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重庆工学院_重庆汽车学院6/5/2020
关于车辆碰撞仿真分析用人体模型的认识
——学习笔记及认识总结
李良车辆工程30608020406
人体模型：以人体参数为基础建立，描述人体形态特征和力学特征的有效工具，
是研究、分析、设计、评价、试验人机系统不可缺少的重要辅助手段。
根据人体模型的用途进行分类：
1、设计用人体模型——汽车用H点人体模型
2、作业分析用人体模
3、工作姿势分析用人体模型
人机系统匹配评价用人体模型
4、动作分析用人体模型
5、人机界面匹配评价用人体模型
6、动力学分析用人体模型车辆碰撞仿真分析用人体模型
7、运动学分析用人体模型
8、试验用人体模型——汽车碰撞试验用人体模型
一、概况介绍
车辆碰撞仿真分析用人体模型
车辆碰撞过程中，车内成员运动的动力学过程具有大位移、非线性、多自由度、
瞬时性等特点，建立适合于这些特点的、基于多体系统动力学的人机模型，是进行
车辆碰撞过程车内成员运动响应分析的关键技术问题。
基于多体系统动力学的二维和三维人体模型，应用于汽车碰撞过程中乘员运动
响应的仿真分析、汽车碰撞行人事故中人体运动的仿真分析等问题的研究。
人体模型的结构：（以MUL3D汽车碰撞人体运动响应为例）
1、人体模型的组成：13个刚体——头部、颈部、胸部、腰腹部、臀部、左右
上臂、左右前臂和手、左右大腿、左右小腿和足。
2、相邻刚体之间的铰接约束形式根据人体关节的解剖学结构特点选取。
胸部与左右上臂之间的肩关节——万向节
地址：重庆市杨家坪兴胜路4号邮编：400050-1-/共20页
重庆工学院_重庆汽车学院6/5/2020
左、右上臂与左、右前臂之间的肘关节——转动副
左、右大腿与左、右小腿之间的膝关节——转动副
其它各关节——球面副
3、为了描述和计算人体与车身有关结构之间的碰撞力，根据碰撞接触的可能
形式，将人体模型各组成部分的形状用椭球加以描述，将车身有关结构部分的形状
用平面加以描述，按椭球与平面的贯穿接触来计算贯穿接触力。
二、虚拟现实中多刚体人体模型的构建
1、人体Hanavan模型概述
在虚拟环境中模拟人体运动，首先就是要建立逼真的人体模型。从运动生物力
学角度看，还要建立运动技术的力学模型，必须知道内在规律和约束条件两类因素。
人体的外形主要是由人体的骨骼结构和附着在骨骼上的肌肉运动决定的。在人体运
动过程中，皮肤的形变随着骨骼的弯曲和肌肉的伸展与收缩而变化。人体外形模型
构建通常采用棒模型、表面模型和体模型三种方法。棒模型是将人体轮廓用棒图形
和关节来表示。表面模型是由一系列多边形和曲面片的表面将人体骨骼包围起来表
示人体外型，该模型可以通过修改表面点来表示人体的运动，也可以消除其隐藏面，
真实感较强，但有限的多边形面表示人体表面光滑性不够。体模型是由基本体素的
组合来表示人体外型，如采用圆柱体、椭球体、球体等体素来构造人体。
人体在忽略受力产生形变的情况下，可看作一
个由关节点连接的多个刚体所构成的系统。人体运
动仿真系统的人体模型通常采用的是汉纳范
（Hanavan）模型。它将人体分解为15段，由头、
上躯干、下躯干、左上臂、左下臂、左手、右上臂、
右下臂、右手、左大腿、左小腿、左脚、右大腿、
右小腿、右脚组成，每一段皆为匀质
的不可变形的刚体，各段之间以绞链相连
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