[发明专利]组合式模块化变参数数字假人建立的方法

权利要求书

1.一种组合式模块化变参数数字假人建立的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立不同身体部位局部有限元的数字假人模型，包含对标准假人模型的拆分、组合和接触特性定义；

所述的有限元的数字假人模型，建立的方法如下：

(1)首先，对HybridIII型国际通用男性50百分位和女性05百分位两种标准多刚体假人模型，按照头部、上肢、下肢、躯干进行拆分，包含多刚体实体的拆分、多刚体之间连接铰链的拆分、各实体间约束的拆分三部分；

(2)同时，对HUMOS国际标准整体有限元假人模型，按照人体头部、上肢、下肢、躯干进行拆分，包含有限元体节点的拆分、有限元体面和体单元的拆分两部分；

(3)然后，利用上述拆分形成的局部假人模型，采用铰链连接和约束的方法将所拆分的多刚体部分模型和有限元体部分模型连接起来，铰链和约束力的设置均与实验得到的人体关节力相一致，具体参数可参照标准假人模型参数定义，并通过后续假人模型运动学和动力学实验对模型受力特性进行准确性验证；

(4)最后，对数字假人用多刚体-有限元体接触算法，通过对接触算法的重新定义，保证人体各部位不同类型实体间的正常接触，使组合式模块化变参数数字假人接触特性与真实人体接触特性相一致；

步骤2、对数字假人模型的参数进行个性化定义，即进行组合式模块化变参数数字假人参数化定制，包括体形参数定制和运动姿态参数定制；

所述的体形参数定制和运动姿态参数定制，定制方法如下：

(1)首先，以数字假人结构定制生成的组合式假人模型为数据输入，对数字假人针对具体碰撞试验仿真要求，基于人体测量学的参数缩放技术，以标准组合式假人模型参数为基础，其中身高、体形参数定制采用比例缩放的方式，即对标准数字假人的身高和体形乘以缩放比例因子的方式实现；

(2)以体形参数定制模型所定制的组合式数字假人为基础，根据仿真中人体的实际运动姿态，以对不同体形特征的真实人体关节力测量结果为依据，等比例转化为假人模型关节铰链上的关节力，对数字假人关节力进行设置，使数字假人 模型在站立或行进中都能保持平衡；然后通过基于步态和步速的真实人体运动仿真，从数字假人行进的角度体现人体运动状态对仿真结果的影响，设置数字假人的各种运动姿态；

步骤3、进行组合式模块化变参数数字假人检测验证，对所生成的假人模型进行运动学和动力学验证和参数修正；

所述的进行运动学验证和动力学验证，验证方法如下：

(1)首先对志愿者行进状态进行拍摄，使用数码摄像机，通过录像解析的方法得到志愿者行进过程中身体各部位及各关节的位移、速度、加速度；

然后，以志愿者相同的步速和步幅作为输入，对组合式模块化变参数数字假人进行运动仿真，得到假人身体各部位及各关节的位移、速度、加速度；

最后，将志愿者真实人体实验得到的运动参数和假人模型仿真得到的运动参数进行比较，验证组合式模块化变参数数字假人模型运动特性的正确性，考虑仿真误差，数字假人身体各部位及各关节的位移、速度、加速度输出误差允许范围限定为95％；  

(2)首先采集汽车与数字假人碰撞真实交通事故案例，对案卷中汽车速度、碰撞点位置、数字假人损伤进行分析；

然后，建立与真实交通事故案例相同车型的汽车多刚体模型，以案卷中的汽车速度和人车相对位置为输入，对汽车与组合式模块化变参数数字假人进行碰撞仿真，得到假人各部位的碰撞损伤参数；

最后，将真实交通事故案例人体损伤检验报告中人体损伤评定指标和车人碰撞仿真得到的人体损伤参数进行比较，验证组合式模块化变参数数字假人模型动力学特性的正确性，考虑仿真误差，数字假人抛距与实际事故中行人抛距误差允许范围为90％，同时可以为组合式模块化变参数数字假人模型动力学及材料参数改进提供依据；

步骤4、通过验证的数字假人模型为增强通用性，组合式模块化变参数数字假人格式转换，对模型进行标准化定义。