CN101604348A - 组合式模块化变参数数字假人建立的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种交通运输技术领域，尤其涉及的是一种组合式模块化变参数数字假人建立的方法。包括以下步骤：建立不同身体部位局部有限元的数字假人模型，包含对标准假人模型的拆分、组合和接触特性定义；对数字假人模型的参数进行个性化定义，即进行组合式模块化变参数数字假人参数化定制，包括体形参数定制和运动姿态参数定制；进行组合式模块化变参数数字假人检测验证，对所生成的假人模型进行运动学和动力学验证和参数修正；通过验证的数字假人模型为增强通用性，组合式模块化变参数数字假人格式转换，对模型进行标准化定义。本发明能够充分反映人体局部损伤情况，可以解决纯粹多刚体数字假人和有限元数字假人存在的问题。

Description

组合式模块化变参数数字假人建立的方法

技术领域

本发明涉及的是一种交通运输技术领域，尤其涉及的是一种组合式模块化变参数数字假人建立的方法。

背景技术

人体无论是在哪种类型的碰撞中都属于弱势的一方，极易受到不同程度的伤害，如何减小碰撞中给人体造成的伤害就成为大家所关注的问题，但采用真人或尸体试验都由于实验对象的缺乏而难以大规模展开。于是各个国家纷纷发展各种碰撞用数字化假人用以代替真实人体进行仿真试验，但由于人体结构的复杂性，目前所采用的数字假人分为两类：多刚体数字假人和有限元数字假人。多刚体数字假人有建模简单、仿真运算速度快等特点，但对人体损伤结果描述不够精确；有限元数字假人可以精细描述假人局部损伤，但建模复杂、仿真计算时间长，适用范围小。通过长期的人体碰撞仿真应用实践，在对两种假人模型优缺点进行总结的基础上，我们选取国际通用的标准百分位多刚体数字假人和有限元数字假人，在对两种类型的数字假人进行结构拆分的基础上，通过铰链连接多刚体和有限元部分，形成新的多刚体与有限元组合式模块化数字假人。并进一步以组合式模块化变参数数字假人模型为基础，通过多尺度参数化定制，生成各种身高、体形特征的数字假人，其中重点是解决多刚体和有限元部分协调参数化定制的问题。

经对现有技术文献的检索发现，美国国家高速公路安全局(NSTHA)和日本汽车研究所(JARI)规定了各自在进行汽车碰撞人体被动安全性仿真时采用的汽车模型规格、数字假人模型结构姿态等，但所采用的数字假人多为多刚体假人，并开发了少量有限元假人，多刚体数字假人不能全面反映人体损伤，有限元数字假人仿真周期长，难以满足仿真时间要求。专利申请号为200610029398.7名称为“建立交通事故再现用中国成年男性数字假人的方法”，该技术提供一种仿真技术领域的建立交通事故再现用中国成年男性数字假人的方法，包括建立标准体形的成年男性数字假人多刚体假人模型，并对模型参数进行定制，可以模拟人车碰撞的接触过程，提高计算速度，充分考察数字假人的长时间运动过程，满足中国事故鉴定的实际需要，但所采用数字假人模型均为椭球体多刚体模型，不能反映数字假人局部损伤，而且仅局限于交通事故领域的男性数字假人，缺乏普遍性和通用型。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种组合式模块化变参数数字假人建立的方法，本发明通过平衡多刚体数字假人和有限元数字假人结构，能够充分反映人体局部损伤情况，尤其是在即需要关注人体局部损伤又要进行碰撞仿真应用技术领域，可以解决纯粹多刚体数字假人和有限元数字假人存在的问题。

本发明包括以下步骤：

步骤1、建立不同身体部位局部有限元的数字假人模型，包含对标准假人模型的拆分、组合和接触特性定义。

步骤1中所述的有限元的数字假人模型，建立的方法如下：

(1)首先，通过标准多刚体假人模型拆分模块对HybridIII型国际通用男性50百分位和女性05百分位两种标准多刚体假人模型，按照头部、上肢、下肢、躯干进行拆分，包含多刚体实体的拆分、多刚体之间连接铰链的拆分、各实体间约束的拆分三部分。通过拆分形成的铰链和约束，可以与其他部位的多刚体或有限元模型进行任意组合。

