CN110118663A - 行人仿生模型及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种行人仿生模型，包括人体模型组件、移动平台和控制机构，其中人体模型组件包括躯干骨架、上肢骨架和下肢骨架，控制机构能够控制上、下肢骨架能够相对于躯干骨架转动以模拟真实行人的四肢运动，移动平台能够带动人体模型组件以模拟真实行人的移动，使得行人仿生模型与真实行人的运动更为接近，以提高对汽车主动安全性能的测试效果。本发明还提供了一种行人仿生模型的应用，其包括上述行人仿生模型，行人仿生模型用于对汽车的主动安全性能进行测试。

Description

行人仿生模型及其应用

技术领域

本发明涉及车辆测试技术领域，特别是涉及一种行人仿生模型及其应用。

背景技术

目前，全世界每年因交通事故死亡的人数约50万，因此汽车的安全性对人 类生命财产的影响是不言而喻的。传统的汽车安全理念也在逐渐发生变化，随 着科技的进步，汽车的安全重心逐步由被动安全技术转移到主动安全技术。智 能网联汽车可以认为是主动安全相当高的汽车，汽车主动安全技术先从 ADAS(Advanced Driver Assistant Systems，高级驾驶辅助系统)开始研发即为 预防汽车发生事故，避免人员受到伤害而采取的安全设计。随着摄像机、毫米 波雷达、激光雷达等车载传感器技术的日趋成熟，为汽车的主动安全功能的开 发提供了良好的技术支持，主动安全性已成为当前汽车领域的研究热点之一，代表着汽车安全技术的发展方向。

ADAS系统研发过程当中，需要模拟行人对系统进行测试，为此需要提供类 似于行人的仿真模型。中国专利(申请号)CN201810391969.4申请公开了一种 仿真行人及汽车测试系统，但其中的行人主体为静态，或是部分关节能够活动， 但不能模仿行人行走的运动过程，且移动平台的运动轨迹与运动速度也与真实 行人的运动状态不匹配，仿真行人及汽车测试系统人体运动特征仿真程度低， 不能真实反映被测试车辆的行人识别能力。

发明内容

基于此，有必要针对目前的测试用仿真模型所存在的仿真度低、测试效果 差的问题，提供一种行人仿生模型及其应用。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种行人仿生模型，包括：人体模型组件、移动平台和控制机构：所述人 体模型组件包括躯干骨架、上肢骨架、下肢骨架、头部模型、包覆层和驱动机 构，所述包覆层设置于所述行人仿生模型表面，并使所述行人仿生模型外形与 人体外形相似；所述上肢骨架、下肢骨架可转动地设置于所述躯干骨架，所述 驱动机构设置于所属上肢骨架、下肢骨架的转动连接处，并可驱动所述上肢骨 架、下肢骨架转动；所述躯干骨架固定连接于所述移动平台，所述移动平台移 动时带动所述人体模型组件运动；所述控制机构能够所述驱动机构带驱动所述 上肢骨架、下肢骨架运动，使得所述行人仿生模型能够模拟真实行人的运动。

在其中一个实施例中，所述下肢骨架包括大腿骨架和小腿骨架，所述大腿 骨架两端分别与所述躯干骨架和小腿骨架可转动地连接，于转动连接处设置有 驱动机构。

在其中一个实施例中，所述驱动机构包括安装本体和转动部，所述安装本 体能够驱动所述转动部相对于所述安装本体转动；任意两个可转动连接的所述 骨架构成一组转动副，所述安装本体和转动部分别固定连接于所述转动副当中 的两个所述骨架。

在其中一个实施例中，所述控制机构能够控制所述移动平台的移动速度， 使得所述行人仿生模型的移动速度和所述上肢骨架、下肢骨架的转动频率与真 实行人的速度和四肢转动频率相符。

在其中一个实施例中，所述包覆层包括电磁波吸收层和外衣装饰层，所述 电磁波吸收层采用吸波材料制成，能够削弱所述行人仿生模型内部的金属对雷 达信号的干扰；所述外衣装饰层能够模拟真实行人的穿着。

在其中一个实施例中，所述外衣装饰层由耐磨、防水材料制成。

在其中一个实施例中，所述控制机构设置于所述躯干骨架。

在其中一个实施例中，所述头部模型外形模仿人体面部形状设计。

在其中一个实施例中，所述人体模型组件的外形以亚洲人平均体型与尺寸 特征设计。

本发明还提供了一种行人仿生模型的应用，包括上述实施例所述的行人仿 生模型，所述行人仿生模型能够模拟真实行人的运动，以对所述汽车的主动安 全性能进行测试。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种行人仿生模型，包括人体模型组件、移动平台和控制机 构，其中人体模型组件包括躯干骨架、上肢骨架和下肢骨架，控制机构能够控 制上、下肢骨架能够相对于躯干骨架转动以模拟真实行人的四肢运动，移动平 台能够带动人体模型组件以模拟真实行人的移动，使得行人仿生模型与真实行 人的运动更为接近，以提高对汽车主动安全性能的测试效果。本发明还提供了 一种行人仿生模型的应用，其上述行人仿生模型，行人仿生模型用于对汽车的 主动安全性能进行测试。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的行人仿生模型结构示意图。

