CN105737743A - 一种基于摄像分析的碰撞试验中假人h点位移的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，包括以下步骤：步骤一、在碰撞试验中，使用高速摄影方法抓取第一标记点A的横向位移、纵向位移，和第二标记点B的横向位移、纵向位移，为时间；其中，第一标记点A和第二标记点B设置在假人同一大腿上；步骤二、计算H点横向位移和纵向位移：<maths num="0001"><math><![CDATA[ <mrow><mfenced open=ˊˊ close=ˊˊ><mtable><mtr><mtd><msub><mi>X</mi><mi>h</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>X</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mi>a</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>X</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>a</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Z</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>Z</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>h</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>Z</mi><mi>h</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>Z</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mi>a</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>Z</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>a</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>X</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>h</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>;</mo> </mrow>]]></math></maths>其中，a为H点与第一标记点A的距离在A和B连线方向的投影分量；d为第一标记点A与第二标记点B之间的距离，h为H点距第一标记点A和第二标记点B连线的垂直距离。

Description

一种基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法

技术领域

本发明涉及汽车碰撞试验技术领域，特别涉及一种基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法。

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系统对乘员的约束能力，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。

H点位移的测量方法主要通过高速摄像标记点追踪技术，并利用专用分析软件进行计算。但是，H点是假人骨盆与大腿的铰接点，受假人皮肤遮挡不能直接测量，因此需要在碰撞假人骨盆位置安装特殊专用装置将该点投影到可见区域，并跟踪计算投影点位移替代H点位移。但是该方法存在以下问题：①该装置保留在假人身上，在碰撞过程中会与安全带、座椅等部件发生干涉，影响假人运动姿态；②在碰撞过程中，该装置易弯折、甚至从假人身上脱离，从而降低H点轨迹的追踪精度、乃至无法获得试验结果；③在试验中粘贴的H点标记点经常被座椅靠背、座椅座垫、安全带插扣、假人小臂等部件遮挡，从而无法追踪全碰撞过程中的H点运动轨迹。

发明内容

本发明设计开发了一种基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，克服了现有测量技术中对H点专用装置的依赖性，并解决了干涉假人运动姿态、易弯折、易脱离、易遮挡等诸多问题，从而无法获得准确的结果的缺陷，能够实现测量需求，获得准确的测量结果。

本发明提供的技术方案为：

一种基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，包括以下步骤：

步骤一、在碰撞试验中，使用高速摄影方法抓取第一标记点A的横向位移X₁(t)、纵向位移Z₁(t)，和第二标记点B的横向位移X₂(t)、纵向位移Z₂(t)，t为时间；其中，第一标记点A和第二标记点B设置在假人同一大腿上；

步骤二、计算H点横向位移Xh(t)和纵向位移Zh(t)：

$X_h\left(t\right)=X_1\left(t\right)\&CenterDot;(1+\frac{a}{d})-X_2\left(t\right)\&CenterDot;\left(\frac{a}{d}\right)+\left(Z_2\right(t)-Z_1(t\left)\right)\&CenterDot;\left(\frac{h}{d}\right)$

$Z_h\left(t\right)=Z_1\left(t\right)\&CenterDot;(1+\frac{a}{d})-Z_2\left(t\right)\&CenterDot;\left(\frac{a}{d}\right)+\left(X_2\right(t)-X_1(t\left)\right)\&CenterDot;\left(\frac{h}{d}\right);$

其中，a为H点与第一标记点A的距离在A和B连线方向的投影分量；d为第一标记点A与第二标记点B之间的距离，h为H点距第一标记点A和第二标记点B连线的垂直距离。

优选的是，所述第一标记点A和第二标记点B设置在假人同一大腿上。

优选的是，所述第一标记点A和第二标记点B，二者距离固定，以此作为图像计算的固定标尺。

优选的是，在进行碰撞试验前，获取第一标记点A的横坐标X₁₀和纵坐标Z₁₀，第二标记点B的横坐标X₂₀和Z₂₀，计算得到

$d=\sqrt{{(X_{10}-X_{20})}^2+{(Z_{10}-Z_{20})}^2}.$

优选的是，在进行碰撞试验前，获取H点横坐标X_h0和纵坐标Z_h0，计算得到

$a=\frac{n^2-m^2-d^2}{2d}$

其中，m为第一标记点A与H点之间的距离，n为第二标记点B与H点之间的距离。

优选的是，

$h=\sqrt{m^2-{\left(\frac{n^2-m^2-d^2}{2d}\right)}^2}.$

本发明的有益效果为：本发明提供了一种基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，在与H点同一刚体上使用两处不会变形且不易被遮挡的位置粘贴标记点，利用同一刚体各点相对位置关系不变的特点，使用摄像分析软件，计算高速摄像画面中两点的位移函数，并拟合出一虚拟点与H点重合，从而间接获得H点位移函数，克服了现有测量技术中对H点专用装置的依赖性，并解决了干涉假人运动姿态、易弯折、易脱离、易遮挡等诸多问题获得精确的测量结果。

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。

图2为第一标记点A、第二标记点B、H点位置关系示意图。

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，本发明提供了一种基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，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。

