CN115239567A - 一种汽车碰撞假人模型缩放方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种汽车碰撞假人模型缩放方法，包括：获取目标人群与参考人群体型各部位的高度比、围度比和质量比；根据所述高度比、围度比和质量比，计算所述目标人群相对于所述参考人群的、沿高度方向和围度平面内各方向的部位缩放比例；根据各缩放比例，对所述参考人群的假人仿真模型中各部位的仿真模型进行缩放；组合缩放后的各部位模型，得到所述目标人群的假人仿真模型。本实施例提高了假人与真实人体的外形仿真程度。

Description

一种汽车碰撞假人模型缩放方法

技术领域

本发明实施例涉及汽车碰撞假人仿真建模领域，尤其涉及一种汽车碰撞假人模型缩放方法。

背景技术

汽车被动安全性是保护驾乘人员生命安全的重要技术保障，其需要汽车碰撞试验获取人体在碰撞过程中的伤害数据，而汽车碰撞试验假人就是代***模拟真实人体受到伤害、用于评估汽车被动安全性能的关键测试***。因此汽车碰撞试验假人对于准确评估汽车安全性能尤为重要。

在实际碰撞试验中，汽车碰撞假人是系列化产品，它包含不同体型的碰撞假人。每种体型的碰撞假人在测试时都起着重要的作用，测量结果可以直接判定车辆的安全性。每种类型的汽车碰撞假人开发都需要经过复杂探索的过程，需要测量大量的人体数据做基础，根据测量数据进行假人结构性能开发，这样造成假人仿真模型开发过程繁琐，针对每种体型假人都需要大量数据支撑。为了简化碰撞假人设计程序，现有技术研究了人体的缩放方法，基于某一标准体型假人，通过缩放获取特定人群三维模型，但这些缩放方法通常只考虑高度方向的尺寸调整，得到的人体模型尺寸并不协调，对真实体型的模拟程度欠缺。

发明内容

本发明实施例提供一种汽车碰撞假人模型缩放方法，通过综合考虑人体各部位的高度、围度和质量，解决现有尺寸调整后的假人仿真模型与人的真是体型外形不符的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种汽车碰撞假人模型缩放方法，其特征在于，包括：

获取目标人群与参考人群体型各部位的高度比、围度比和质量比；

根据所述高度比、围度比和质量比，计算所述目标人群相对于所述参考人群的、沿高度方向和围度平面内各方向的部位缩放比例；

根据各缩放比例，对所述参考人群的假人仿真模型中各部位的仿真模型进行缩放；

组合缩放后的各部位模型，得到所述目标人群的假人仿真模型。

第二方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现任一实施例所述的汽车碰撞假人模型缩放方法。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一实施例所述的汽车碰撞假人模型缩放方法。

本发明实施例提供了一种汽车碰撞假人模型缩放方法，通过选取人体各部位准确的高度和围度尺寸，对缩放坐标系下的各坐标轴方向的尺寸比例进行修正，计算各部位仿真模型的缩放比例；然后根据缩放比例对参考人群假人仿真模型的各部位进行缩放，所得到的仿真模型既保持了模型轮廓在高度、围度上的基本比例，又满足了真人与假人各部分的质量，更加符合目标人群的体征，提高了假人与真实人体的外形仿真程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种汽车碰撞假人模型缩放方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的一种碰撞假人的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的一种小腿围度和高度的示意图，其中，图3(a)为将目标人群的小腿高度进行N等分的示意图，图3(b)为将参考人群的小腿高度进行N等分的示意图。

图4是本发明实施例提供的各部位的缩放坐标系的示意图。

图5是本发明实施例提供的一种质心测量仪的示意图。

图6是本发明实施例提供的测量部件质心的示意图。

图7是本发明实施例提供的上臂缩放坐标系的示意图。

图8是本发明实施例提供的装配好的、目标人群的假人仿真模型的示意图。

图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是本发明实施例提供的一种汽车碰撞假人模型缩放方法的流程图。该方法适用于对参考人群的假人仿真模型进行缩放，生成目标人群的假人仿真模型的情况，由电子设备执行。如图1所示，该方法具体包括：

