全场景的智能化乘员安全保护是未来的乘员约束系统研究趋势。采埃孚亚太汽车安全系统（上海）有限公司（“采埃孚”）提出的场景化的自适应乘员安全保护系统，随着感知精度逐年提高，令场景化乘员安全保护的实时性和主动性研究成为可能。
采埃孚开发了场景化自适应乘员保护系统，完成了系统中关键技术的研究，包括舱内乘员场景分类研究，乘员体征和姿态识别技术，舱内传感器的融合算法，基于主被动融合的技术路线，配合 使用采埃孚自适应乘员约束系统产品和座椅能量管理模块，涵盖了不同场景下的乘员安全保护。
随着车辆智能化与自动化的程度不断提高，汽车乘员舱已从简单的驾驶操作空间演变为多功能智能移动空间，终端消费者对驾乘体验的要求已经从单一交通工具功能转向多维度，场景化的综合体验。在享有舒适性，智能化，个性化的同时对出行安全性提出了更多的挑战。采埃孚亚太汽车安全系统（上海）有限公司（“采埃孚”）提出的场景化的自适应乘员安全保护系统，随着感知精度逐年提高，令场景化乘员安全保护的实时性和主动性研究成为可能。
一、项目背景
传统的乘员安全系统是基于特定的碰撞形式，在单一标准化场景下进行测试，通过乘员伤害程度，从而评判一辆车的乘员碰撞防护能力的优劣。随着个性化，智能化的舱内场景被广泛使用，对场景化，智能化的乘员约束系统方案的需求也日益急迫。
基于多样的舱内场景的约束系统方案，首先需要能够实时感知舱内乘员状态，同时有能力自适应的采取合适的策略完成约束系统保护。不仅在碰撞发生时提供保护，更能预测潜在碰撞并实施主动防护措施，主动和被动相结合的乘员保护策略，使得我们能够提前防范，危险来临前能够应对及时有效。在保证乘员能够享有舒适的舱内环境的前提条件下，全方位的提供乘员约束系统保护。
二、研究目标
本项目的研究目标是完成场景化的自适应乘员安全系统，包括：
l 舱内乘员安全保护场景分类，该分类既能涵盖法规需求，同时考虑客观情况，确保可实施性；
l 根据乘员舱内分类场景进行实时检测-OMS; 完成乘员体型，乘员姿态和安全带佩戴状态检测。检测精度达到95%；
l 针对不同的场景制定不同的安全策略及自适应安全干预算法的开发。实验或仿真验证安全策略的有效性。对于躺姿最严苛的脊柱负荷减少5-7KN ，满足CIAIS评价指标：优秀；
l 相关的安全产品的开发及集成，包括搭载多级限力，电子锁止功能的安全带总成；座椅集成式安全带气囊和椅垫气囊；座椅能量管理模块；产品完成实验验证，部分产品进入量产阶段。
l 自适应乘员安全系统控制器开发。预碰撞算法开发完成并申请专利，控制器集成开发并完成设计验证。
三、技术方案
随着汽车智能化，网联化的发展，舱内外传感器被广泛使用，并且感知精度逐年提高，场景化乘员安全保护的实时性和主动性研究成为可能。本项目采用主被动融合的开发思路，完成场景化的自适应的乘员保护系统开发。
图 场景化自适应乘员保护系统的系统框架图
（一）乘员安全保护场景分类
如图所示，舱内乘员保护场景分类从乘员体型尺寸、乘员坐姿、碰撞严重度三个维度展开：
图 乘员安全保护舱内场景分类图
在现实生活中人的体型类别繁多，但在乘员约束系统开发中我们常把成年乘员分类为5%，50%，95%的三类。
图 男性，女性5%,50%,95%分类身高体重对照表
上图为本项目基于性别，身高，体重和坐姿进行分类研究的测试用例。
（二）乘员检测系统研究
正确识别舱内乘员的状态是乘员安全保护的基础，本项目的乘员状态识别包括乘员体型识别，乘员离位或坐姿识别，安全带佩戴检测三部分。
乘员体型识别和安全带佩戴检测是采用机器学习算法，基于摄像头的图片信息，获得体型和安全带佩戴状态的输出；通过实际采集不同分类人员数据进行算法训练，在算法测试中检测精度为95%；
乘员姿态的识别如下图所示，是采用视觉识别，安全带拉出量传感器，座椅角度和位置传感器以及椅垫重量传感器，多传感器信号融合算法完成。多传感器的融合可以互为校验，极大的提高了检测精度，满足系统要求。
图 乘员姿态识别图
（三）针对不同的乘员舱内场景制定不同的安全策略及自适应安全干预算法的开发