其中：

躯干骨架110；上肢骨架120；下肢骨架130；大腿骨架131；小腿骨架132； 头部模型140；包覆层150；驱动机构160；移动平台200；连接杆210；控制机 构300。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例， 并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实 施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所 描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”， 如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解 的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、 “水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或 “下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接 接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特 征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。 第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特 征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

对于车辆主动安全系统当中的碰撞避免或预碰撞系统等，需要对车辆正常 行驶时附近的行人进行识别，以进行下一步判断。在对车辆主动安全系统进行 测试时，测试使用的仿真人体模型组件与真实行人越相近，则测试效果越准确。 车辆主动安全系统对于行人的识别主要包括视觉识别或雷达识别，而现有的测 试用仿真人体模型组件通常是静止或部分能够运动，与真实行人的相似度低， 导致测试准确度较差。例如，多种识别方式测试时若只对静态目标进行测试， 显然运动中的行人与测试时的静态目标之间存在较大差异，仅以静态目标进行 测试，则存在无法识别动态目标的风险；又例如，对于视觉识别系统，车辆实 际运行当中，由于周围环境中存在各种近似人形的干扰，如立于道路两侧警示 人体模型组件，或是大型公共车辆车体广告当中的人像，为排除这些干扰，视 觉识别系统不会将此类人像识别为行人。因此，若测试当中仿真行人为静止模 型，则无法起到良好的测试效果。

为解决上述问题，本发明提供了一种行人仿生模型，如图1所示，行人仿 生模型包括人体模型组件、移动平台200和控制机构300，其中，人体模型组件 包括躯干骨架110、上肢骨架120、下肢骨架130、头部模型140、包覆层150 和驱动机构160，其中的躯干骨架110、上肢骨架120、下肢骨架130和头部模 型140构成的整体骨架与真实人体骨架相似；并且，上肢骨架120和下肢骨架 130可转动地设置于躯干骨架110，并形成与真实人体关节类似的肩关节和髋关 节，人体模型组件于各个关节处设置有驱动机构160，驱动机构160能够驱动四肢骨架相对于躯干骨架110转动。控制机构300能够控制多个关节处的驱动机 构160，使得四肢骨架的运动具有相关性，与真实行人行走时的四肢的摆动相似。 移动平台200能带动人体模型组件移动，进一步模拟真实行人的运动；移动平 台200可以是由电机驱动的台车等。包覆层150设置于人体模型组件表面，使 得人体模型组件的外形与真实人体的外形相似。通过以上设计，使得行人仿生 模型能够模拟真实行人的运动，提高了相关测试的准确性。

优选的，下肢骨架130包括大腿骨架131和小腿骨架132，大腿骨架131一 端可转动地连接于小腿骨架132，形成与真实人体关节类似的膝关节，并在转动 连接处设置有驱动机构160；另一端可转动地连接于躯干骨架110，形成髋关节。 由大腿骨架131和小腿骨架132构成的下肢骨架130，与真实行人的生理结构更 为类似，进一步提高了行人仿生模型和真实行人的相似度，增强了测试的准确 性。

可以理解的是，上肢骨架120也可以包括大臂骨架和小臂骨架，大臂骨架 一端可转动地连接于小臂骨架，形成与真实人体关节类似的肘关节，并在转动 连接处设置有驱动机构160；另一端可转动地连接于躯干骨架110，形成肩关节。 此种设计也能够提高行人仿生模型和真实行人的相似度，增强测试的准确性。 但由于真实行人活动时，上肢的运动幅度及肘关节处的转动幅度相较于下肢而 言较小，因此较为复杂的上肢结构作为更为优化的设计方案，通常情况下可以 省略。

