21世纪以来,全球的老龄化进程加快。然而世界人口老龄化逐渐严重导致一个重要的后果,那就是驾乘人员中老年人群的占比将越来越大。由于老年人体骨骼中矿物质含量逐年降低,导致其在汽车碰撞时的损伤耐受度会低于一般青年人,故老年人体乘员将成为在汽车碰撞中较难保护对象。随着计算机应用技术的普及,越来越多的计算机控制技术应用到了现代汽车上,因此,汽车的自动控制程度也得到了很大的提高。自动驾驶车辆的出现,对于老年人体乘员来说,将会是最便利的交通出行工具,可以减少因操作失误而引起的汽车碰撞事故。在自动驾驶车辆中,智能控制系统能够有效的规避较多的交通事故,但也存在无法避免的汽车碰撞情况,且座位朝向分布种类较多。因此,本文开发了老年人体乘员的有限元模型,以研究老年人体乘员在不同座椅朝向下的运动学和生物力学响应,并将其应用到主动旋转座椅安全策略研究中。具体的研究工作内容如下:1、通过参与国外生物工程中心对老年人体乘员模型的开发过程。先对人体整体解剖结构、人体组织损伤机理和耐受极限进行相关文献和书籍的查阅,综合得出人体各项性能指标。首先建立老年人体整体框架的基础几何模型,然后对老年人体乘员几何模型进行调整,使其整体几何模型完全配合。在CAE软件中对老年人体几何模型进行网格划分,以及材料属性定义,并对整体模型进行调试使其满足计算的基本要求。最后根据模型检验结果修改和优化该有限元模型的几何、网格、材料模型等,提高其生物逼真度。2、通过与尸体碰撞实验进行对比,验证其老年人体乘员模型的有效性。对老年人体乘员进行了不同角度正面碰撞以及不同加速度远端侧面碰撞验证工作,得出其运动学和生物力学响应与尸体实验保持一致。3、将经过验证的老年人体乘员有限元模型应用在不同座椅朝向下的碰撞响应研究。选取0°、45°、90°、135°和180°五种不同的座椅初始朝向,利用仿真实验研究老年人体乘员在正面碰撞中运动学和生物力学响应,找到损伤风险最低的座椅朝向。提出减少人体损伤的座椅增强策略,分析乘员在安全座椅上运动学和生物力学响应,验证其保护措施可行性。4、提出关于主动旋转策略,自动驾驶通过传感器可提前1.5秒感知碰撞的发生,在此期间,通过有策略地主动旋转座椅将乘员旋转至损伤风险最低的座椅朝向,从而降低老年人体在自动驾驶车辆碰撞中损伤。研究结果表明:所建立的老年人体模型具有较高的生物逼真度。利用老年人体乘员在不同座椅朝向下的正面碰撞,其座椅朝向与碰撞方向呈180°时损伤风险最低。通过对座椅进行增强安全策略设置,在损伤风险较高的座椅朝向验证了其安全座椅的保护措施可行性。为了使老年人体乘员在车辆碰撞中损伤最低,提出主动旋转座椅策略,该策略有效的降低了损伤风险,验证了其安全策略上的可行性。本文的研究结果对老年人体乘员在不同座椅朝向下的碰撞的生物力学和损伤研究提供了重要的评价工具,为未来智能化汽车安全设计提供了参考。