(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210671806.8 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 湖南大学 地址 410082 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路1号 (72)发明人 徐世伟　蒋彬辉　白中浩　邬晓凡　 袁秋奇　张冠军　 (74)专利代理 机构 北京律谱知识产权代理有限 公司 11457 专利代理师 孟德洲 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G16H 50/50(2018.01) A61B 5/11(2006.01) A61B 5/22(2006.01) (54)发明名称 一种AEB工况下基于体征的人体颈部损伤预 测方法 (57)摘要 本发明涉及一种AEB工况下基于体征的人体 颈部损伤预测方法， 包括： 步骤1、 根据人体数据 库中人体颈部肌肉的几何特征， 确定包括肌肉单 元起止位置等的参数， 初步确定包括主动肌肉力 的激活水平曲线等参数， 根据AEB工况下乘员离 位试验修正颈部肌肉参数， 完成主动肌肉力的有 限元单元构建模块； 步骤2、 根据人体测量数据 库， 采用网格变形技术对现有基础人体有限元模 型中的体表和颈部位置进行变换； 步骤3、 构建大 量不同的AEB仿真工况， 根据仿真结果构建决策 树模型， 完成AEB工况下特征人体颈椎损伤预测 模型搭建。 本发明的方法能够实现多体征、 多影 响因素下的人体颈部损伤预测， 并且 所提出的决 策树预测模型能够为适应AEB的驾驶舱约束系统 提供设计指导。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 115062511 A 2022.09.16 CN 115062511 A 1.一种AEB工况 下基于体征的人体颈 部损伤预测方法， 其特 征在于： 该 方法包括： 步骤1、 根据人体数据库中人体颈部肌肉的几何特征， 确定包括肌肉单元起止位置、 横 截面积、 材料的参数， 初步确定包括主动肌肉力的激活水平曲线、 速度曲线的肌肉力参数， 根据AEB工况 下乘员离位试验修 正颈部肌肉参数， 完成主动肌肉力的有限元 单元构建模块； 步骤2、 根据人体测量数据库， 提取人体体表和人体颈部几何模型， 采用网格变形技术 对现有基础人体有限元模型中的体表和颈部位置进行变换， 将步骤1中建立的具有主动肌 肉力有限元 单元添加到变换后的人体模型中， 生成特 征人体颈椎损伤预测有限元模型； 步骤3、 基于步骤2中生成的特征人体颈椎损伤预测有限元模型， 构建大量不同的AEB仿 真工况， 根据仿真结果构建决策树模型， 完成AEB工况 下特征人体颈椎损伤预测模型 搭建。 2.根据权利要求1所述的AEB工况下基于体征的人体颈部损伤预测方法， 其特征在于： 步骤1具体通过以下 方式实现： 步骤1.1， 查询人体数据库， 参照人体颈部肌肉的几何模型， 根据颈部肌肉的连接位置， 确定肌肉单元的连接起止点； 步骤1.2， 对照人体肌肉组， 选取对颈部运动具有较大影响的肌肉进行肌肉单元建模， 将下起点在第七颈椎及以下的肌肉起点移到颈部下连接平台， 将上起点在第一颈椎及以上 的移到颈部上连接平台； 该步骤中， 颈长肌、 后斜角肌、 头长肌进行肌肉单元建模， 将下起点在第七颈椎及以下 的肌肉起 点移到颈部下连接平台， 将上起 点在第一颈椎及以上的移到 颈部上连接平台； 步骤1.3， 将每一块肌肉自身 的下起点与上终点连接， 形成肌肉单元， 上述肌肉单元均 采用Hill型肌肉模 型， 设计参数为截面面积、 等距应力峰值、 激活水平曲线、 长度曲线、 速度 曲线； 步骤1.4， 获得斜方肌、 颈长肌、 头长肌、 后斜角肌的生理截面面积， 弹性系数参数， 初步 定义斜方肌单 元、 颈长肌单元、 头长肌单元、 后斜角肌单 元的材料参数和 属性参数； 步骤1.5， 提取AEB工况 下乘员头 颈部运动轨 迹； 该步骤中， 提取志愿者数据， 由于AEB工况下乘员头颈部运动响应主要体现在紧急制动 过程中乘员前倾运动和制动完成后的乘员回弹运动， 通过传感器数据、 图像视频提取志愿 者头部质心、 胸 部的运动轨迹曲线， 志愿者头部质心坐标C0， 胸部坐标T0， 通过下式获取头 部相对于胸部的运动轨 迹曲线。 X0(t)＝XC0(t)‑XT0(t)； Y0(t)＝YC0(t)‑YT0(t) 式中： X0(t)‑志愿者头部质心相对于胸部的X向位移时间曲线， 单位： mm； XC0(t)‑志愿者 头部质心X 向位移时间曲线， 单位： mm； XT0(t)‑志愿者胸部的X 向位移时间曲线， 单位： mm； Y0 (t)‑志愿者头部质心相对 于胸部的Y向位移时间曲线， 单位： mm； YC0(t)‑志愿者头部质心Y向 位移时间曲线， 单位： m m； YT0(t)‑志愿者胸部的Y向位移时间曲线， 单位： m m。 