具有中国特征的客车侧面碰撞安全法规,首先,阐述了欧洲及美国的汽车侧面碰撞安全法规,并介绍了中国客车法规的现状,从碰撞形式、假人类型、碰撞速度、假人位置及评价指标等方面对比了欧洲和美国汽车侧面碰撞法规的差异性... 详细信息

为了完善并制定具有中国特征的客车侧面碰撞安全法规,首先,阐述了欧洲及美国的汽车侧面碰撞安全法规,并介绍了中国客车法规的现状,从碰撞形式、假人类型、碰撞速度、假人位置及评价指标等方面对比了欧洲和美国汽车侧面碰撞法规的差异性;其次,从碰撞实验的角度,在实车碰撞、台车实验及计算机模拟仿真实验等方面总结了目前国内外对大客车侧面碰撞安全的研究现状,并对计算机模拟仿真实验从强度、结构、刚度等方面进行阐述;最后,基于当前国内外大客车的碰撞安全研究现状,预测了提高客车被动安全的发展趋势,即虚拟测评技术、主被动安全一体化、碰撞相容性等。研究结果可以为我国推出客车侧面碰撞法规提供理论参考。

关键词：客车安全安全法规侧面碰撞实验虚拟测评技术

汽车座椅头枕高度对乘员头颈部生物力学响应分析

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医用生物力学 2024年第S1期 219-219页

作者：李海岩王福洋赵洪乾贺丽娟崔世海吕文乐天津科技大学机械工程学院天津科技大学现代汽车安全技术国际联合研究中心

目的探究汽车追尾碰撞事故中,座椅头枕高度对乘员头颈部的运动学和生物力学响应的影响。方法应用中国体征第50百分位男性头颈部生物力学模型和某款汽车头枕有限元模型,设置不同头枕高度的13组汽车追尾碰撞仿真试验,分析头部损伤指标HI...

目的探究汽车追尾碰撞事故中,座椅头枕高度对乘员头颈部的运动学和生物力学响应的影响。方法应用中国体征第50百分位男性头颈部生物力学模型和某款汽车头枕有限元模型,设置不同头枕高度的13组汽车追尾碰撞仿真试验,分析头部损伤指标HIC15、脑组织von Mises应力、颈部伤害指标Nkm和颈椎von Mises应力,并分别与头枕高度进行二维非线性拟合得到预测模型。结果全部头颈部损伤参数变化趋势一致,均为随头枕高度的升高先减小后增加,损伤参数最低值出现在头枕最高点与乘员头部最高点差值0～10 mm区间内。在头枕最高点低于乘员头部最高点30 mm以上时,乘员颈椎C1损伤风险最大,头枕最高点低于乘员头部最高点距离小于30 mm以及高于乘员头部最高点时,乘员颈椎C7损伤风险最大。结论汽车座椅头枕设计及乘员实际乘车时,应尽量使得头枕最高点与乘员头部最高点接近以降低乘员在汽车追尾碰撞中头颈部损伤风险。本研究量化评估了汽车座椅头枕高度对乘员头颈部的运动学和生物力学影响,为汽车追尾碰撞中乘员损伤机理研究和座椅头枕安全防护设计提供理论依据和数据支撑。

关键词：

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基于光学模型的雾天点云渲染方法

激光与光电子学进展 2024年

作者：于惠春张蕊夏鹏王旭龙天津职业技术师范大学汽车与交通学院智能车路协同和安全技术国家地方联合工程研究中心天津海豚智行科技有限公司

针对雾天点云数据集采集困难的问题，提出了一种基于光学模型的点云雾天渲染方法。首先，建立在相同场景中，良好天气与雾天的激光雷达脉冲响应之间的数学关系。其次，利用激光在雾天中的衰减设计算法，通过修改算法中衰减系数α、后向... 详细信息

针对雾天点云数据集采集困难的问题，提出了一种基于光学模型的点云雾天渲染方法。首先，建立在相同场景中，良好天气与雾天的激光雷达脉冲响应之间的数学关系。其次，利用激光在雾天中的衰减设计算法，通过修改算法中衰减系数α、后向散射系数β、目标的差分反射率β0，设定渲染点云的能见度，得到设定能见度下的雾天渲染点云。实验证明，本文方法有效的渲染能见度为50-100m以内的雾天点云，该方法表现出了稳定的效果。渲染点云与真实雾天点云相比，KL散度平均值均小于6,Hausdorff距离小于0.5m的占比平均值均不低于85%,MSE距离平均值均小于8，证明了该方法的可行性。因此，本文方法能够对良好天气下的点云进行雾天点云渲染，解决雾天点云数据集匮乏和能见度数据缺失的问题。

关键词：雾天渲染光学模型激光雷达点云处理大气衰减

面向红外与可见光图像融合的改进双鉴别器生成对抗网络算法

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红外技术 2024年

作者：廖光凤关志伟陈强天津职业技术师范大学汽车与交通学院天津中德应用技术大学汽车与轨道交通学院智能车路协同与安全技术国家地方联合工程研究中心

针对现有的红外与可见光图像融合算法对全局和多尺度特征提取不充分，对不同模态图像的关键信息提取不精准的问题，提出了基于双鉴别器生成对抗网络的红外与可见光图像融合算法。首先，生成器结合卷积和自注意力机制，捕获多尺度局部特... 详细信息

