[发明专利]一种车辆轴荷设计中确定人体质心的方法

权利要求书

1.一种车辆轴荷设计中确定人体质心的方法，其特征在于，对三维H点模型装置进行躯干质心参数化，对三维H点模型装置躯干部位进行质量质心赋值以获得随坐姿变化的人体质心位置；对三维H点模型装置进行关节角度参数化，以获得坐姿参数化模型；建立人体质心位置与坐姿的匹配关系，建立三维H点转置与整车SGRP点的匹配关系，将三维H点模型装置的质量加载在整车坐标系的设计R点上，获得整车坐标系下的加载人体质心位置；

具体地，将HPM质心位置简化成二维坐标关系，对三维H点装置各关节的基准点和基准线进行二维图形建模，形成各关节的二维模板，建立三维H点装置各二维关节模板的关节坐标系；将各关节质心采用坐标转换方法，在二维模板中确定关节坐标系下的质心坐标；以H点为坐标原点，过H点的铅垂线为Z轴，朝向肩部为正，坐标轴与整车坐标系的坐标轴平行，建立二维人体模板的人体坐标系；

建立三维H点装置各二维关节模板的关节坐标系进一步包括：以踝关节铰接点为坐标原点建立脚坐标系，平行于脚底线为X轴，朝BOF点为正；以踝关节铰接点为坐标原点建立小腿坐标系，小腿线为X轴，朝向膝关节铰接点为正；以H点为坐标原点建立大腿坐标系，大腿线为X轴，朝向膝关节铰接点为正；以H点为坐标原点建立躯干坐标系，躯干线为X轴，朝向肩部为正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立任意坐姿与人体质心的匹配关系包括：将三维H点装置模型各躯干质心按坐姿匹配，各躯干角度按坐姿进行匹配，在多个不同坐姿高度上，人体质心与相应的坐姿高度相互匹配，质心位置与坐姿高度匹配关系是可变的函数关系。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在二维模板中确定关节坐标系下的质心坐标进一步包括：按照人体关节铰接点，对各关节二维模板进行约束，形成二维人体模板，其中，将脚二维模板和小腿二维模板的踝关节铰接点相合约束，脚底线和小腿线夹角为踝关节角；将小腿二维模板和大腿二维模板的膝关节铰接点相合约束，小腿线和大腿线夹角为膝关节角；将大腿二维模板和躯干二维模板的H点铰接点相合约束，大腿线和躯干线夹角为臀关节角；躯干线与过H点铰接点的铅垂线的夹角为靠背角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量单元测量各关节模板的质心相对于人体坐标系的X、Z坐标值，根据如下力矩公式求得HPM质心相对H点的坐标：

其中，X_HPM、Z_HPM分别表示HPM的质心相对于H点的X、Z坐标，M_i为各关节的二维模板的质量，i＝foot，leg，thigh，torso分别表示二维模板的脚，小腿，大腿，躯干质量，X_i、Z_i为各关节的二维模板的质心X、Z坐标，i＝foot，leg，thigh，torso分别表示二维模板的脚，小腿，大腿，躯干质心。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，区分前排乘员和后排乘员位置，将二维人体模板的踝关节角和靠背角按照不同乘坐位置的设计角度进行固定，在坐高舒适范围内，以预定尺寸为梯度调整坐高约束尺寸。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据整车坐标系下R点坐标(X_R,Y_R,Z_R)，得到人体质心坐标(X,Y,Z)为：X＝X_R+X_HPM，Y＝Y_R，Z＝Z_R+Z_HPM，根据R点和坐高参数得到人体质心相对前轮心的X向距离X_G，从而根据力矩平衡原理求出设计车辆的前后轴荷_。