(2)同时，通过标准有限元假人模型拆分模块对HUMOS国际标准整体有限元假人模型，按照人体头部、上肢、下肢、躯干进行拆分，包含有限元体节点的拆分、有限元体面和体单元的拆分两部分。通过对拆分形成的人体各部位连接处，参照多刚体有限元拆分设置进行铰链和约束定义，可以与其他部位的有限元或多刚体模型进行任意组合。

(3)然后，利用上述拆分形成的局部假人模型，通过多刚体与有限元局部人体数字模型组合模块，采用铰链连接和约束的方法将所拆分的多刚体部分模型和有限元体部分模型连接起来，铰链和约束力的设置均与实验得到的人体关节力相一致，具体参数可参照标准假人模型参数定义，并通过后续假人模型运动学和动力学实验对模型受力特性进行准确性验证。

(4)最后，通过多刚体与有限元体接触定义模块对数字假人用多刚体-有限元体接触算法取代多刚体-多刚体接触算法和有限元体-有限元体接触算法，通过对接触算法的重新定义，保证人体各部位不同类型实体间的正常接触，使组合式模块化变参数数字假人接触特性与真实人体接触特性相一致。

步骤2、对数字假人模型的参数进行个性化定义，即进行组合式模块化变参数数字假人参数化定制，包括体形参数定制和运动姿态参数定制。

步骤2中所述的体形参数定制和运动姿态参数定制，定制方法如下：

(1)首先，以数字假人结构定制生成的组合式假人模型为数据输入，通过数字假人体形参数定制模块对数字假人针对具体碰撞试验仿真要求，基于人体测量学的参数缩放技术，以标准组合式假人模型参数为基础，包括：几何尺寸缩放、传感器位置缩放、质量和转动惯量缩放、其它特性(刚度，摩擦，阻尼和迟滞)缩放、接触特性缩放、受力模型缩放等。其中身高、体形参数定制采用比例缩放的方式，即对标准数字假人的身高和体形乘以缩放比例因子的方式实现。

采用比例缩放的方式，是指：

采用不同尺度的因素，定制指定的X，Y和Z方向。此外，不同尺度的因素适用于不同的身体部位，因此几何模型可以适应自由理想的体型特征参数，通过l_x，l_y，l_z定义了不同的尺度因素。

${\mathrm{\λ}}_x=\frac{l_{\mathrm{tx}}}{l_{\mathrm{rx}}},$ ${\mathrm{\λ}}_y=\frac{l_{\mathrm{ty}}}{l_{\mathrm{ry}}},$ ${\mathrm{\λ}}_z=\frac{l_{\mathrm{tz}}}{l_{\mathrm{rz}}}$ ①

公式①中，λ_x、λ_y、λ_z分别为三个方向上假人模型缩放尺度，l_tx，l_ty，l_tz为缩放前假人各结构尺度因素，l_rx，l_ry，l_rz为缩放后假人各结构尺度因素。此外，以几何形式定义所有其他模型参数。该尺度假设在一定限度内，材料性能不依赖于主体的大小而变化。

对质量m的缩放进行统一的定义，假定初始假人模型和缩放后的假人密度相同，缩放比例为：

$\frac{m_t}{m_x}={\mathrm{\λ}}_x{\mathrm{\λ}}_y{\mathrm{\λ}}_z$ ②

其他参数以此为参考进行缩放，例如一个表面和与之平行面的非线性接触特征的缩放，对于非线性的挠度d和力F，分别用不同缩放比例系数：

$\frac{d_t}{d_r}={\mathrm{\λ}}_z,$ $\frac{F_t}{F_r}={\mathrm{\λ}}_x{\mathrm{\λ}}_y$ ③

