[发明专利]一种AEB工况下基于体征的人体颈部损伤预测方法

权利要求书

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)＝X_C0(t)-X_T0(t)；Y₀(t)＝Y_C0(t)-Y_T0(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；X_C0(t)-志愿者头部质心X向位移时间曲线，单位：mm；X_T0(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；Y_C0(t)-志愿者头部质心Y向位移时间曲线，单位：mm；Y_T0(t)-志愿者胸部的Y向位移时间曲线，单位：mm。

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)＝X_C1(t)-X_T1(t)；Y₁(t)＝Y_C1(t)-Y_T1(t)

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；X_C1(t)-数字假人头部质心X向位移时间曲线，单位：mm；X_T1(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；Y_C1(t)-数字假人头部质心Y向位移时间曲线，单位：mm；Y_T1(t)-数字假人胸部的Y向位移时间曲线，单位：mm。

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F_{M_e}。