针对现有的红外与可见光图像融合算法对全局和多尺度特征提取不充分，对不同模态图像的关键信息提取不精准的问题，提出了基于双鉴别器生成对抗网络的红外与可见光图像融合算法。首先，生成器结合卷积和自注意力机制，捕获多尺度局部特征和全局特征；其次，将注意力机制与跳跃连接结合，充分利用多尺度特征并减少下采样过程中的信息丢失；最后，两个鉴别器引导生成器关注红外图像的前景显著目标和可见光图像的背景纹理信息，使融合图像保留更多关键信息。在公开数据集M3FD和MSRS上的实验结果表明，与对比算法相比，6种评价指标结果显著提高，其中平均梯度（AG）在两个数据集上相较于次优结果分别提高了27.83%和21.06%。本文算法的融合结果细节丰富，具有较好的视觉效果。

关键词：图像融合生成对抗网络双鉴别器红外图像

儿童安全座椅中填充吸能泡沫对头部的保护效果分析

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汽车工程 2020年第2期42卷 228-233,269页

作者：李海岩李健崔世海贺丽娟阮世捷吕文乐天津科技大学现代汽车安全技术国际联合研究中心

采用Pam-Crash仿真软件,在已验证的6岁儿童乘员有限元模型上,施加ECE R129法规中规定的减速度曲线,以模拟汽车在侧面碰撞事故中后排儿童乘员的头部损伤情况。通过头部质心合加速度、头部性能指标(HPC)、脑组织Von Mises应力、颅内压、... 详细信息

采用Pam-Crash仿真软件,在已验证的6岁儿童乘员有限元模型上,施加ECE R129法规中规定的减速度曲线,以模拟汽车在侧面碰撞事故中后排儿童乘员的头部损伤情况。通过头部质心合加速度、头部性能指标(HPC)、脑组织Von Mises应力、颅内压、剪切应力和泡沫与头部之间的接触力等评价指标,研究侧面碰撞时安全座椅侧翼结构中头枕部位填充吸能泡沫对儿童乘员头部的保护效果。结果表明:安全座椅中填充泡沫可有效降低侧面碰撞对头部的损伤,且填充PU泡沫的保护效果要优于EPS泡沫。

关键词：儿童安全座椅吸能泡沫侧面碰撞头部损伤

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全球NCAP行人保护测评的对比研究及展望

汽车工程 2021年第5期43卷 730-738页

作者：李海岩杨振贺丽娟吕文乐崔世海阮世捷天津科技大学现代汽车安全技术国际联合研究中心天津300222

新车评估规程作为第三方评价机制倍受汽车企业和广大消费者重视,在促进汽车安全性技术研发方面发挥了重要作用。近年来,全球NCAP在行人保护方面不断改进,最新颁布的C⁃NCAP(2021版)对行人保护提出了更高的要求。本文中对中国、欧洲、澳... 详细信息

新车评估规程作为第三方评价机制倍受汽车企业和广大消费者重视,在促进汽车安全性技术研发方面发挥了重要作用。近年来,全球NCAP在行人保护方面不断改进,最新颁布的C⁃NCAP(2021版)对行人保护提出了更高的要求。本文中对中国、欧洲、澳大利亚、韩国、日本和拉丁美洲最新版NCAP中行人保护测试方式和评分标准进行综述对比分析,并对行人碰撞保护评价方法做出展望,旨在为汽车企业研发和评价测试人员提供一个全面综合的参考,为我国汽车行人碰撞安全标准的制定提供依据。

关键词：全球NCAP 行人保护测评方法对比研究

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乘员与安全气囊初始距离对轻度脑损伤的影响

汽车工程 2020年第7期42卷 882-886,893页

作者：李海岩李鑫杰崔世海贺丽娟阮世捷吕文乐天津科技大学现代汽车安全技术国际联合研究中心天津300222

基于已构建且经验证的成人第50百分位头部有限元模型,在LS-DYNA软件中模拟头部与安全气囊不同初始距离的碰撞过程,探究汽车碰撞中安全气囊与头部不同初始距离对乘员轻度脑损伤的影响。仿真中测得颅脑响应参数如HIC15值、脑灰质处压力、... 详细信息

基于已构建且经验证的成人第50百分位头部有限元模型,在LS-DYNA软件中模拟头部与安全气囊不同初始距离的碰撞过程,探究汽车碰撞中安全气囊与头部不同初始距离对乘员轻度脑损伤的影响。仿真中测得颅脑响应参数如HIC15值、脑灰质处压力、脑组织von Mises应力、脑剪切应力等。对结果的分析表明:当乘员头部与安全气囊的距离大于等于290 mm时,引发轻度创伤性脑损伤的概率均低于50%;随着头部与安全气囊的距离减小,颅脑响应参数值会增大,造成颅脑损伤的概率增大。因此汽车碰撞过程中,尽管乘员合理使用安全带,但当乘员头部与安全气囊距离过近时也会引发轻度创伤性脑损伤,建议两者距离应大于290 mm。

关键词：初始距离安全气囊轻度创伤性脑损伤 50百分位头部有限元模型