S110、获取目标人群与参考人群体型各部位的高度比、围度比和质量比。

目标人群指需要进行仿真建模的实体假人所适配的人群，例如成年男性10百分位身材的中国人群。参考人群指已完成仿真建模的实体假人所适配的人群，例如成年男性50百分位身材的中国人群。本实施例将对符合参考人群体征的实体假人的仿真模型进行缩放，生成符合目标人群体征的假人仿真模型。该假人仿真模型可以用于制造符合目标人群体征的实体假人，或进行其它后续仿真处理，本实施例不作具体限制。

碰撞假人由许多部件组成，其结构十分复杂。可选的，如图2所示，根据实体假人各部位的连接关系，将人体体征离散化，拆分成16个人体部位，包括头部、颈部、胸部、臀部、左上臂、左下臂、左手、右上臂、右下臂、右手、左大腿、左小腿、左脚、右大腿、右小腿和右脚；并综合考虑人体的关键参数，并选取高度、围度和质量作为反映各部位体征的重要因素，分别获取目标人群与参考人群在各部位上的高度比、围度比和质量比，作为后续操作的输入。

具体的，对任一部位而言，质量比通过如下公式获取：

（1）

其中，m表示不同部位，R _m 表示目标人群与参考人群的部位m的质量比，T _S 表示目标人群的部位m的质量，T _H 表示参考人群的部位m的质量。可选的，T _S 和T _H 可以选取多个个体的平均值，以下变量类似，不再赘述。

该部位的高度比通过如下公式获取：

（2）

其中，

表示目标人群与参考人群的该部位的高度比，E _S 表示目标人群的该部位的 高度，E _H 表示参考人群的该部位的高度。

而围度的获取比较特别。由于不同高度上的围度尺寸会有不同，本实施例将不同高度下的围度比进行融合，确定最终的围度比。可选的，分别将目标人群与参考人群任一部位的高度进行N等分，其中，N为大于2的自然数；分别确定所述目标人群和所述参考人群在N-1条等分线处的围度比；根据N-1条等分线处的围度比，确定所述目标人群与参考人群所述部位的围度比。

在一具体实施方式中，以小腿部位为例，如图3所示，胫骨上点截面和内踝下点截 面之间的部分为小腿部位，那么首先，分别将目标人群的小腿高度H，以及参考人群的小腿 高度h进行4等分，图3(a)为将目标人群的小腿高度进行4等分的示意图，图3(b)为将参考人 群的小腿高度进行4等分的示意图。然后，分别确定所述目标人群和所述参考人群在3条等 分线处的围度比。具体的，目标人群在3条等分线处的小腿围度分别为S₁、S₂和S₃，参考人群 在3条等分线处的小腿围度分别为

、

和

，则目标人群和参考人群在3条等分线处的小 腿围度比分别为

、

和

。最后，根据所述3条等分线处的围度比，确定所述目标人群 与参考人群所述部位的围度比：

（3）

S120、根据所述高度比、围度比和质量比，计算所述目标人群相对于所述参考人群的、沿高度方向和围度平面内各方向的部位缩放比例。

可选的，对于任一部位而言，所述围度平面内各方向指围度平面内互相垂直的两个方向，这两个方向和高度方向共同组成一个缩放坐标系，用于后续步骤中的模型缩放。如图4所示，各部位对应自己的缩放坐标系，坐标系的原点可以根据需要进行设置，比如设置为各部位的质心等，本实施例不作具体限制。此时，任一部位沿缩放坐标系三个坐标轴方向的缩放比例的确定过程，包括如下步骤：

