[发明专利]面向动态舒适性人体三维坐姿变动检测系统、方法及终端

说明书

本发明属于三维坐姿检测领域，公开了一种面向动态舒适性人体三维坐姿变动检测系统、方法及终端，控制电机产生0.5‑80Hz频段内的随机激振信号，惯性传感器采集各安装位置的振动响应，并经过数据采集程序处理后，得到用于评价坐姿人体动态舒适性的传递率。惯性传感器通过导线与所述控制器电性连接；所述控制器连接有伺服控制器，伺服控制器电性连接有驱动装置。惯性传感器设置有壳体，所述壳体内嵌装有三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴陀螺仪。本发明集成了基于自功率谱密度函数和互功率谱密度函数频域变换算法以及坐标变换方法，得到座椅到组成人体的各刚体质心处的线振动和角振动传递率的幅值比和相位差，适用于坐姿人体动态舒适性研究。

技术领域

本发明属于三维坐姿检测，尤其涉及一种面向动态舒适性人体三维坐姿变动检测系统、方法及终端。

背景技术

目前，随着人们物质水平的提高，汽车消费者在不断追求愉悦的驾驶和乘坐体验，乘坐舒适性已成为购买汽车时关注的重要指标。汽车乘坐舒适性主要包含静态和动态舒适性两个方面。动态舒适性是指在汽车行驶过程中，人体承受来自路面的不平激励，以及汽车加速、制动、转向、变道等三维六方向冲击时的感受。传统基于大量实车实验的舒适性评价方法耗时耗费，为此，许多学者采用坐姿人体振动模型来评价动态舒适性。多体动力学模型是一种比较常用的数学模型。多体动力学模型将坐姿人体视为几个刚体，每个刚体包含质量、质心以及重要的几何参数等信息，根据模型所推导出来的结果往往是刚体质心处的动力学响应(速度、加速度等)。实际操作中，需要将模型传递率、视在质量等响应去拟合坐姿人体振动试验数据，以试验结果标定模型，提高模型的精度和可信度。

现有技术中，能够捕捉、测量人体三维运动的方法和采集系统已有好几种，申请号为CN 110916677A，名称为《一种基于惯性传感器的人体运动状态捕捉》就是其中之一。该方法将惯性传感器分别粘贴在人体的双手掌心、双脚脚面、双臂臂弯、双膝膝盖、双脚脚踝处、背部和腹部等人体表面，这种方法测量到的是人体表面的加速度、角速度信号，而与质心处的响应有所区别。因此，若采用多体动力学模型去拟合该方法得到的人体动力学响应来辨识模型参数，必将造成较大的误差。此外，该方法和系统仅能够获得人体运动状态下的加速度和角速度时域信号，无法得到人体运动的频率响应(包括幅频特性和相频特性)。幅频特性表征振动衰减的程度，相频特性表征振动能量的耗散方式，是动态舒适性评价不可缺少的一部分。坐姿人体振动试验中，除了需要测量人体时域响应外，更重要的是得到人椅系统的传递特性等频率响应，这样才能够评价振动环境对人体舒适性的影响以及座椅的隔振效果。因此，该方法和系统并不适用于动态舒适性研究。其他一些人体运动采集系统除了存在上述问题以外，还采用了一个或多个专业摄像头，这又增大了实验成本。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的捕捉、测量人体三维运动的方法仅能测量运动人体表面的时域加速度、速度等响应信号，无法通过实验直接得到人体节段内部或质心处的响应以及进行频域分析，不适用于动态舒适性研究，且使用成本较高。

解决以上问题及缺陷的难度为：需要自行编制一套面向人体动态舒适性的数据采集程序，且程序中需要集成基于刚体空间运动学的坐标变换算法以及基于自功率谱密度函数和互功率谱密度函数的时频信号处理方法。

解决以上问题及缺陷的意义为：通过该检测系统和方法可直接得到人体节段质心的动力学响应和座椅到人体的传递率频谱，降低了实验数据处理的工作量，提高了效率，可为三维振动环境下的人体动态舒适性研究提供实验条件支撑。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种面向动态舒适性人体三维坐姿变动检测系统、方法及终端。

本发明是这样实现的，一种面向动态舒适性人体三维坐姿变动检测方法，所述面向动态舒适性人体三维坐姿变动检测方法控制电机产生0.5-80Hz频段内的随机激振信号，惯性传感器采集各安装位置的振动响应，并经过数据采集程序处理后，得到用于评价坐姿人体动态舒适性的传递率。

进一步，所述面向动态舒适性人体三维坐姿变动检测方法包括以下步骤：