自律走行システム環境下での様々なシート構成におけるサブマリン感受性

Submarining sensitivity across varied seat configurations in autonomous driving system environment.

• Katarzyna Rawska
• Bronislaw Gepner
• David Moreau
• Jason R Kerrigan

抄録

目的:

自動運転技術は、車内デザインに新しさをもたらし、乗員の座席選択の多様性を可能にする。そのため、自動車の安全システムは、より広い範囲の潜在的な姿勢で乗員を保護することに挑戦することになるかもしれない。本研究では、前方衝突時のリクライニング乗員のサブマリンリスク、腰椎荷重、骨盤のエクスカーションに対するシートクッションの角度の影響を調査することを目的としています。

OBJECTIVE: Self-driving technology will bring novelty in vehicle interior design and allow for a wide variety of occupant seating choices. Thus, vehicle safety systems may be challenged to protect occupants over a wider range of potential postures. This study aims to investigate the effects of the seat cushion angle on submarining risk, lumbar spine loads and pelvis excursion for reclined occupants in frontal crashes.

方法:

GHBMC（Global Human Body Model Consortium）の簡易型乗員モデルのうち，小柄な女性と中柄な男性の2つの乗員モデルを用いて，前面衝突時の有限要素法によるシミュレーションを行った．乗員拘束具は、フロントエアバッグ、ラップベルトアンカープリテンショナー付きシートバック一体型3点ベルト、フォースリミッター付きリトラクタープリテンショナーで構成されています。各シミュレーションでは、シートクッション角度（3°、8°、13°）、シートバックリクライニング角度（0°、10°、20°、30°）、乗員に対するニーボルスター（KB）の位置（ベースライン、KBなし）などのパラメータを変化させました。USNCAP 56km/h前面衝突パルスを用いて、全要素シミュレーションマトリックスを実行した。各シミュレーションから乗員の運動学的データを抽出し、シートクッションの角度、体格、シートバックの角度、およびKBの位置の変化が、シミュレーションされたすべてのケースでサブマリンニングにどのような影響を与えるかを調査しました。

METHODS: Frontal crash finite element simulations were performed with two of the simplified Global Human Body Model Consortium (GHBMC) occupant models: the small female and the midsize male. Occupant restraints consisted of a frontal airbag, a seatback-integrated 3-point belt with a lap belt anchor pre-tensioner, and a retractor pre-tensioner with a force limiter. For each simulation, parameters including seat cushion angle (3°, 8°, 13°), seatback recline angle (0°, 10°, 20°, 30°), and knee bolster (KB) position relative to the occupant (baseline and no KB) were varied. A full-factorial simulation matrix was performed using the USNCAP 56 km/h frontal crash pulse. Occupant kinematics data were extracted from each simulation to investigate how changes in seat cushion angle, anthropometry, seatback angle, and KB position would affect submarining across all simulated cases.

結果:

全体的に、F05-OSの女性モデルは、男性乗員モデルと比較して、サブマリーニングの可能性が高かった。また、サブマリーニングの閾値は、シートクッション角、シートバック角、KB距離の影響を受けました。F05-OSモデルでは、シートクッション角を13°にすることで、シートバック角が10°の場合には、KBの位置に関係なくサブマリーニングを防ぐことができました。同様に、クッション角度を13°にすることで、M50-OSでは、シートバック角30°の場合でも、KBの存在下でのみサブマリンを防止することができました。この結果から、シートリクライニング角度を大きくすると腰椎屈曲負荷が増加し、乗員とKBとの距離も増加しますが、シートクッション角度を大きくすると逆の傾向が見られます。

RESULTS: Overall, the F05-OS female model was more likely to submarine when compared to the male occupant model. The threshold for submarining was also affected by the seat cushion angle, seatback angle and KB distance. For the F05-OS model, increasing the seat cushion angle to 13° prevented submarining in the 10° seatback angle case, regardless of the KB position. Similarly, the 13° cushion angle prevented submarining for the M50-OS in the 30° seatback angle configuration but only in the presence of a KB. The results further show an increased lumbar flexion load with increased seat recline angle, as well as occupant-to-KB distance, although an opposite trend with the increased seat cushion angle.

結論:

サブマリニングは、自律走行システムにおいてリクライニングした乗員にとって克服すべき大きな課題となる可能性があります。本研究では、シートクッションの角度がリクライニング時の乗員の拘束に重要な役割を果たしていることを示したが、追加の対策がなければサブマリニングを防止するには不十分である。

CONCLUSIONS: Submarining may be a major challenge to overcome for reclined occupants in autonomous driving systems. This study shows that seat cushion angle plays a role in restraining occupants in recline scenarios, but it is not sufficient to prevent submarining without additional countermeasures.