基于中国男性标准体型的AEB行人假人上装样板的开发研究

周晓钰 尹玲

摘 要 为了提高中国男性标准体型的AEB行人假人目标在汽车碰撞实验中的准确性，基于中国标准男体的相关数据和行人假人的要求，建立中国标准男体的行人假人模型。根据人体工程学原理和碰撞试验的要求，分析行人假人与实际人体之间的差异，并从人体工程学角度，对行人假人的上装进行开发设计，以期能够为国内行人假人的制作标准提供参考。

关键词 AEB行人假人;服装样板;男性标准体型

引用本文格式 周晓钰，尹玲.基于中国男性标准体型的AEB行人假人上装样板的开发研究[J].创意设计源，2021（5）：71-75.

Abstract In order to improve the accuracy of AEB pedestrian dummy target in car collision experiment， this paper based on the relevant data of Chinese average male body and pedestrian dummy requirements to establish a pedestrian dummy model of Chinese average male body. According to the requirements of ergonomics and collision test， the model of its outer closure layer for the upper body was developed by analyzing the difference between pedestrian dummy and actual human body. It is hoped that some technical reference and theoretical reference can be provided for the production standard of pedestrian dummies in China.

Key Words AEB pedestrian dummy; garment pattern; male average body type

引言

随着汽车数量的不断增加，各国对于汽车的安全性能要求也越来越严格，相关安全机构的研究表明，汽车自动紧急制动系统（Autonomous Emergency Braking，AEB）能够有效地减少交通事故的发生，保护行人免受伤害[1]。在汽车的碰撞测试中，假人作为实验的必要组成部分，对汽车安全系统的开发有着重要的作用。汽车企业使用AEB行人假人进行碰撞测试，通过调整车头的高度等参数，将突发情况下汽车对行人造成的伤害降到最低。在碰撞试验中，外封闭层的存在是必要的，因其材质具有耐磨性和强拉伸力，能减少碰撞试验对假人的损耗，大幅度提升假人的仿真度[2]。同时在智能车的碰撞实验中，外封闭层的材质还可以反射智能车可识别的红外线以及雷达发出的波。

国际上通用的行人假人都是以欧洲标准制作的，欧洲人与中国人的体型差异较大，以欧洲的行人假人数据来进行中国汽车行人假人的碰撞实验，得出的数据是不符合国内需求的。目前，国内已有的行人假人款式众多，但却缺少自己的特色，很难通过国际认定，所以国内关于行人假人的研究还有待补充和完善。

本文参考 50百分位中国标准男体数据与行人假人的制作要求，建立中国标准的男性行人假人模型，并以此模型为基础，开发出符合中国标准男性的行人假人上装外封闭层样板，以此来帮助企业达到最优化的行人模拟效果，并为企业后续研究提供基础样板，为国内行人假人的制作标准提供一些参考。

一、实验方案

（一）研究对象分析

AEB行人假人必须能够被车辆识别为人类，行人假人的手臂和大腿要如行人一般能够满足基本的运动模拟需要，故行人假人的手臂与大腿都需要安装运动转轴。行人假人在不同状态下的基本参数见表 1所示。

根据VFSS协议（ 2014年 10月 27日为V1.1）的靜态假人和ACEA项目关节假人的结果以及4active Systems的预研究要求可知，行人目标（PT）应该看起来像是穿着长袖T恤和不同颜色的裤子，衣服必须由防撕裂和防水材料制成，皮肤表面部分必须具有非反射性的肉色纹理[4]。假人外封闭层面料需要贴体且完整包裹头部，并能够被汽车红外线探测仪感知。外封闭层面料需由防水和防撕裂的特殊材料制成，具体指标详见表 2。

目前企业正在研究的假人是参考欧洲行人假人制作的，假人模型使用类泡沫材质制成，需要在模型外使用贴体无弹性的特殊面料，该面料质感类似于人体皮肤，拥有特定范围的IR反射率，确保汽车的红外探头能够探测到假人的存在。

外封闭层面料在选用时，必须满足 45°探头测量的红外反射率与 90°探头测量的红外反射率相差不超过 20%，同时，行人假人衣服和皮肤面料在850 nm～910 nm 波长范围内的IR反射率必须在 40%～60%，头发在 850 nm～910 nm波长范围内的IR反射率必须在 20%～60%。