在某些情况下x，y和z坐标轴没有独特的定义，如接触函数可能被用于各种不同方向，此时缩放系数λ_r被定义为：

${\mathrm{\λ}}_r=\sqrt[3]{{\mathrm{\λ}}_x{\mathrm{\λ}}_y{\mathrm{\λ}}_z}$ ④

为非线形刚度函数的挠度d和力F定义缩放系数：

$\frac{d_t}{d_r}={\mathrm{\λ}}_r,$ $\frac{F_t}{F_r}={{\mathrm{\λ}}_r}^2$ ⑤

(2)然后，以体形参数定制模型所定制的组合式数字假人为基础，根据仿真中人体的实际运动姿态，通过数字假人运动姿态参数定制模块，以对不同体形特征的真实人体关节力测量结果为依据，等比例转化为假人模型关节铰链上的关节力，对数字假人关节力进行设置，使数字假人模型在站立或行进中都能保持平衡。然后通过基于步态和步速的真实人体运动仿真，从数字假人行进的角度体现人体运动状态对仿真结果的影响，设置数字假人的各种运动姿态。

步骤3、进行组合式模块化变参数数字假人检测验证，对所生成的假人模型进行运动学和动力学验证和参数修正。

步骤3中所述的进行运动学验证和动力学验证，验证方法如下：

(1)数字假人运动学特性试验验证模块首先对志愿者行进状态进行拍摄，使用数码摄像机，分辨率应不低于500万像素，如果使用非量测用摄像机进行拍摄，应对相机进行校准。通过录像解析的方法得到志愿者行进过程中身体各部位及各关节的位移、速度、加速度。然后，以志愿者相同的步速和步幅作为输入，对组合式模块化变参数数字假人进行运动仿真，得到假人身体各部位及各关节的位移、速度、加速度。最后，将志愿者真实人体实验得到的运动参数和假人模型仿真得到的运动参数进行比较，验证组合式模块化变参数数字假人模型运动特性的正确性，考虑仿真误差，数字假人身体各部位及各关节的位移、速度、加速度输出误差允许范围限定为95％。

(2)真实交通事故案例动力学特性验证模块首先采集汽车与数字假人碰撞真实交通事故案例，对案卷中汽车速度、碰撞点位置、数字假人损伤进行分析。然后，建立与真实交通事故案例相同车型的汽车多刚体模型，以案卷中的汽车速度和人车相对位置为输入，对汽车与组合式模块化变参数数字假人进行碰撞仿真，得到假人各部位的碰撞损伤参数。最后，将真实交通事故案例人体损伤检验报告中人体损伤评定指标和车人碰撞仿真得到的人体损伤参数进行比较，验证组合式模块化变参数数字假人模型动力学特性的正确性，考虑仿真误差，数字假人抛距与实际事故中行人抛距误差允许范围为90％，同时可以为组合式模块化变参数数字假人模型动力学及材料参数改进提供依据。

步骤4、通过验证的数字假人模型为增强通用性，组合式模块化变参数数字假人格式转换，对模型进行标准化定义.

步骤4中所述的对模型进行标准化定义，方法如下：

(1)数字假人格式转换接口模块对组合式模块化变参数数字假人在各种类型的碰撞仿真应用中提供一个标准化的格式定义，包含模型尺寸参数标准化、模型质量参数标准化、模型约束及边界条件标准化，尺寸单位“m”，比例1∶1，质量单位“kg”。

(2)数字假人仿真应用模块将组合式模块化变参数数字假人与具体仿真环境中的其它实体接触进行标准化定义，通过CONTACT_E函数定义受力-变性的关系曲线，具体参数由具体应用环境确定。

本发明以国际通用标准碰撞假人模型为基础，能够有效平衡多刚体数字假人和有限元数字假人的优缺点，即能保证组合式模块化变参数数字假人结构及运动形态与真实人体特征的一致性，又解决了单一结构数字假人应用中存在的问题，尤其适用于即需要关注局部人体损伤，又需要进行反复优化迭代的碰撞仿真领域。此外，通过对组合式模块化变参数数字假人进行参数化定制，使以西方人人体特征参数为标准的数字假人结构，能够更加适用于中国人人体特征，在针对国内一些人体仿真应用中得到更加准确的结果。

