CN106052681A - 一种追踪碰撞试验中假人h点时域运动轨迹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种追踪碰撞试验中假人H点时域运动轨迹的方法，包括以下步骤：步骤一、在碰撞试验中，通过安装于假人骨盆处的传感器测量假人骨盆处的加速度和角速度；步骤二、计算H点水平方向动态位移量Xh(t)和竖直方向动态位移量Zh(t)：其中，是骨盆角关于时间的函数；α₀为试验前假人骨盆角度；u′为传感器安装点在传感器测量坐标系下X′方向的坐标；v′为传感器安装点在传感器测量坐标系下Z′方向的坐标；APX′(t)是骨盆X′向加速度；APZ′(t)是骨盆Z′向加速度；ASX(t)为座椅固定点在X方向的加速度。本发明具有精度高、便于实现，降低人为误差的优点。

Description

一种追踪碰撞试验中假人H点时域运动轨迹的方法

技术领域

本发明涉及汽车碰撞试验技术领域，特别涉及一种追踪碰撞试验中假人H点时域运动轨迹的方法。

背景技术

H点是碰撞假人骨盆与大腿连接的铰接点，是衡量假人运动姿态的关键特征点。在汽车碰撞试验中，假人H点的运动轨迹是一个重要的评价指标。其中H点位移的水平方向分量能够表征座椅及约束***对乘员的约束能力，竖直方向分量能够辅助确认座椅是否发生“下潜”现象。诸多座椅试验的行业标准与企业标准中，也都对H点的水平及竖直方向的位移提出了限值要求，一旦该指标超出限值则视为产品不合格。

目前，汽车碰撞过程中H点运动轨迹的测量方法主要通过高速摄像追踪标记点，并利用专用摄像分析软件进行计算。若要获得精确的结果，首先要求摄像机的主光轴俯仰角为0°，即水平拍摄，同时摄像机主光轴还要垂直于碰撞试验中假人的运动方向。其次，需要考虑镜头的畸变，对镜头畸变的校准需要分析软件本身支持此功能，并且还需要按照软件的相关要求，进行大量的前期校准工作。使用高速摄像抓点这种测量方法，实现困难，工作量大，易受到人员操作方法的干扰，并且精度不高。

发明内容

本发明设计开发了一种追踪碰撞试验中假人H点时域运动轨迹的方法，克服了现有利用高速摄像测量方法中实现困难、精度差的缺陷，通过在假人骨盆上同时安装加速度传感器和角速度传感器，间接追踪H点时域内的运动轨迹，具有精度高、便于实现，降低人为误差的优点。

本发明提供的技术方案为：

一种追踪碰撞试验中假人H点时域运动轨迹的方法，包括以下步骤：

步骤一、在碰撞试验中，通过安装于假人骨盆处的传感器测量假人骨盆处的加速度和角速度；

步骤二、计算H点横向位移Xh(t)和纵向位移Zh(t)：

$Xh\left(t\right)=u^{\′}({\mathrm{cos\α}}_0-\cos \mathrm{\α}(t\left)\right)-v^{\′}({\mathrm{sin\α}}_0-sin\mathrm{\α}(t\left)\right)+\∫{\∫}_0^t\left({\mathrm{APX}}^{\′}\right(\mathrm{\τ}\left)\cos \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))-{\mathrm{APZ}}^{\′}(\mathrm{\τ}\left)sin\right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))-ASX(\mathrm{\τ}\left)\right){\mathrm{d\τ}}^2$

$Zh\left(t\right)=u^{\′}({\mathrm{sin\α}}_0-\sin \mathrm{\α}(t\left)\right)+v^{\′}({\mathrm{cos\α}}_0-\cos \mathrm{\α}(t\left)\right)+\∫{\∫}_0^t\left({\mathrm{APX}}^{\′}\right(\mathrm{\τ}\left)\sin \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))+{\mathrm{APZ}}^{\′}(\mathrm{\τ}\left)\cos \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right)\left)\right){\mathrm{d\τ}}^2,$

其中，是骨盆角关于时间的函数；α₀为试验前假人骨盆角度；u′为传感器安装点在传感器测量坐标系下X′方向的坐标；v′为传感器安装点在传感器测量坐标系下Z′方向的坐标；APX′(t)是骨盆X′向加速度；APZ′(t)是骨盆Z′向加速度；ASX(t)为座椅固定点X方向加速度，t为时间，τ为积分变量。