为了便于跟踪标记点，并确保标记点能够与H点处于同一刚体，利用假人大腿骨上下两个螺栓孔作为第一标记点A和第二标记点B，制作专用标记点粘贴标尺，该标尺可以通过螺栓连接在大腿上，与大腿形成同一刚体。

建立坐标系XOZ，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。

在进行碰撞试验前，获取H点初始坐标，记为(X_h0，Z_h0)，以及第一标记点A和第二标记点B的初始坐标，分别记为(X₁₀，Z₁₀)和(X₂₀，Z₂₀)。

在进行碰撞试验时，使用高速摄像的方法，跟踪测量得到第一标记点A的X向位移函数X₁(t)，第一标记点A的Z向位移函数Z₁(t)，第二标记点B的X向位移函数X₂(t)，以及第二标记点B的Z向位移函数Z₂(t)，其中t为时间。

在获取以上基础数据后，即可通过计算得到H点的位移函数。

如图2所示，第一标记点A与第二标记点B之间的距离为d，第一标记点A与H点之间的距离为m，第二标记点B与H点之间的距离为n，H点与第一标记点A的距离在A和B连线方向的投影分量为a；H点距第一标记点A和第二标记点B连线的垂直距离为h。根据平面上两点间距离计算公式，可得：

$d=\sqrt{{(X_{10}-X_{20})}^2+{(Z_{10}-Z_{20})}^2}$

$m=\sqrt{{(X_{10}-X_{h0})}^2+{(Z_{10}-Z_{h0})}^2}$

$n=\sqrt{{(X_{20}-X_{h0})}^2+{(Z_{20}-Z_{h0})}^2}$

根据勾股定理可得方程组：

联立解得：

$a=\frac{n^2-m^2-d^2}{2d}$

$h=\sqrt{m^2-{\left(\frac{n^2-m^2-d^2}{2d}\right)}^2}$

在计算得到上述参数后，可依据图2中H点、第一标记点A、第二标记点B的三点位置关系，解析计算得到H点的动态运动轨迹。

H点的X向位移函数X_h(t)：

$X_h\left(t\right)=X_1\left(t\right)\&CenterDot;(1+\frac{a}{d})-X_2\left(t\right)\&CenterDot;\left(\frac{a}{d}\right)+\left(Z_2\right(t)-Z_1(t\left)\right)\&CenterDot;\left(\frac{h}{d}\right)$

H点的Z向位移函数Z_h(t)：

$Z_h\left(t\right)=Z_1\left(t\right)\&CenterDot;(1+\frac{a}{d})-Z_2\left(t\right)\&CenterDot;\left(\frac{a}{d}\right)+\left(X_2\right(t)-X_1(t\left)\right)\&CenterDot;\left(\frac{h}{d}\right).$

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 (6)

1.一种基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在碰撞试验中，使用高速摄影方法抓取第一标记点A的横向位移X₁(t)、纵向位移Z₁(t)，和第二标记点B的横向位移X₂(t)、纵向位移Z₂(t)，t为时间；其中，第一标记点A和第二标记点B设置在假人同一个大腿上；

步骤二、计算H点横向位移Xh(t)和纵向位移Zh(t)：

$X_h\left(t\right)=X_1\left(t\right)\&CenterDot;(1+\frac{a}{d})-X_2\left(t\right)\&CenterDot;\left(\frac{a}{d}\right)+\left(Z_2\right(t)-Z_1(t\left)\right)\&CenterDot;\left(\frac{h}{d}\right)$

$Z_h\left(t\right)=Z_1\left(t\right)\&CenterDot;(1+\frac{a}{d})-Z_2\left(t\right)\&CenterDot;\left(\frac{a}{d}\right)+\left(X_2\right(t)-X_1(t\left)\right)\&CenterDot;\left(\frac{h}{d}\right);$

其中，a为第一标记点A距H点与第一标记点A和第二标记点B连线垂线的距离；d为第一标记点A与第二标记点B之间的距离，h为H点距第一标记点A和第二标记点B连线的距离。

2.根据权利要求1所述的基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，其特征在于，所述第一标记点A和第二标记点B设置在假人同一大腿上。

3.根据权利要求2所述的基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，其特征在于，所述第一标记点A和第二标记点B，二者距离固定，以此作为图像计算的固定标尺。

4.根据权利要求3所述的基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，其特征在于，在进行碰撞试验前，获取第一标记点A的横坐标X₁₀和纵坐标Z₁₀，第二标记点B的横坐标X₂₀和Z₂₀，计算得到

$d=\sqrt{{(X_{10}-X_{20})}^2+{(Z_{10}-Z_{20})}^2}.$

5.根据权利要求1所述的基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，其特征在于，在进行碰撞试验前，获取H点横坐标X_h0和纵坐标Z_h0，计算得到

$a=\frac{n^2-m^2-d^2}{2d}$

其中，m为第一标记点A与H点之间的距离，n为第二标记点B与H点之间的距离。

6.根据权利要求1所述的基于摄像分析的碰撞试验中假人H点位移的测量方法，其特征在于，

$h=\sqrt{m^2-{\left(\frac{n^2-m^2-d^2}{2d}\right)}^2}.$