本发明与现有实现技术相比，可以实现在包含人体损伤的碰撞仿真中，对人体局部损伤的评定，同时保证足够的计算效率。与目前所采用的纯粹多刚体数字假人相比，可以将数据分析精度提高20％以上，与目前所采用的纯粹有限元数字假人相比，根据有限元部分在人体中所占比例，可以提高计算效率45％以上。此外，本发明根据具体的仿真需求具有人体特征参数定义功能，人体体形及运动状态参数均与真实试验相一致，解决了标准假人模型与试验用个体假人体形特征不匹配的问题。

附图说明

图1建立组合式模块化变参数新型数字假人实施框图

图2标准百分位多刚体假人模型拆分示意图

图3标准碰撞用有限元假人模型拆分示意图

图4多刚体与有限元局部人体数字模型组合示意图

图5组合式模块化变参数数字假人参数化定制示意图

图6录像解析实验数字假人运动学特性验证示意图

图7真实交通事故案例数字假人动力学特性验证示意图

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例进行详细说明：以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方法和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明的组合式模块化变参数新型数字假人建模、试验验证及应用方法包含组合式模块化变参数数字假人结构定制、组合式模块化变参数数字假人参数化定制、组合式模块化变参数数字假人实验验证、组合式模块化变参数数字假人格式转换及仿真应用四个异步流程。如图1所示，包含以下步骤：

首先，在国际通用假人模型基础上建立组合式模块化变参数数字假人，可以对组合式模块化变参数数字假人进行参数化定制，形成各种符合中国人体特征的数字假人模型。然后，通过录像解析实验的方法对假人运动特性进行验证，并通过实际交通事故案例对数字假人模型进行验证，证明数字假人模型结构和力学特性都与中国人相符合。最后，将数字假人通过模型格式转换，应用于交通事故再现、人体跌落分析、拳击体育等诸多基于局部人体损伤的碰撞仿真领域。具体实施步骤如下：

1、组合式模块化变参数数字假人结构定制首先对国际标准百分位多刚体假人模型和有限元假人模型分别按照人体头部、上肢、下肢、躯干进行拆分。然后，通过对所拆分出来的人体各部位的重新定义，生成标准格式的连接接口，可以与其他部位的多刚体和有限元模型进行任意组合。最后，通过铰链连接和约束的方法将人体多刚体部分和有限元体部分连接起来。此外，用多刚体-有限元体接触算法取代多刚体-多刚体接触算法和有限元体-有限元体接触算法，通过对接触算法的重新定义，保证人体各部位的正常接触。

由组合式模块化变参数数字假人结构定制充分考虑了有限元假人反映人体伤害和多刚体假人计算时间短两方面优势，根据不同仿真需求对两者进行权衡，得到组合式数字化假人。该模型作为组合式模块化变参数数字假人参数化定制的输入，对模型的结构参数和体形参数进行定制，使之与真实试验中人体特征更加吻合。

2、组合式模块化变参数数字假人参数化定制首先针对具体碰撞试验仿真要求，以结构定制结果为输入，对组合式模块化变参数数字假人身高、体重、局部特征进行特别定制。然后进行组合式模块化变参数数字假人模型运动姿态参数定制，包含保持数字假人自平衡的复杂关节建模和基于步态和步速的数字假人运动仿真两方面内容。

通过组合式模块化变参数数字假人结构定制和参数化定制得到的假人模型，可以在结构上充分满足各种碰撞仿真中人体特征的定制需要，但由于假人模型的拆分与组合，使组合式模块化变参数数字假人模型的内部特性发生了改变，需要对最终定制结果进行运动学和动力学试验验证，使之与人体运动和动力学特性相一致。