步骤一、根据所述部位的围度比，确定所述目标人群相对于所述参考人群的、沿围 度平面内互相垂直的两个方向的尺寸比。在缩放坐标系下，将这两个互相垂直的方向分别 记为x方向和y方向，将目标人群相对于参考人群的、这两个方向的尺寸比分别记为

和

，则根据围度的定义有：

（4）

步骤二、根据所述部位的质量比，修正所述高度比和所述尺寸比，得到所述目标人群相对于所述参考人群的、沿高度方向和所述两个方向的部位缩放比例。具体的，根据质量的定义，有以下公式：

（5）

其中，

表示修正系数，用于对所述高度比和所述尺寸比的乘积

与 质量比的关系进行修正，使二者更加适配。

该修正系数可以分解为沿高度方向的修正系数

，以及沿围度平面内两个方向的 修正系数

和

，即

（6）

此外，三个修正系数（

、

和

）与对应的尺寸比例（

、

和

）相关，成比例 关系。因此：

（7）

（8）

基于以上分析，在部位缩放比例的求解中，首先，将质量比R _m 、高度比

和各尺寸 比

和

代入公式（5）-（8），求解所述高度比

和各尺寸比

和

的修正系数

、

和

。然后，根据以下公式，计算所述目标人群相对于所述参考人群的、沿高度方向的部位缩 放比例

，沿所述两个方向中一方向的部位缩放比例

，以及沿所述两个方向中另 一方向的部位缩放比例

：

（9）

（10）

（11）

下表显示了个别部位的各尺寸比例（

、

和

）和修正后得到的各缩放比例（

、

和

）。可以看出，修正过程对原始的尺寸比例进行了调整，这使得修正结 果更好的适配质量比，更适用于后续步骤中的模型缩放。

S130、根据各缩放比例，对所述参考人群的假人仿真模型中各部位的仿真模型进行缩放。

对于任一部位而言，本步骤在该部位的缩放坐标系下，对参考人群的该部位仿真模型进行缩放，得到适合目标人群的该部位的仿真模型。具体的，包括如下步骤：

步骤一、获取所述参考人群的实体假人中任一部位在特定姿势下的质心。可选的，该质心可以通过质心测量仪对该部位的实体模型测量获取，测试方案如下：首先，将通用转接板安装到质心测量仪上，如图5所示；将要测量的假人部件安装到测量工装上，如图6所示；再将测量工装通过转接板连接孔安装到通用转接板上。然后，在质心测量仪上进行设置，确定出测量坐标系原点及对应的空间坐标系（X1-Y1-Z1坐标系）。最后，运行质心测量仪进行测量，测量出假人不同部件在定义好的坐标系下的质心位置。

步骤二、在所述参考人群的假人仿真模型中，将所述部位的仿真模型调整为所述特定姿势。具体的，在三维造型软件中加载该部位的仿真模型，并定义一坐标原点和坐标系，使该坐标系与质心测量仪中的X1-Y1-Z1坐标系定义一致。然后，将该部位的仿真模型按照测量时的位置摆放，进行定位。

步骤三、以所述质心为中心，根据各缩放系数对所述部位的仿真模型进行缩放。首先，在三维造型软件的上述坐标系中输入该部位的质心位置坐标，该坐标即是该部位缩放坐标系的原点。然后，对该缩放坐标系的三个方向进行定义，可选的，定义x方向为基于站姿的、垂直于人体正面的方向，y方向为垂直于人体侧面的方向，z方向为人体的站立高度方向。图7为上臂处建立的缩放坐标系。

S140、组合缩放后的各部位模型，得到所述目标人群的假人仿真模型。

将缩放后的各部位模型在软件中进行装配，得出假人的缩放模型，如图8所示。可选的，对缩放后的各部位模型进行微调，以满足软件的装配要求，然后完成软件中的装配。例如，模型中有些用于装配的圆孔由于缩放变成了椭圆形，将其重新调整为圆形，即可满足装配要求。