步骤1.6， 提取假人头 部质心相对于胸部的运动轨 迹曲线； 设置肌肉单元参数矩阵， 根据斜方肌、 颈长肌、 后斜角肌、 头长肌的横截面积S、 单位面 积最大收缩力PIS、 激活曲线系数A和B建立仿真矩阵， 将AEB工况下台车减速度曲线作为输 入， 提取假人头部质心相对于胸部的运动轨迹曲线。 数字假人头部质心坐标C1， 胸部坐标 T1， 通过下式获取头 部相对于胸部的运动轨 迹曲线： X1(t)＝XC1(t)‑XT1(t)； Y1(t)＝YC1(t)‑YT1(t)权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115062511 A 2式中： X1(t)‑数字假人头部质心相对于胸部的X向位移时间曲线， 单位： mm； XC1(t)‑数字 假人头部质心X向位移时间曲线， 单位： mm； XT1(t)‑数字假人胸部的X向位移时间曲线， 单位： mm； Y1(t)‑数字假人头部质心相对于胸部的Y向位移时间曲线， 单位： mm； YC1(t)‑数字假人头 部质心Y向位移时间曲线， 单位： m m； YT1(t)‑数字假人胸部的Y向位移时间曲线， 单位： m m。 步骤1.7， 根据仿真计算和志愿者试验修 正前部肌肉； 修正前部肌肉， AEB工况下， 前部肌肉主要影响乘员头颈部前倾运动的极限位置， 通过 对比仿真计算和志愿者试验中头部相对于胸部运动前倾的极限位置， 调整颈长肌、 后斜角 肌、 头长肌的设计参数， 直至位移误差在试验允许误差范围内。 步骤1.8， 根据仿真计算和志愿者试验修 正后部肌肉； 修正后部肌肉， AEB工况下， 后部肌肉主要影响乘员头颈部回弹运动的极限位置， 通过 对比仿真计算和志愿者试验中头部相对于胸部运动回弹的极限位置， 调整斜方肌的设计参 数， 直至位移误差在试验允许误差范围内。 步骤1.9， 获得适配性肌肉单 元FM_e。 3.根据权利要求1所述的AEB工况下基于体征的人体颈部损伤预测方法， 其特征在于： 步骤2具体通过以下 方式实现： 步骤2.1， 基于相关人体测量数据库， 获取特征人体体表测量点云PB_m、 特征人体颈椎点 云PC_m， 以及对应的年龄、 性别、 身高、 体重； 步骤2.2， 获取THUMS(Total  Human Model for Safety)人体模型， 提取人体体表模型， 作为基础人体 体表有限元模型 FB_b， 提取人体颈椎模型， 作为基础人体颈椎有限元模型 FC_b； 步骤2.3， 在特征人体体表测量点云PB_m中选取100个人体生物 标记点PB_m_s， 同时在基础 人体体表有限元模型FB_b中选取与特征人体测量点相 对应的位置选取100个人体生物标记 点PB_b_s； 步骤2.4， 基于RBF(Radial  Basis Function)， 进行网格变换， 获得变换后的特征人体 体表有限元模型 FB_c； 该步骤中， 基于RBF(Radial  Basis Function)， 以特征人体体表点云中人体生物标记 点PB_m_s作为目标点， 以基础人体体表有限元模型FB_b中对应人体生物标记点PB_b_s作为源控 制点， 进行网格 变换， 获得变换后的特 征人体体表有限元模型 FB_c； 步骤2.5， 在特征人体颈椎点云 中选取50个人体生物标记点PC_m_s， 在基础人体颈椎有限 元模型FC_b中选取与特 征人体测量 点相对应的位置 选取50个人体生物标记点PC_b_s； 步骤2.6， 基于RBF(Radial  Basis Function)， 以特征人体颈椎点云中人体生物标记点 PC_m_s作为目标点， 以基础人体颈椎有限元模型FC_b中对应人体生物标记点PC_b_s作为源控制 点， 进行网格 变换， 获得变换后的特 征人体颈椎有限元模型 FC_c； 步骤2.7， 将适配性肌肉单元FM_e添加到特征人体颈椎有限元模型FC_c中， 并与特征人体 体表有限元模型 FB_c组成特征人体颈椎损伤预测有限元模型 FE_c。 4.根据权利要求1所述的AEB工况下基于体征的人体颈部损伤预测方法， 其特征在于： 步骤3具体通过以下 方式实现： 步骤3.1， 以特 征人体颈椎损伤预测有限元模型 FE_c为基础， 构建AEB工况仿真环境； 步骤3.2， 以年龄、 性别、 身高、 体重、 AEB初始车速、 安全带佩戴情况为变量， 组成颈部损 伤影响参数矩阵；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115062511 A 3