3、组合式模块化变参数数字假人实验验证对组合式模块化变参数数字假人运动学和动力学特性的试验验证，首先通过对志愿者行进状态进行录像解析结果与以志愿者相同的步速和步幅作为输入，对组合式模块化变参数数字假人进行运动仿真结果想比较，验证组合式模块化变参数数字假人模型运动特性的正确性，同时可以为组合式模块化变参数数字假人模型运动学参数改进提供依据。然后通过采集汽车与数字假人碰撞真实交通事故案例，建立对汽车与组合式模块化变参数数字假人进行碰撞仿真模型进行仿真计算，得到假人各部位的碰撞损伤参数，将真实交通事故案例人体损伤检验报告人体损伤评定指标和车人碰撞仿真得到的人体损伤参数进行比较，验证组合式模块化变参数数字假人模型动力学特性的正确性，同时可以为组合式模块化变参数数字假人模型动力学及材料参数改进提供依据。

经过试验验证的组合式模块化便参数数字假人在结构上和运动学、动力学特性方面都有很高的可靠性，可以作为包含人体损伤的碰撞仿真的模型输入，为碰撞过程提供人体运动学、动力学及损伤特性输出。

4、组合式模块化变参数数字假人格式转换及仿真应用方法是对组合式模块化变参数数字假人在各种类型的碰撞仿真应用中提供一个标准化的格式定义，可以将模型任意转换为各种仿真环境输入文件格式，以满足多种运动和动力学状态人体碰撞损伤仿真计算。将不同格式的组合式模块化变参数数字假人与具体仿真环境中的其它实体接触而进行的标准化定义，可以支持不同碰撞环境下的人体损伤仿真计算。

以下对本发明实施例作进一步的说明：

标准百分位多刚体假人模型拆分示例如图2所示，首先选取与仿真中人体特征相符的标准百分位多刚体假人模型，本专利采用国际通用的男性50百分位假人模型和女性05百分位假人模型，然后对国际标准百分位多刚体假人模型按照人体头部、上肢、下肢、躯干进行拆分。主要包含多刚体实体的拆分方法、多刚体之间连接铰链的拆分方法、各实体间约束的拆分方法三方面内容。通过对所拆分出来的人体各部位的重新定义，生成标准格式的连接接口，可以与其他部位的多刚体和有限元模型进行任意组合。

标准碰撞用有限元假人模型拆分示例如图3所示，首先选取与仿真中人体特征相符的标准百分位有限元假人模型，本专利采用碰撞领域常用的50百分位有限元假人模型，然后按照人体头部、上肢、下肢、躯干进行拆分的方法。主要包含有限元体节点的拆分方法、有限元体面和体单元的拆分方法两方面内容。通过对所拆分出来的人体各部位的重新定义，生成标准格式的连接接口，可以与其他部位的多刚体和有限元模型进行任意组合。

多刚体与有限元局部人体数字模型组合示例如图4所示，以腿部和胸部为例，通过铰链连接和约束的方法将人体多刚体部分和有限元体部分连接起来，铰链和约束力的设置均与实验得到的人体关节力相一致，并通过组合式模块化变参数数字假人实验对模型受力特性进行准确性验证。此外，还需要进行组合后多刚体与有限元体之间接触特征定义，即用多刚体-有限元体接触算法取代多刚体-多刚体接触算法和有限元体-有限元体接触算法，通过对接触算法的重新定义，保证人体各部位的正常接触，并通过基于统计实验的接触参数校正，保证组合式模块化变参数数字假人接触特性与真实人体接触特性相一致。

组合式模块化变参数数字假人参数化定制示例如图5所示，对组合式模块化变参数数字假人针对具体碰撞试验仿真要求，对其身高、体重、体形和局部特征进行特别定制。

录像解析实验运动特性解析示例如图6所示，是对组合式模块化变参数数字假人运动学特性的试验验证，首先对志愿者行进状态进行拍摄，然后通过录像解析的方法得到志愿者行进过程中身体各部位及各关节的位移、速度、加速度。以志愿者相同的步速和步幅作为输入，输入曲线示例如图6(a)所示，对组合式模块化变参数数字假人进行运动仿真，得到假人身体各部位及各关节的位移、速度、加速度，行人运动状态仿真结果如图6(b)所示。将志愿者真实人体实验得到的运动参数和假人模型仿真得到的运动参数进行比较，验证组合式模块化变参数数字假人模型运动特性的正确性，同时可以为组合式模块化变参数数字假人模型运动学参数改进提供依据。