场景化的自适应乘员安全保护系统的研发中，在确认了舱内乘员场景可以正确识别以后，第一个需要完成的就是判定该场景是不是安全。如图所示通过仿真和实验可以区分出安全状态的不安全状态。
具体分为两种情况：
如果是安全状态且碰撞发生概率很低，就正常驾驶；如果碰撞概率较高，即将有碰撞发生，传统的约束系统就能提供足够的乘员安全保护，如下图中的直立坐姿1，无需进行预碰撞干预，直接进入碰撞后的被动安全保护；
如果是不安全的状态但碰撞发生概率较低，可以选择进行提醒或者不干预，继续正常行驶；如果碰撞概率逐渐变高，并超过主动安全干预的阈值时，启动主动安全干预策略，之后发生碰撞，被动安全策略启动，在不安全的场景状态下需要采用主被动融合的策略，才能确保用一套最经济有效的被动安全产品来涵盖各种场景下的乘员安全保护。如图中直立坐姿2和零重力躺姿，由于伤害不同，需要用不同的策略进行安全干预。
图 不同坐姿下的伤害差异
下图是安全干预算法的系统框图，该算法已申请专利。
（四）相关的智能安全执行器的开发及集成
相关的智能安全执行器的开发及集成，包括搭载多级限力，电子锁止功能的安全带总成；座椅集成式安全带气囊和椅垫气囊；座椅能量管理模块；采埃孚Lifetec提供多样化的智能约束系统执行机构，根据不同车型的实际情况，进行选型适配即可完成系统集成开发。
1、搭载多级限力安全带总成
如下图所示共有11种限力适用于多场景下的乘员安全保护，适用于不同坐姿，不同年龄，不同体型包括孕妇，在不同的碰撞严重度和不同乘坐位置下的限力等级。
图 多级限力安全带总成产品及性能图
2、座椅集成式安全带气囊（BOB）和椅垫气囊
对于带有长滑轨的座椅和乘员躺倒，后向的坐姿，传统的集成在仪表盘内的气囊因为工作距离的原因，在碰撞发生时无法有效吸能，集成在座椅里的气囊就成为有效的吸能装置。如下图所示，采用座椅集成安全带气囊可以有效吸收碰撞时产生的能量。坐垫气囊能在不同的乘坐姿态下进行能量调节。
图 座椅集成的安全带气囊BOB和坐垫气囊
3、座椅能量管理模块
在大角度躺姿状态下，将座椅能量管理模块和传统的安全部件组合在一起，将负载限制集成到座椅框架的躺椅和座垫中，当发生碰撞时，向组件发送点火信号，解锁后，乘员惯性向前移动，座椅靠背被织带拉动，坐垫向下移动，实现座椅回位和能量吸收并行。
如下图所示，为座椅能量管理模块的点火组件和吸能摩擦盘。座椅能量管理模块分为椅背能量管理模块（SEM-B）和椅垫能量管理模块（SEM-C）。
图 座椅能量管理模块
在零重力躺姿下，基于乘员回位和能量吸收的概念，去年我们与CATACR和CIASI合作，使用ThorAV假人完成了几轮滑台实验，0重力躺姿状态下碰撞，最大挑战是脊柱负荷，使用采埃孚Lifetec的SEM-B和SEM-C原型样品 ，如图所示可以实现脊柱负荷减少近5~7KN满足CIAIS评价指标：优秀。实验结果意味着座椅吸收更多的能量，乘员伤害有效降低。
图 采用座椅能量管理模块后零重力躺姿下的伤害降低
（一）自适应乘员安全系统控制器开发-座椅能量管理控制器SEM-U
座椅能量管理控制器SEM-U搭载了场景化的自适应乘员保护点火策略，主被动融合策略，从而实现自适应约束系统控制。该研究完成设计验证。
图 座椅能量管理控制单元系统框图
四、成果、结论及展望
本项目开发了场景化自适应乘员保护系统，完成了系统中关键技术的研究，包括舱内乘员场景分类研究，乘员体征和姿态识别技术，舱内传感器的融合算法，基于主被动融合的技术路线，配合使用采埃孚Lifetec自适应乘员约束系统产品和座椅能量管理模块，涵盖了不同场景下的乘员安全保护。针对自适应的大角度乘坐场景下的乘员保护，进行了实验研究，在大角度坐姿下，脊柱负荷降低5-7KN。
全场景的智能化乘员安全保护是未来的乘员约束系统研究趋势，舱内乘员识别系统的网络安全和功能安全的研究还需要细化；安全干预算法的也会随着传感器能力提升，提高精度，从而在舒适性和安全性中得到更好的平衡。