（二）实验流程设计

选取国内 50百分位中国标准男体的各项数据，筛选关键部位及其数值作为建模参考。通过三维扫描获取符合实验需要的人体样本，使用Geomagic Studio 2015逆向工程三维拟合软件处理样本模型，建立 170/88A的国内标准男体模型，并交由企业进行行人假人的实物制作。将行人假人实物与实际人体进行对比，分析两者的差异，按照行人假人外封闭层样板的设计需求与活动松量，进行结构和样板上的创新，使用服装CAD软件设计适合 170/88A行人假人的外封闭层样板。将设计好的外封闭层样板导入CLO3D软件中，进行虚拟试衣，最大限度地模拟出适合后续实际实验的外封闭层样板，在确认样板的可行性后，进行上装外封闭层实物制作。

二、AEB行人假人建模及制作

（一）行人假人二维尺寸的确定

行人假人的建模及制作一是需要确定行人假人的关键部位尺寸，二是需要控制行人假人“型”的准确性。本研究选择成年男性的中间体 170/88A作为研究对象，根据我国国家标准GB/T 1335.1-2008《服装号型 男子》[5]、GB-10000-88《中国成年人体尺寸》[6]，并参考由欧洲汽车制造商协会（ACEA）颁布的《铰接式行人目标标准1.0版》（articulated pedestrian target specifications Version 1.0），选择了26个部位的标准参照尺寸，如表 3第 2列，包括：身高、颈椎点高、腰围高、臀高、肩高、会阴高、大腿长、小腿长、上臂长、前臂长、胫骨点高、肩宽、颈围、胸围、腰围、臀围、臂围、腕围、臀宽、背长、胸宽、前腰节长、大腿围、腿肚围、脚腕围以及胸厚。

（二）中国标准男体行人假人模型建立

对于行人假人“型”的准确性把握，首先利用北京博维恒信公司的3D camega非接触三维人体扫描仪采集 10名身高 170 cm左右，胸围约为 88 cm的男子体型数据，然后剔除站姿不正确的异常样板个体，最终选取了 5名体型与标准男体接近的样本作为拟合样本。

采用Geomagic Studio 2015逆向工程三维拟合软件，对 5 个研究样本的点云数据进行去噪、过滤、优化、拟合，模拟出5个样本的中间体型，对拟合后的人体关键部位尺寸进行测量，并与样本均值进行比较，其公差均在允许范围内，表明拟合后人体可代表4个样本的综合体型特征，即可近似代表 170/88A男性中间体的体型特征，如表 3所示。在此基础上对三维虚拟模型进行横、纵截面的提取，根据提取的截面，制作基于中国男性体型特征的行人假人。本次行人假人的定制由江苏省苏州市常熟昆仑智能科技有限公司完成，对制作完成的行人假人实物采用三维测量的方法进行测量，得到三维模型（见图 1）。

如表 3所示，通过对比分析行人假人的手工测量数据与男性中间体的数据可知，两者平均值差异在±2 cm左右，在允许范围内。其中有部分的数值差异较大，如身高、臀围、腰围等。行人假人身高数值较小的原因是由于行人假人在设计模拟时脚与地面有一定的距离。行人假人腰部的两侧会安装传感器，所以行人假人腰部的数据偏大。行人假人臀部在设计时预留了前后转动的动量，和实际人体相比，较为扁平。行人假人手部在制作时呈握拳状，所以在制作时前臂长会适当缩短。