优选的，驱动机构160包括安装本体和转动部，安装本体能够驱动转动部 相对于安装本体进行转动。以舵机为例介绍驱动机构160，舵机一般包括壳体、 电路板、驱动电机、减速器和位置检测单元构成，其中，外壳由互相可转动地 第一壳体和第二壳体组成，驱动电机和减速器设置于第一壳体和第二壳体转动 连接处，电路板和位置检测单元设置于第一壳体和第二壳体内。电路板接收到 控制信号或按提前录入的程序控制驱动电机转动一定角度，通过减速器带动第 二壳体相对于第一壳体转动一定角度，位置检测单元能够检测第二壳体的转动 角度并进行校正。于本实施例当中，任意两个骨架之间通过舵机连接并构成一 组转动副，其中第一壳体总是连接于转动副当中更为靠近躯干骨架110的骨架 端部，第二壳体连接于转动副中的另一骨架端部。应当理解的是，与上述舵机 工作原理相同的转动机构有很多，例如采用电机或气缸驱动的曲柄摇杆机构、 凸轮机构等，本实施例当中使用舵机对驱动机构160进行说明，并不以此为限。

优选的，控制机构300能够同步控制上述各个关节处驱动机构160的转动 和移动平台200的移动速度，并使其二者之间具有关联性，使得行人仿生模型 的移动速度和上肢骨架120、下肢骨架130的转动频率与真实行人的速度和四肢 转动频率相符。显然，真实行人的移动速度由下肢的长度和摆动频率决定，例 如，正常人体的步距等于身高乘以0.415，即身高为180cm的行人步距约为75cm， 当行人的步率为每分钟60步时，其移动速度为每分钟45m。行人仿生模型可以 据此同步控制人体模型组件中各个骨架的转动和移动平台200的移动，使得行 人仿生模型的运动更加相似于真实行人的运动，进一步提高测试的准确性。

优选的，控制机构300设置于人体模型组件躯干骨架110上。由于各驱动 机构160设置于人体模型组件的各个关节处，控制机构300设置于人体模型组 件内部，则可减少控制机构300与各驱动机构160之间的布线，简化结构，降 低成本。因此，将控制机构300设置于躯干骨架110上，其距离各个驱动机构 160的距离之和最短，接线较为简单；此外，人体模型组件躯干处的包覆层150 厚度较厚，可以对控制机构300起到较好的保护作用，防止因测试当中意外撞 击对控制机构300造成损坏。

优选的，控制机构300设置于行人仿生模型移动平台200上。由于车辆主 动安全性能测试包含如主动刹车测试等可能对人体模型组件造成损坏的测试， 例如主动刹车系统未正常工作而撞击人体模型组件。为避免意外撞击对控制机 构300造成损坏，可将控制机构300设置于移动平台200上，或是地面上等不 会被撞击的地点，延长控制机构300及整个行人仿生模型的使用寿命。

优选的，包覆层150包括电磁波吸收层和外衣装饰层。通常情况下，因考 虑成本和强度原因，人体模型组件当中的骨架由金属制成，但是金属骨架会改 变行人仿生模型的雷达波反射效果。电磁波吸收层由吸波材料制成，能够削弱 行人仿生模型内部金属骨架或是其他金属元器件对雷达波的反射作用，使得行 人仿生模型的雷达反射特性与真实行人相似。电磁波吸收层可以是填充于人体 模型组件内部的材料，其形状和厚度不固定。外衣装饰层设置于人体模型组件 的表面，能够模拟真实行人的穿着，以提高行人仿生模型与真实行人的相似度。

应当理解的是，主动安全系统当中的行人识别可以是多种识别方式同步进 行识别，包括雷达波识别、红外识别、视觉图像识别等，对于采用了雷达波识 别的主动安全系统，可利用电磁波吸收层来提高行人仿生模型的仿真程度。而 对不采用雷达波识别的主动安全系统，电磁波吸收层则可省略。

优选的，外衣装饰层由耐磨、防水材料制成，外衣装饰层不仅能够模拟真 实行人的穿着，提高行人仿生模型的仿真程度，同时还对行人仿生模型起到一 定保护作用。由于主动安全系统测试通常是在室外进行，因此行人仿生模型通 常也设置于室外，不可避免地面临室外环境的侵蚀。外衣装饰层采用耐磨、防 水材料制成，在不影响雷达反射特性的同时，能够延长仿生模型的重复使用寿 命，并且也能够满足特殊天气下的实验测试需求。

优选的，人体模型组件内部还填充有防护材料。由于主动安全系统测试当 中，当主动安全系统未能正常工作时，测试车辆可能撞击行人仿生模型。为减 少意外碰撞对行人仿生模型的损坏，于人体模型组件内部填充防护材料，同时 也能够对电磁波吸收层和外衣装饰层起到一定的支撑作用。防护材料可以是海 绵、橡胶等常见软质材料。

优选的，行人仿生模型当中的人体模型组件通过一根连接杆210固定连接 于移动平台200，连接杆210一端连接于躯干骨架110的下部中央，另一端固定 连接于移动平台200。将连接杆210设置于躯干骨架110中央，人体模型组件的 下半部分能够一定程度上遮盖住连接杆210，以减少人体模型组件和移动平台 200连接机构对行人识别产生的干扰。