本实施例提供了一种汽车碰撞假人模型缩放方法，通过合理划分人体部位，选取准确的高度和围度尺寸，对缩放坐标系下的各坐标轴方向的尺寸比例进行修正，计算各部位仿真模型的缩放比例；然后根据缩放比例对参考人群假人仿真模型的各部位进行缩放，所得到的仿真模型既保持了模型轮廓在高度、围度上的基本比例，又满足了真人与假人各部分的质量，更加符合目标人群的体征，提高了假人与真实人体的外形仿真程度。基于仿真程度更高的假人模型，能够进一步提高碰撞假人的生产质量。

图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图9所示，该设备包括处理器60、存储器61、输入装置62和输出装置63；设备中处理器60的数量可以是一个或多个，图9中以一个处理器60为例；设备中的处理器60、存储器61、输入装置62和输出装置63可以通过总线或其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。

存储器61作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的汽车碰撞假人模型缩放方法对应的程序指令/模块。处理器60通过运行存储在存储器61中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的汽车碰撞假人模型缩放方法。

存储器61可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器61可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器61可进一步包括相对于处理器60远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置62可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置63可包括显示屏等显示设备。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一实施例的汽车碰撞假人模型缩放方法。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如C语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种汽车碰撞假人模型缩放方法，其特征在于，包括：

获取目标人群与参考人群体型各部位的高度比、围度比和质量比；

根据所述高度比、围度比和质量比，计算所述目标人群相对于所述参考人群的、沿高度方向和围度平面内各方向的部位缩放比例；

根据各缩放比例，对所述参考人群的假人仿真模型中各部位的仿真模型进行缩放；

组合缩放后的各部位模型，得到所述目标人群的假人仿真模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标人群与参考人群体型各部位的高度比、围度比和质量比，包括：

分别将目标人群与参考人群任一部位的高度进行N等分，其中，N为大于2的自然数；

分别确定所述目标人群和所述参考人群在N-1条等分线处的围度比；

根据N-1个围度比，确定所述目标人群与参考人群所述部位的围度比。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述围度平面内各方向为围度平面内互相垂直的两个方向；

所述根据所述高度比、围度比和质量比，计算所述目标人群相对于所述参考人群的、沿高度方向和围度平面内各方向的部位缩放比例，包括：

根据所述围度比，确定所述目标人群相对于所述参考人群的、沿围度平面内互相垂直的两个方向的尺寸比；

根据所述质量比，修正所述高度比和所述尺寸比，得到所述目标人群相对于所述参考人群的、沿高度方向和所述两个方向的部位缩放比例。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述质量比，修正所述高度比和所述尺寸比，得到所述目标人群相对于所述参考人群的、沿高度方向和所述两个方向的部位缩放比例，包括：

根据所述质量比R _m 和以下公式，求解所述高度比

和各尺寸比

和

的修正系数

、

和

：

其中，

表示修正系数，用于对

与质量比的关系进行修正；

根据以下公式，计算所述目标人群相对于所述参考人群的、沿高度方向的部位缩放比 例

，沿所述两个方向中一方向的部位缩放比例

，以及沿所述两个方向中另一方 向的部位缩放比例

：

。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各缩放比例，对所述参考人群的假人仿真模型中各部位的仿真模型进行缩放，包括：

获取所述参考人群的实体假人中任一部位在特定姿势下的质心；

在所述参考人群的假人仿真模型中，将所述部位的仿真模型调整为所述特定姿势；

以所述质心为中心，根据各缩放系数对所述部位的仿真模型进行缩放。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标人群的假人仿真模型用于制造所述目标人群的实体假人。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各部位包括以下至少之一：头部、颈部、胸部、臀部、左上臂、左下臂、左手、右上臂、右下臂、右手、左大腿、左小腿、左脚、右大腿、右小腿和右脚。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标人群为成年男性10百分位身材的中国人群，所述参考人群为成年男性50百分位身材的中国人群。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1-8任一所述的汽车碰撞假人模型缩放方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一所述的汽车碰撞假人模型缩放方法。

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