中国体征95th百分位男性数字化测评模型开发及验证

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.015

摘要/Abstract

摘要：

数字化测评模型作为汽车主被动安全一体化研究的关键工具，其生物逼真度与人体体征适配性直接影响虚拟测评的可靠性。目前对于大身材男性乘员在汽车碰撞时的运动学及生物力学响应研究存在局限性。本研究依据中国标准化研究院95^th百分位男性体征数据，基于志愿者CT医学影像，开发一款具有高生物逼真度的中国体征95^th百分位男性数字化测评模型（TUST IBMs M95-O）。通过重构人体肩部、胸部、腹部、骨盆以及膝关节这5个区域的尸体试验，从多个角度对模型的有效性进行评估。同时应用其与现有5^th百分位女性（TUST IBMs F05-O）和50^th百分位男性（TUST IBMs M50-O）人体有限元模型进行后碰撞滑车试验对比。结果表明：15组仿真试验的预测结果与尸体试验数据趋势相同，均在相应的尸体试验通道内，接触力与压缩量平均差异在10%以内，验证了模型的有效性。后碰撞滑车试验中，3种体征模型均与志愿者试验运动学响应保持一致。该模型作为中国体征系列人体生物力学模型，填补了对大身材男性乘员损伤预测的技术空白，可为汽车碰撞安全虚拟测评体系的建立提供技术支持。

关键词: 95^th百分位男性, 汽车乘员, 数字化测评, 损伤仿生模型

Abstract:

As a key tool for automotive active and passive safety integration research， the biorealism and human characterization fitness of digital assessment models directly affect the reliability of virtual assessment. Currently， there is limitation in the study of the kinematic and biomechanical responses of large male occupants in automobile crashes. In this study， a digital assessment model （TUST IBMs M95-O） with high biofidelity for the 95^th percentile of Chinese physical characteristics is proposed based on the 95^th percentile male physical characteristics data from the China National Institute of Standardization and the CT medical images of volunteers. The validity of the model is evaluated from multiple perspectives by reconstructing cadaveric tests in five regions of the human body， including the shoulder， chest， abdomen， pelvis， and knee joints. It is also applied to compare with existing 5^th percentile female （TUST IBMs F05-O） and 50^th percentile male （TUST IBMs M50-O） human finite element models for low speed rear impact tests. The results show that the predicted results of the 15 sets of simulation tests have the same trend with the cadaver test data， all within the corresponding cadaver test channel， and the average difference between contact force and compression is within 10%， which verifies the validity of the model. In the low speed rear impact test， all three somatic models are consistent with the experimental kinematic responses of the volunteers. This model， as a human biomechanical model of the Chinese body signs series， fills the technical gap of injury prediction for large-sized male occupants， which can provide technical support for the establishment of virtual evaluation system of automobile crash safety.

Key words: the 95^th percentile Chinese male, occupant, digital evaluation, injury biomimetic model

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图/表 10

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参考文献 23

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验证试验项目		冲击条件			文献
验证试验项目		质量/kg	速度/（m?s^-1）	冲击位置	文献
肩部	肩部侧面冲击	23.4	4.5/6.7	肩关节中心	Marth^［12］、Koh， et al^［13］
胸部	胸部正面冲击	23	6.93	胸骨中心第四肋骨间隙	Kroell， et al^［14-15］
	胸部侧面冲击	23.4	4.4/6.5/9.5	胸骨中心下方7.5 cm	Viano， et al^［16］
	胸部侧面冲击	23.4	2.5	人体质心左侧	Shaw， et al^［17］
腹部	腹部正面冲击	31.52	13.01	第三腰椎平齐	Cavanaugh， et al^［18］
腹部	腹部侧面冲击	23.4	5.5/9.9	胸骨中心下方15 cm	Viano， et al^［16］
骨盆	骨盆侧面冲击	23.4	5.3/9.9	股骨大转子中心	Viano， et al^［16］
膝关节	膝关节正面冲击	255	1.2/3.5/4.9	股骨髁中心	Rupp， et al^［19］