基于AEB行人假人的中國人體運(yùn)動姿態(tài)研究

劉偉東，楊春忠，馬偉杰，張帥，劉燦燦

基于AEB行人假人的中國人體運(yùn)動姿態(tài)研究

劉偉東，楊春忠，馬偉杰，張帥，劉燦燦

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

為研究中國體征的AEB行人假人運(yùn)動特征，以男性中國人作為研究對象，隨機(jī)選取一定數(shù)量的樣本個體，運(yùn)用高速攝像系統(tǒng)搭建數(shù)據(jù)采集平臺，采集人體運(yùn)動的整個過程。基于TIMA分析軟件，對50百分位男性人體的運(yùn)動特征參數(shù)進(jìn)行分析，包括步幅、雙腿正面間距、擺臂角、運(yùn)動速度等。研究結(jié)果表明，50百分位男性中國人體步幅為544.3 mm，雙腿正面間距為126.1 mm，擺臂角度為115.5°。對人體運(yùn)動姿態(tài)的研究，對中國AEB行人假人的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

AEB行人假人；運(yùn)動特征；50百分位男性；高速攝像

隨著汽車主動安全技術(shù)的發(fā)展，配置高可靠性的高級輔助駕駛系統(tǒng)已成為現(xiàn)階段汽車發(fā)展的趨勢，研究表明，裝配自動緊急制動系統(tǒng)（AEB）的車輛可以大大提高行人的安全性。由于汽車AEB技術(shù)的發(fā)展，伴隨產(chǎn)生了許多相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用行人測試裝置定量去評價AEB系統(tǒng)。其中AEB行人假人作為測試裝置中重要的一部分，對測試結(jié)果具有重要影響[1-4]。

在AEB系統(tǒng)中行人假人的運(yùn)動參數(shù)尤為重要，由于人體行為的復(fù)雜性，不同人體行為在方向、形態(tài)和速度上都有很大區(qū)別。由于AEB系統(tǒng)的研發(fā)在中國起步較晚，現(xiàn)在國內(nèi)用的比較成熟的AEB行人假人都是國外進(jìn)口的，且都是依據(jù)國外人體特征設(shè)計的，和中國人體的體征存在很大差異。因此迫切需要開發(fā)出符合中國人體特征的AEB行人假人。現(xiàn)階段國內(nèi)已有一些廠家進(jìn)行了開發(fā)，但大部分處于仿制階段。湖南大學(xué)房建偉等人針對AEB行人假人做了織物涂層屬性研究，并未做運(yùn)動狀態(tài)的研究。因此迫切需要獲取中國人體運(yùn)動特征參數(shù)，開發(fā)中國體征的AEB行人假人[5-7]。

本文通過對50百分位中國體征的男性假人進(jìn)行研究，獲取人體運(yùn)動的步幅、雙腿正面間距、擺臂角、運(yùn)動速度，為中國人體AEB行人假人開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 AEB行人假人基本原理

AEB行人假人必須具有車輛可識別的人類屬性。假人腿和手臂必須分開，就像在行走中一樣。假人中不得有任何硬沖擊點，以防止受測車輛的損壞。假人和正常人一樣在普通光照下具有近紅外反射特性，紅外反射集中在850～ 910 nm之間且紅外反射率為40%～60%。同時假人的雷達(dá)反射特性必須與相同大小的人類的雷達(dá)反射特性相近，才能模擬人類在行走過程中的雷達(dá)反射。假人的外部特征與人類相近，可進(jìn)一步提高假人的雷達(dá)反射面與人類的雷達(dá)反射面相似性。假人運(yùn)動姿態(tài)也是一個重要參數(shù)，與正常人越相近則識別度越高。以下為AEB行人假人基本特性：①可承受的最大沖擊速度max=60 km/h；②假人為成人，質(zhì)量為4 kg；③假人的基本屬性如圖1所示；④假人運(yùn)動速度為6.5 km/h和8 km/h。