（三）行人假人模型改善

为了降低行人假人实验的局限性，提高实验的可行性，在行人假人实物制作中，针对行人假人的一些部位进行了以下改进与完善：

（1）为了使行人假人既能满足行走实验又能满足骑行实验的要求，在假人的臀部增加了转动轴，使假人的臀部能够前后运动，既能站立也能坐下。

（2）为了提高假人的仿真度，肩部去掉了一块泡沫板，使用弹性较好的海绵构成肩部弧度，在着装后，肩部软海绵轻微下沉，形成自然的肩斜角。

（3）在肩部、头部、手部、腹部等部位增加特殊的海绵，在置入加热装置后，假人能更好地被汽车雷达识别为人体，从而提高碰撞实验的精确性。

三、行人假人模型分析与样板绘制

（一）行人假人实物与实际人体对比

行人假人实物的上身较为均匀，胸腰差没有实际人体明显，样板开发时除了前后中线与侧缝外，不需要额外设计省道。

从头部可以看出，假人的头部比实际人体的头部扁且长。假人手部没有五指，不存在手宽，在侧视角度上假人手部可以视作下端半球形的均匀长柱状。

在制作时前臂长会适当缩短。

（三）行人假人模型改善

为了降低行人假人实验的局限性，提高实验的可行性，在行人假人实物制作中，针对行人假人的一些部位进行了以下改进与完善：

（1）为了使行人假人既能满足行走实验又能满足骑行实验的要求，在假人的臀部增加了转动轴，使假人的臀部能够前后运动，既能站立也能坐下。

（2）为了提高假人的仿真度，肩部去掉了一块泡沫板，使用弹性较好的海绵构成肩部弧度，在着装后，肩部软海绵轻微下沉，形成自然的肩斜角。

（3）在肩部、头部、手部、腹部等部位增加特殊的海绵，在置入加热装置后，假人能更好地被汽车雷达识别为人体，从而提高碰撞实验的精确性。

三、行人假人模型分析与样板绘制

（一）行人假人实物与实际人体对比

行人假人实物的上身较为均匀，胸腰差没有实际人体明显，样板开发时除了前后中线与侧缝外，不需要额外设计省道。

从头部可以看出，假人的头部比实际人体的头部扁且长。假人手部没有五指，不存在手宽，在侧视角度上假人手部可以视作下端半球形的均匀长柱状。

动的幅度接近 90°。假人外封闭层需要在满足手臂前后运动量的情况下保证外观平整贴身，行人假人外封闭层的面料无弹偏硬且较厚，这种面料在运动时会产生拉伸，形成褶皱，并阻碍手臂的大幅度摆动，无法满足假人的实验要求。使用常規的袖窿处理方法无法同时解决外观上的贴体性和动态时的运动需要，故采用大身与袖子分离的设计。

（三）行人假人上体样板绘制

1.头颈部绘制

行人假人的头部上半部近似为半球形，头部侧面较为扁平，头部整体偏长，绘制样板时，通过收省使样板更加贴合头部的形态。样板需要突出面部的鼻子部分，在鼻子下方位置收省，使鼻子样板起到凸起效果。头部样板需要区分面部与头发，两种颜色面料在拼合时，分割线曲度大且长度长，不利于缝合，所以将头发部分切割为三部分方便缝合（见图 2）。

假人的颈部呈现为下粗上细，略前倾的柱状。一般情况下，其颈根围与颈中围的差值相同，为 1.5 cm～2.5 cm。脖颈后中部位较平，前面与侧面曲度较大，因此，前颈部的弧线更加弯曲陡峭，后颈部的曲线较为平滑[7][8]。

2.大身绘制

肩线从侧颈点开始，以侧颈点为圆心，肩线长为半径绘制圆弧，假人肩部较平，肩线与水平线的夹角应适当减少。行人假人的胸部较为平坦，且与腰部的差异不明显，所以大身胸部以下的整体近乎看成底部为扁椭圆形的柱状[9]。假人肩膀的倾斜程度较小，在绘制样板时要适当减小肩斜角。大身与手臂分离，不需要考虑大身的袖窿弧，只需要留出连接处的圆孔即可。假人与正常人体的不同在于，假人大身前倾 5°，因此大身的后片样板要增加一部分放量，同时下摆也增加一些倾斜度以确保外封闭层在假人试穿时下摆呈水平状态。

3.手臂绘制

袖窿的确定主要就是确定袖窿弧线的形态，对袖窿弧线影响最大的两个数值就是袖窿宽和袖山高。袖窿宽决定了外封闭层与人体侧面的贴合程度，袖山高决定了袖子的造型和穿着的舒适性。为了获得更加立体美观的衣袖，衣袖的袖窿在设计中会略大于大身的袖窿，以便于在缝合时进行缩缝处理。一般情况下，缩缝量在 3 cm～5 cm左右，缩缝量从袖窿最高处的对位点向两边分布，缩缝量最大的部位集中在袖山最高点两侧 10 cm范围内，并逐渐过渡减少，直至袖窿最低点处无缩缝[10]。由于人体袖窿处的整体弧线呈现为略扁平的椭圆形，从侧面来看，肩部偏前处的袖窿弧线曲度较大，肩部偏后处的曲度较小，结合缩缝量可以使袖窿处造型更加贴合人体上臂造型。

