[发明专利]一种反映驾驶员肌肉动态特性的碰撞假人模型设计方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车碰撞安全领域，具体涉及一种反映驾驶员肌肉动态特性的碰撞假人模型设计方法。

背景技术

伴随着汽车工业的高速发展，汽车安全性已逐渐成为最重要的评价汽车性能的指标之一，尤其是车辆乘员碰撞安全保护技术已成为国内外汽车市场的产品核心竞争技术和市场达标准入技术。

在碰撞过程中，驾驶员会产生一定的生理变化现象，如肌肉绷紧等，但是目前在汽车的设计过程中，针对碰撞安全性设计，仍使用过去一直通用的肌肉松弛的假人模型，这种基于假人运动和承压建立的乘员损害评价准则，使得汽车结构只能保护生物仿真性不高的假人模型，并不能全面客观地评价碰撞发生时真实驾驶员的肌肉损伤等情况，更无法为汽车结构提供更为准确的乘员保护设计依据，因此，现在经常会出现标称碰撞安全性能较高的汽车在实际碰撞过程中却不能很好地保护驾驶员的情况。

而国际现有假人模型多是从生物医学角度建立的静态人体模型，缺乏在碰撞发生瞬时对真实乘员的肌肉收缩紧张反应，开展汽车乘员在碰撞发生时生理变化及其对人体损伤影响的研究。以国际上主流的Hybrid III型假人模型为例，其以人体的基本参数为基础设计而成，具有拟人的基本结构，如刚性骨骼、软组织皮肤等，具有一定的生物仿真度，但在该假人模型的设计中缺少对反映人体肌肉的特性的模拟，如该假人模型的假人头部，其由一个似人的铸铝头盖骨和一块具有乙烯树脂皮肤的头盖骨构成的，头盖骨盖可取下来，头部装1个3轴向加速度传感器,利用传感器测得的加速度值进行积分来得到头部伤害HIC值，而在对应的Hybrid III型假人的有限元模型中，头部也同样是装有1个3轴向加速度传感器，对传感器测得的加速度值进行处理来得到头部伤害HIC值，这种简化的设计使得现有基于碰撞假人的碰撞模拟方法无法准确描述真实人类在实际交通事故中的心理和生理的动态变化和碰撞伤害。

为此，需要从生物力学、人类医学损伤机理与车辆乘员碰撞安全保护等角度出发，探索在碰撞环境下车辆乘员的由于肌肉产生力的变化而引起的生理损伤机理和数字化建模方法，综合运用人类生理信号捕捉等测试设备、有限元建模和统计学习中支持向量机等技术手段，采集并提取在若干典型工况下不同类型乘员的生物电信息，建立一个考虑车辆碰撞时人体肌肉生理变化的高仿生度数字化人体模型，并形成一套全新的包括肌肉扯裂的生物损伤的车辆乘员损伤评价准则。而针对于真实驾驶员在碰撞发生时产生的生理特性，要设计出反映此类生理特性的假人，必须先要提供一种能够反映真实驾驶员在碰撞发生时肌肉动态力学特性的假人模型设计方法，来进行假人模型的设计。

Hybrid III型假人模型是现有正面碰撞试验中最常用的一种假人模型，以人体的基本参数为基础设计得到，具有拟人的基本结构，如刚性骨骼、软组织皮肤等，具有一定的生物仿真度，但该基础假人模型缺少反映人体肌肉的特性。本发明的设计方法主要针对现有假人模型设计上存在的问题，对基础假人模型进行设计，设计出反映驾驶员肌肉动态特性的碰撞试验用假人模型。

发明内容

为了解决现有碰撞假人模型无法反应真实驾驶员在碰撞发生时的肌肉动态力学特性，使得现有基于碰撞假人的碰撞模拟方法无法准确描述真实人类在实际交通事故中的心理和生理的动态变化和碰撞伤害的问题，本发明提供一种反映驾驶员肌肉动态特性的碰撞假人模型设计方法，该方法以目前通用的碰撞假人模型作为基础假人模型，对其进行肌肉动态特性的设计，设计方法简单，且利用该方法能够设计出反映真实驾驶员在碰撞发生时肌肉动态特性的碰撞试验用假人模型，提高碰撞假人模型的生物仿真性，进一步提高汽车的碰撞安全性能。

本发明的主要目的是通过以下技术方案实现的：

一种反映驾驶员肌肉动态特性的碰撞假人模型设计方法，包括以下步骤：1、采集肌肉信号：再现碰撞现场，使驾驶员产生一定的生理反应，并实现不同车速下的肌肉信号的采集；2、设计假人模型肌肉动态特性：对假人模型中的肌肉静态力学特性进行设计，并根据步骤1采集到的肌肉信号，通过回归分析得出肌肉信号基于车速变化的关系曲线，计算出驾驶员在一定车速下的肌肉动态力学特性，进而对假人模型的肌肉动态特性进行设计；3、输出碰撞参数：利用通过步骤1和步骤2得到的假人模型进行碰撞试验，输出及显示碰撞过程中假人模型的碰撞参数，并对假人模型的生物仿真度进行评定。