圖1 假人屬性

2 測試方法及原理

2.1 樣本及測試設(shè)備的選擇

本文隨機(jī)選取了不同身高和年齡段的中國人作為研究對象，樣本分布如表1所示。實驗中所用的設(shè)備及材料如表2所示。

表1 樣本分布表

身高/cm人數(shù)/個 160～1655 166～17011 171～17512 176～1807 181～1855

表2 所需設(shè)備材料表

名稱型號 高速攝像機(jī)Q1M HUB電池10 000 A 攝像線10 m 測點定位貼直徑為50 mm 鋼琴貼5條

2.2 測試原理

測試方法主要包括三部分，分別為運(yùn)動場景模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊。運(yùn)動場景模塊如圖2所示，主要包括寬敞的空間、若干真人測試者、地面寶馬標(biāo)記點以及真人身上的寶馬貼標(biāo)記點。在寬敞空間的地面上粘貼若干寶馬標(biāo)記點，間距為0.5 m。

圖2 測試場景圖

在測試者的小腿正面下部接近腳處、腳跟、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)以及骨盆H點位置處粘貼一個寶馬標(biāo)記點，讓測試者站在測試場景的初始位置，測試者收到外界信號后開始沿著平行于等距標(biāo)記點連成的直線正常行走若干步，直至走出高速攝像測試場景畫面。

數(shù)據(jù)采集模塊主要是通過高速攝像將視頻采集下來，采集的過程中鏡頭方向需要水平并且垂直于等距標(biāo)記點組成的直線，記錄每個測試者身上標(biāo)記點的運(yùn)動過程；攝像機(jī)的高度=0.8 m，數(shù)據(jù)采集過程如圖3所示。

圖3 采集運(yùn)動過程圖

數(shù)據(jù)分析模塊主要是運(yùn)用TEMA軟件分析測試者行走過程中標(biāo)記點的運(yùn)動曲線。導(dǎo)入測試者運(yùn)動過程的視頻后，利用地面標(biāo)記點及測試者身上的標(biāo)記點建立坐標(biāo)系，得到測試者運(yùn)動的曲線，進(jìn)而得所需要的測試參數(shù)，如圖4所示。人體運(yùn)動主要包括三個測試參數(shù)，分別為測試者的步距、擺臂角、雙腿正面間距，參數(shù)定義如圖5所示。

圖4 軟件分析過程圖

圖5 參數(shù)定義圖

3 測試分析

人體步幅分布如圖6所示。從圖6中可以看出50百分位中國體征男性假人運(yùn)動步幅為544.3 mm。擺臂角度分布如圖7所示。從圖7中可以看出50百分位中國體征男性假人擺臂角度為115.5°。人體雙腿正面間距分布如圖8所示。從圖8中可以看出50百分位中國體征男性假人雙腿正面間距為126.1 mm。該測試結(jié)果符合中國人體特征，具有實際應(yīng)用意義。

圖6 步幅分布圖

圖7 擺臂角分布圖

圖8 雙腿正面間距分布圖

4 結(jié)語

本文通過分析得出以下結(jié)論：50百分位男性中國人體步幅為544.3 mm，雙腿正面間距為126.1 mm，擺臂角度為115.5°。同時文章中系統(tǒng)詳細(xì)地描述了運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)的測試方法，為運(yùn)動姿態(tài)的數(shù)據(jù)獲取提供了方法。本文通過對人體運(yùn)動參數(shù)的研究，對中國AEB軟體假人的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

［1］何仁，馮海鵬.自動緊急制動（AEB）技術(shù)的研究與進(jìn)展［J］.汽車安全與節(jié)能學(xué)報，2019，10（1）：1-15.

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［5］張鋆豪，何百岳，楊旭升，等.基于可穿戴式慣性傳感器的人體運(yùn)動跟蹤方法綜述［J］.自動化學(xué)報，2019，45（8）：1439-1454.

［6］鹿天然.視頻中人體運(yùn)動行為識別方法的研究［D］.無錫：江南大學(xué)，2018.

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2095－6835（2020）10－0061－02

U491

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.025

劉偉東（1990—），男，碩士研究生，工程師，研究方向為汽車主被動安全。

〔編輯：王霞〕