优选的，头部模型140模仿人体面部形状设计，其具有与真实行人一样的 头部形状和尺寸。由于部分主动安全系统当中采用面部识别系统对行人进行识 别，将人体模型组件的头部模型140按照真实行人的头部形状和尺寸进行设计， 并且在头部模型140当中设置与真实人体相近的五官和面部，能够很好地适应 面部识别系统。

优选的，人体模型组件的整体外形按照亚洲人体型与尺寸进行设计。为了 更好地适应特定国家和地区，按照当地人的体型设计人体模型组件，能够提高 主动安全系统对特定人群的识别能力。例如，适用于中国地区的主动安全系统， 其测试用人体模型组件可按照中国人平均体型进行设计。根据相关研究报告显 示，2012年我国18岁及以上成年男性平均身高167.1cm，体重为66.2公斤， 可据此设计人体模型组件的外形尺寸，将人体模型组件的高度设置为 160cm-180cm，体型设计为与体重60KG-70KG的真实人体体型相仿。进一步的， 针对不同地区，人体模型组件也可按照当地人平均体型进行设计。

本发明还提供了一种行人仿生模型的应用，其包括上述行人仿生模型，行 人仿生模型能够模拟真实行人的运动，以对汽车的主动安全性能进行测试。

综上所述，本发明提供的行人仿生模型包括人体模型组件、移动平台200 和控制机构300，其中人体模型组件包括躯干骨架110、上肢骨架120和下肢骨 架130，控制机构300能够控制上、下肢骨架130能够相对于躯干骨架110转动 以模拟真实行人的四肢运动，移动平台200能够带动人体模型组件以模拟真实 行人的移动，使得行人仿生模型与真实行人的运动更为接近，以提高对汽车主 动安全性能的测试效果。本发明还提供了一种行人仿生模型的应用，其包括上 述行人仿生模型，行人仿生模型用于对汽车的主动安全性能进行测试。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述 实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特 征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。

Claims (10)

1.一种行人仿生模型，其特征在于，包括：人体模型组件、移动平台和控制机构：所述人体模型组件包括躯干骨架、上肢骨架、下肢骨架、头部模型、包覆层和驱动机构，所述包覆层设置于所述行人仿生模型表面，并使所述行人仿生模型外形与人体外形相似；所述上肢骨架、下肢骨架可转动地设置于所述躯干骨架，所述驱动机构设置于所属上肢骨架、下肢骨架的转动连接处，并可驱动所述上肢骨架、下肢骨架转动；所述躯干骨架固定连接于所述移动平台，所述移动平台移动时带动所述人体模型组件运动；所述控制机构能够所述驱动机构带驱动所述上肢骨架、下肢骨架运动，使得所述行人仿生模型能够模拟真实行人的运动。

2.根据权利要求1所述的行人仿生模型，其特征在于，所述下肢骨架包括大腿骨架和小腿骨架，所述大腿骨架两端分别与所述躯干骨架和小腿骨架可转动地连接，于转动连接处设置有驱动机构。

3.根据权利要求1或2所述的行人仿生模型，其特征在于，所述驱动机构包括安装本体和转动部，所述安装本体能够驱动所述转动部相对于所述安装本体转动；任意两个可转动连接的所述骨架构成一组转动副，所述安装本体和转动部分别固定连接于所述转动副当中的两个所述骨架。

4.根据权利要求1所述的行人仿生模型，其特征在于，所述控制机构能够控制所述移动平台的移动速度，使得所述行人仿生模型的移动速度和所述上肢骨架、下肢骨架的转动频率与真实行人的速度和四肢转动频率相符。

5.根据权利要求1所述的行人仿生模型，其特征在于，所述包覆层包括电磁波吸收层和外衣装饰层，所述电磁波吸收层采用吸波材料制成，能够削弱所述行人仿生模型内部的金属对雷达信号的干扰；所述外衣装饰层能够模拟真实行人的穿着。

6.根据权利要求5所述的行人仿生模型，其特征在于，所述外衣装饰层由耐磨、防水材料制成。

7.根据权利要求1所述的行人仿生模型，其特征在于，所述控制机构设置于所述躯干骨架。

8.根据权利要求1所述的行人仿生模型，其特征在于，所述头部模型外形模仿人体面部形状设计。

9.根据权利要求1所述的行人仿生模型，其特征在于，所述人体模型组件的外形以亚洲人平均体型与尺寸特征设计。

10.一种行人仿生模型的应用，其特征在于，包括如权利要求1-9所述的行人仿生模型，所述行人仿生模型能够模拟真实行人的运动，以对所述汽车的主动安全性能进行测试。