真实交通事故案例车人碰撞仿真动力学特性验证示例如图7所示，是对组合式模块化变参数数字假人动力学特性的试验验证，首先采集汽车与数字假人碰撞真实交通事故案例，对案卷中汽车速度、碰撞点位置、数字假人损伤进行分析。建立与真实交通事故案例相同车型的汽车多刚体模型，以案卷中的汽车速度和人车相对位置为输入，对汽车与组合式模块化变参数数字假人进行碰撞仿真，得到假人各部位的碰撞损伤参数，碰撞过程仿真结果如图7所示。将真实交通事故案例人体损伤检验报告人体损伤评定指标和车人碰撞仿真得到的人体损伤参数进行比较，验证组合式模块化变参数数字假人模型动力学特性的正确性，同时可以为组合式模块化变参数数字假人模型动力学及材料参数改进提供依据。

Claims (6)

1、一种组合式模块化变参数数字假人建立的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立不同身体部位局部有限元的数字假人模型，包含对标准假人模型的拆分、组合和接触特性定义；

步骤2、对数字假人模型的参数进行个性化定义，即进行组合式模块化变参数数字假人参数化定制，包括体形参数定制和运动姿态参数定制；

步骤3、进行组合式模块化变参数数字假人检测验证，对所生成的假人模型进行运动学和动力学验证和参数修正；

步骤4、通过验证的数字假人模型为增强通用性，组合式模块化变参数数字假人格式转换，对模型进行标准化定义。

2、根据权利要求1所述的组合式模块化变参数数字假人建立的方法，其特征是，步骤1中所述的有限元的数字假人模型，建立的方法如下：

(1)首先，对HybridIII型国际通用男性50百分位和女性05百分位两种标准多刚体假人模型，按照头部、上肢、下肢、躯干进行拆分，包含多刚体实体的拆分、多刚体之间连接铰链的拆分、各实体间约束的拆分三部分；

(2)同时，对HUMOS国际标准整体有限元假人模型，按照人体头部、上肢、下肢、躯干进行拆分，包含有限元体节点的拆分、有限元体面和体单元的拆分两部分；

(3)然后，利用上述拆分形成的局部假人模型，采用铰链连接和约束的方法将所拆分的多刚体部分模型和有限元体部分模型连接起来，铰链和约束力的设置均与实验得到的人体关节力相一致，具体参数可参照标准假人模型参数定义，并通过后续假人模型运动学和动力学实验对模型受力特性进行准确性验证；

(4)最后，对数字假人用多刚体-有限元体接触算法，通过对接触算法的重新定义，保证人体各部位不同类型实体间的正常接触，使组合式模块化变参数数字假人接触特性与真实人体接触特性相一致。

3、根据权利要求2所述的组合式模块化变参数数字假人建立的方法，其特征是，步骤2中所述的体形参数定制和运动姿态参数定制，定制方法如下：

(1)首先，以数字假人结构定制生成的组合式假人模型为数据输入，对数字假人针对具体碰撞试验仿真要求，基于人体测量学的参数缩放技术，以标准组合式假人模型参数为基础，其中身高、体形参数定制采用比例缩放的方式，即对标准数字假人的身高和体形乘以缩放比例因子的方式实现；

(2)以体形参数定制模型所定制的组合式数字假人为基础，根据仿真中人体的实际运动姿态，以对不同体形特征的真实人体关节力测量结果为依据，等比例转化为假人模型关节铰链上的关节力，对数字假人关节力进行设置，使数字假人模型在站立或行进中都能保持平衡；然后通过基于步态和步速的真实人体运动仿真，从数字假人行进的角度体现人体运动状态对仿真结果的影响，设置数字假人的各种运动姿态。