为了使手臂样板更加贴合，袖窿的处理采用收省和缩褶两种方法。袖子采用两片式设计，前袖没有松量，后袖袖肘处用活褶设计，留出手肘弯曲松量。由于手臂与大身的分离设计，使得样板需要覆盖手臂与大身连接的截面，以确保在实验过程中覆盖手臂的外封闭层不会脱落。

手臂在静态下呈现微微向前弯曲的状态，肘关节为单轴关节，只能向前弯曲，弯曲角度范围为 0°～145°，在手臂弯曲过程中，肘关节处皮肤纵横拉伸最为显著且变化规律，肘关节的纵向拉伸率保持在 3% 左右，横向拉伸率为 0%～16% 且在手臂弯曲 80°时拉伸率较大[11]，屈肘时，手肘皮肤拉伸大。由于外封闭层面料无弹性且较厚，需要增加松量来满足手肘的弯曲，一般情况下，手肘的松量通过 3 种情况实现：（1）通过褶裥的运用来满足运动所需松量;（2）使用宽松的造型减少外封闭层对人体的制约;（3）通过在肘部加省使外封闭层在运动状态下呈现立体状，能够起到强调袖肘处造型设计的作用[12]。为了达到后续实验的准确性，外封闭层既要在静态时合体贴身，又要在运动时留有摆臂的松量，故手肘处采用活褶设计，活褶的松量应大于手肘弯曲时皮肤横向最大拉伸状态下所需的长度。

人在行走过程和骑行过程中，手部呈半握拳状态，近似于半球形，远端指骨与中端指骨的长度之和在 4.9 cm～5.8 cm，手部宽度为 8.2 cm，拇指的弯曲度在 0°～80°，其他四指的弯曲度在0°～100°之间[13]，考虑到手部的弯曲变化，手部在半握拳状态下的长度约为 12 cm，宽度约为 8.5 cm。因此，假人的手部整体可视为均匀的柱状，下端为半球形，无五指，手部总长 12 cm，寬度 8.5 cm，采用收省的方式去除多余的松量，使面料贴合手部弯曲。

四、样板虚拟试穿与实物样衣展示

将样板汇总导入CLO3D软件中，在中国男性标准体型的行人假人模型上进行虚拟缝合，得到的虚拟试衣效果（见图3）。确定服装样板符合行人假人的制作要求后，再进行实物的样衣制作，其效果图见图 4所示。

五、结语

本文使用三维人体测量技术与逆向工程三维拟合软件对中国男性标准的AEB行人假人进行建模，并基于人体工程学的要求，使用服装CAD软件，绘制出中国男性标准体型的行人假人上体服装基础样板，为国内行人假人的制作标准提供一些技术参考与理论支持。

参考文献

[1]包崇美.聚焦国内外AEB测试[J].世界汽车，2018（04）：86-93.

[2]解明浩，刘志新，刘伟东，等.AEB软体目标假人外衣织物属性研究[J].中国汽车，2020（04）：41-46.

[3]刘伟东，杨春忠，马伟杰，等.基于AEB行人假人的中国人体运动姿态研究[J].科技与创新，2020（10）：61-62.

[4]MARIE BRASSEUR. Auto industry develops articulated pedestrian dummy [EB/OL]. （2016-03-01）[2021-08-04].https：//www.acea.auto/press-release/auto-industry-develops-articulated-pedestrian-dummy/，

[5]全国服装标准化技术委员会.GB/T 1335.1-2008服装号型 男子[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2008.

[6]全国人类工效学标准化技术委员会.GB/T 10000-1988中国成年人人体尺寸[S].北京：国家技术监督局，1988.

[7]王璇，刘建萍.男西装袖窿结构参数的研究[J].天津工业大学学报，2004（01）：31-33.

[8]兰天.服装制版技术参数在领型设计中的应用与研究[D].长春：东北师范大学，2013：6.

[9]孙婧.成人连衣帽结构设计与应用方法研究[D].西安：西安工程大学，2013：5-14.

[10]姜川.男上装样板自动生成系统[D].苏州：苏州大学，2008：4-17.

[11]刘婵婵，缪旭红，万爱兰，等.手臂监测传感器的设计与验证[J].丝绸.2020（02）：108-113.

[12]王宾，王晓，董向芳.基于人体工效学的袖肘结构功能优化设计[J].河北纺织，2009（03）：73-78.

[13]郭义全.软体康复机器人手套的设计与实验[D].南京：南京邮电大学，2020：14-16.

周晓钰，尹玲

常熟理工学院