优选的是，安装于假人骨盆处的传感器包括加速度传感器和转角传感器。

优选的是，所述骨盆角为传感器测量坐标系与固定坐标系间夹角，该夹角是关于时间的函数。

本发明的有益效果为：

本发明使用的新的H点时域运动轨迹的测量方法，是利用安装在假人骨盆位置的加速度传感器和角速度传感器获取基础数据，利用角速度信号计算传感器测量坐标系与固定坐标系间夹角的时域数据，并对传感器测量坐标系下的加速度信号进行方向修正，最终准确的追踪H点碰撞过程中时域运动轨迹。该方法具有精度高、便于实现，降低人为误差的优点，可以缩短试验时间，提高测量精度。

附图说明

图1为本发明所述的碰撞试验中假人位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

H点是碰撞假人骨盆与大腿连接的铰接点，是衡量假人运动姿态的关键特征点。如图1所示，本发明提供了一种追踪碰撞试验中假人H点时域运动轨迹的方法，在汽车碰撞试验中，假人放置于座椅之上，碰撞过程中，假人相对座椅向前运动，假人H点运动轨迹，即是假人H点相对座椅的水平前向位移和竖直方向位移的组合。

以假人H点的初始位置为原点O，建立坐标系XOZ，其中水平向前为X向，竖直向上为Z向。该坐标系XOZ在整个碰撞过程中，相对地面静止。

在假人骨盆位置安装加速度传感器和角速度传感器，由于假人安放时，骨盆角并不为0，因此依据传感器测量方向建立另一坐标系，始终与H点重合，方向为传感器前方的测量方向，该坐标系在整个碰撞过程中，与骨盆保持相对静止。两坐标系和的夹角为α，是随时间t变化的函数，记为α(t)。

在碰撞前，测量与两坐标系夹角，记为α₀；骨盆传感器安装点与H点的相对位置关系，即H点在坐标系中的坐标，记为(u′，v′)。

在碰撞试验过程中，使用加速度传感器和角速度传感器对碰撞假人骨盆位置运动状态进行实时测量，测得骨盆在向加速度APX′(t)，骨盆向加速度APZ′(t)，骨盆角速度传感器采集的角速度ω(t)。

安装在座椅固定点处的加速度传感器，测得座椅固定点在X方向的加速度为ASX(t)，只考虑水平X方向分量，忽略竖直Z方向分量。

采集以上基础数据后，即可通过计算得到H点的位移函数。

首先计算骨盆角度随时间变化函数α(t)：

$\mathrm{\α}\left(t\right)={\mathrm{\α}}_0+{\∫}_0^t\mathrm{\ω}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ};$

传感器安装点在X向位移函数Xp(t)：

$Xp\left(t\right)=Xp\left(0\right)+\∫{\∫}_0^t\left({\mathrm{APX}}^{\′}\right(\mathrm{\τ}\left)\cos \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))-{\mathrm{APZ}}^{\′}(\mathrm{\τ}\left)sin\right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right)\left)\right){\mathrm{d\τ}}^2,$

其中，；

传感器安装点的Z向位移函数Zp(t)：

$Zp\left(t\right)=Zp\left(0\right)+\∫{\∫}_0^t\left({\mathrm{APX}}^{\′}\right(\mathrm{\τ}\left)\sin \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))+{\mathrm{APZ}}^{\′}(\mathrm{\τ}\left)\cos \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right)\left)\right){\mathrm{d\τ}}^2,$