4、根据权利要求3所述的组合式模块化变参数数字假人建立的方法，其特征是，所述的采用比例缩放的方式，是指：

采用不同尺度的因素，定制指定的X，Y和Z方向，几何模型适应自由理想的体型特征参数，通过l_x，l_y，l_z定义了不同的尺度因素：

${\mathrm{\λ}}_x=\frac{l_{\mathrm{tx}}}{l_{\mathrm{rx}}},$ ${\mathrm{\λ}}_y=\frac{l_{\mathrm{ty}}}{l_{\mathrm{ry}}},$ ${\mathrm{\λ}}_z=\frac{l_{\mathrm{tz}}}{l_{\mathrm{rz}}},$

上式中，λ_x、λ_y、λ_z分别为三个方向上假人模型缩放尺度，l_tx，l_ty，l_tz为缩放前假人各结构尺度因素，l_rx，l_ry，l_rz为缩放后假人各结构尺度因素；

此外，以几何形式定义所有模型参数，

对质量m的缩放进行统一的定义，假定初始假人模型和缩放后的假人密度相同，缩放比例为：

$\frac{m_t}{m_s}={\mathrm{\λ}}_x{\mathrm{\λ}}_y{\mathrm{\λ}}_z,$

一个表面和与之平行面的非线性接触特征的缩放，对于非线性的挠度d和力F，分别用不同缩放比例系数：

$\frac{d_t}{d_r}={\mathrm{\λ}}_z,$ $\frac{F_t}{F_r}={\mathrm{\λ}}_x{\mathrm{\λ}}_y,$

当接触函数可能被用于各种不同方向，此时缩放系数λ_r被定义为：

${\mathrm{\λ}}_r=\sqrt[3]{{\mathrm{\λ}}_x{\mathrm{\λ}}_y{\mathrm{\λ}}_z},$

为非线形刚度函数的挠度d和力F定义缩放系数：

$\frac{d_t}{d_r}={\mathrm{\λ}}_r,$ $\frac{F_t}{F_r}={{\mathrm{\λ}}_r}^2.$

5、根据权利要求1所述的组合式模块化变参数数字假人建立的方法，其特征是，步骤3中所述的进行运动学验证和动力学验证，验证方法如下：

(1)首先对志愿者行进状态进行拍摄，使用数码摄像机，通过录像解析的方法得到志愿者行进过程中身体各部位及各关节的位移、速度、加速度；

然后，以志愿者相同的步速和步幅作为输入，对组合式模块化变参数数字假人进行运动仿真，得到假人身体各部位及各关节的位移、速度、加速度；

最后，将志愿者真实人体实验得到的运动参数和假人模型仿真得到的运动参数进行比较，验证组合式模块化变参数数字假人模型运动特性的正确性，考虑仿真误差，数字假人身体各部位及各关节的位移、速度、加速度输出误差允许范围限定为95％

(2)首先采集汽车与数字假人碰撞真实交通事故案例，对案卷中汽车速度、碰撞点位置、数字假人损伤进行分析；

然后，建立与真实交通事故案例相同车型的汽车多刚体模型，以案卷中的汽车速度和人车相对位置为输入，对汽车与组合式模块化变参数数字假人进行碰撞仿真，得到假人各部位的碰撞损伤参数；

最后，将真实交通事故案例人体损伤检验报告中人体损伤评定指标和车人碰撞仿真得到的人体损伤参数进行比较，验证组合式模块化变参数数字假人模型动力学特性的正确性，考虑仿真误差，数字假人抛距与实际事故中行人抛距误差允许范围为90％，同时可以为组合式模块化变参数数字假人模型动力学及材料参数改进提供依据。

6、根据权利要求1所述的组合式模块化变参数数字假人建立的方法，其特征是，步骤4中所述的对模型进行标准化定义，方法如下：

(1)对组合式模块化变参数数字假人在各种类型的碰撞仿真应用中提供一个标准化的格式定义，包含模型尺寸参数标准化、模型质量参数标准化、模型约束及边界条件标准化，尺寸单位“m”，比例1∶1，质量单位“kg”；

(2)将组合式模块化变参数数字假人与具体仿真环境中的其它实体接触进行标准化定义，通过CONTACT_E函数定义受力-变性的关系曲线。

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