其中，；

座椅的X向位移函数Xs(t)：

$Xs\left(t\right)=\∫{\∫}_0^{t}ASX\left(\mathrm{\τ}\right){\mathrm{d\τ}}^2.$

进而，可计算得到H点相对座椅的水平方向位移函数和竖直方向位移函数。

H点相对座椅固定点的X向位移函数Xh(t)：

Xh(t)＝Xp(t)-u′cos α(t)+v′sinα(t)-Xs(t)；

H点相对座椅固定点的Z向位移函数Zh(t)：

Zh(t)＝Zp(t)-u′sin α(t)-v′cos α(t)。

将α(t)、Xp(t)、Zp(t)、Xs(t)的结果带入到函数Xh(t)和函数Zh(t)中，即得到了Xh(t)和Zh(t)的最终结果：

$Xh\left(t\right)=u^{\′}({\mathrm{cos\α}}_0-\cos \mathrm{\α}(t\left)\right)-v^{\′}({\mathrm{sin\α}}_0-sin\mathrm{\α}(t\left)\right)+\∫{\∫}_o^t\left({\mathrm{APX}}^{\′}\right(\mathrm{\τ}\left)\cos \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))-{\mathrm{APZ}}^{\′}(\mathrm{\τ}\left)sin\right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))-ASX(\mathrm{\τ}\left)\right){\mathrm{d\τ}}^2$

$Zh\left(t\right)=u^{\′}({\mathrm{sin\α}}_0-sin\mathrm{\α}(t\left)\right)+v^{\′}({\mathrm{cos\α}}_0-\cos \mathrm{\α}(t\left)\right)+\∫{\∫}_0^t\left({\mathrm{APX}}^{\′}\right(\mathrm{\τ}\left)\sin \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))+{\mathrm{APZ}}^{\′}(\mathrm{\τ}\left)\cos \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right)\left)\right){\mathrm{d\τ}}^2$

其中，是骨盆角关于时间的函数。

通过上述公式，从而得到一种追踪碰撞试验中假人H点时域运动轨迹的方法，进而获取H点相对座椅的水平方向位移和竖直方向位移。

本发明使用的新的H点时域运动轨迹的测量方法，是利用安装在假人骨盆位置的加速度传感器和角速度传感器获取基础数据，利用角速度信号计算传感器测量坐标系与固定坐标系间夹角的时域数据，并对传感器测量坐标系下的加速度信号进行方向修正，最终准确的追踪H点碰撞过程中时域运动轨迹。该方法具有精度高、便于实现，降低人为误差的优点，可以缩短试验时间，提高测量精度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种追踪碰撞试验中假人H点时域运动轨迹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在碰撞试验中，通过假人骨盆处的传感器测量假人骨盆处的加速度和角速度；

步骤二、计算H点横向位移Xh(t)和纵向位移Zh(t)：

$Xh\left(t\right)=u^{\′}({\mathrm{cos\α}}_0-\cos \mathrm{\α}(t\left)\right)-v^{\′}({\mathrm{sin\α}}_0-\sin \mathrm{\α}(t\left)\right)+\∫{\∫}_0^{\mathrm{\τ}}\left({\mathrm{APX}}^{\′}\right(\mathrm{\τ}\left)\cos \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))-{\mathrm{APZ}}^{\′}(\mathrm{\τ}\left)sin\right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))-ASX(\mathrm{\τ}\left)\right){\mathrm{d\τ}}^2$

$Zh\left(t\right)=u^{\′}({\mathrm{sin\α}}_0-\sin \mathrm{\α}(t\left)\right)+v^{\′}({\mathrm{cos\α}}_0-\cos \mathrm{\α}(t\left)\right)+\∫{\∫}_0^{\mathrm{\τ}}\left({\mathrm{APX}}^{\′}\right(\mathrm{\τ}\left)\sin \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right))+{\mathrm{APZ}}^{\′}(\mathrm{\τ}\left)\cos \right(\mathrm{\α}\left(\mathrm{\τ}\right)\left)\right){\mathrm{d\τ}}^2,$

其中，是骨盆角关于时间的函数；α₀为试验前假人骨盆角度；u′为传感器安装点在传感器测量坐标系下X′方向的坐标；v′为传感器安装点在传感器测量坐标系下Z′方向的坐标；APX′(t)是骨盆X′向加速度；APZ′(t)是骨盆Z′向加速度；ASX(t)为座椅固定点X方向加速度，t为时间，τ为积分变量。

2.根据权利要求1所述的追踪碰撞试验中假人H点时域运动轨迹的方法，其特征在于，所述假人骨盆处的传感器包括加速度传感器和角速度传感器。

3.根据权利要求1所述的追踪碰撞试验中假人H点时域运动轨迹的方法，其特征在于，所述骨盆角为传感器测量坐标系与固定坐标系间夹角，该夹角是关于时间的函数。