一种用于乘员鞭打保护试验的座椅参数自动化测试方法与流程

本发明涉及车辆安全测试，具体涉及一种用于乘员鞭打保护试验的座椅参数自动化测试方法。

背景技术：

1、汽车座椅的鞭打性能是衡量车辆低速追尾碰撞安全性的核心指标，是汽车座椅研发、生产过程中的关键测试项目。在鞭打测试全流程中，人体h点（髋关节铰接点）是核心基准参数，其不仅是座椅人机工程设计的基础，更是计算假人躯干角、靠背角，以及评估动态冲击过程中假人头部、胸部位移响应和颈部受力的核心参考依据。h点测量的准确性直接决定鞭打测试数据的有效性，进而影响车型安全评级的真实性。因此，构建准确、高效、可复现的h点测量与假人姿态构建方法，是座椅鞭打性能测试技术的关键环节。

2、现有技术中，针对汽车座椅鞭打测试的h点测量，普遍采用人工操作模式完成。其典型流程为：操作人员首先依据所选测试标准熟悉测试要求；随后将hpm（h-pointmanikin，h点假人，含躯干分段、腿部、配重块等，整体重量大）人工搬运并放置于测试座椅上，依靠操作经验反复调整假人躯干与座椅靠背的接触位置、接触力及俯仰角度，直至目测判断假人姿态大致符合标准要求；再使用h点测量装置对座椅h点进行测量，人工读取并借助cmm（三坐标测量机）等工具记录h点坐标数据，据此计算躯干角与靠背角；最后将测量结果与标准阈值人工比对，判定测试是否合格并手工记录归档。

3、上述人工操作模式在长期实践中形成了较为固定的作业流程，基本能够完成鞭打测试的h点测量任务，但随着汽车安全评价体系对测试精度、效率与数据质量要求的不断提高，其在实际应用中逐渐显现出如下问题：

4、h点静态测量必须保证假人姿态具有较高的重复性。人工测量时，假人搬运与姿态调整全靠操作人员经验控制，不同操作人员、不同批次测试之间假人姿态的重复性难以稳定保证，容易出现h点漂移现象，进而导致躯干角、靠背角的计算误差被放大，影响对座椅鞭打防护性能的准确评价。

5、鞭打测试对h点的测量精度要求高，国际主流标准均对h点测量精度提出了明确要求。而人工操作受体力状态、操作手法、经验差异等因素影响，h点测量误差通常在±5mm左右，该误差会通过角度计算、位移评估等环节被进一步放大，使测试结果的置信度下降，难以稳定满足严格标准对高精度测量数据的要求，甚至可能影响车型安全评级的真实性。

6、新车型开发周期不断缩短，鞭打性能优化往往需要进行多轮迭代测试。hpm鞭打假人分段多、重量大，人工完成假人搬运、姿态调整、h点标定及确认等环节，单次耗时通常超过30分钟，且操作人员连续作业后体力下降会进一步拉长测试时间，多车型、多批次的连续测试难以高效组织，制约了座椅鞭打性能的开发迭代速度。

7、鞭打测试假人姿态构建的核心要求是姿态准确与接触力稳定，假人躯干与座椅靠背之间的接触力需控制在特定范围内。人工操作主要依靠手感把握接触力，难以做到量化控制与实时监测，容易出现接触压力过大导致假人内饰件、传感器损坏，或压力不足导致假人姿态变形的情况，从而增加试验耗材成本与返工风险。

8、人工测试过程中，h点坐标数据、接触力数据、姿态参数等需操作人员手动借助cmm等工具逐一记录，工作繁琐且易出现记录错误与遗漏；测量结果与标准阈值的比对也依赖人工判定，测试数据的实时存储、自动对比验证难以实现，不利于后续鞭打测试数据的追溯、分析及问题排查，难以满足汽车座椅规模化生产场景下的质量管控需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提出一种用于乘员鞭打保护试验的座椅参数自动化测试方法，能够实现汽车座椅鞭打参数更为精确、高效且标准化的测试，有效提升座椅的乘员鞭打保护性能。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提出一种用于乘员鞭打保护试验的座椅参数自动化测试方法，包括：

3、选择目标测试标准，加载预设参数和测试方法，导入测试座椅的设计参数；对测试设备进行自检，将假人各分段放置于指定区域；

4、将待测座椅固定，识别座椅及工装基准点，执行手眼标定建立统一测试坐标系，将各关键特征点坐标转换至该统一测试坐标系下；

5、机器人根据统一测试坐标系数据和预设参数规划运动轨迹，抓取假人各分段并通过力位协同控制调整假人躯干与座椅靠背的接触力及俯仰角度，直至满足标准要求；

6、机器人切换至h点测量探针并驱动其触达座椅h点，采集探针接触点的三维坐标原始数据并经处理得到h点在统一测试坐标系下的绝对坐标，同时计算躯干角和靠背角；

7、采集鞭打静态参数对应的各标准规定点位坐标，将各点位坐标统一换算至所述统一测试坐标系下，基于全部测量坐标数据计算得到目标测试标准对应的各项鞭打静态参数；

8、将实测数据与预设阈值进行对比验证，若合格则记录数据，若不合格则重新调整假人姿态并重复测量。

9、基础方案的有益效果：本技术方案针对乘员鞭打保护试验场景，将测试标准选择与参数加载、座椅固定与基准识别、假人姿态构建、h点测量、数据验证记录等环节衔接，形成全流程自动化测试体系，解决了现有技术中h点测量与鞭打测试相互脱节、依赖人工测量且基准不稳定的问题。

10、本技术方案通过识别座椅及工装基准点并执行手眼标定，建立机器人、座椅、工装统一测试坐标系，将各关键特征点坐标转换至统一坐标系下，消除了多模块之间的定位偏差，确保假人定位、姿态调整与h点测量均基于同一基准执行，提升了测试数据的准确性与一致性，解决了传统多点分别测量导致的累积误差问题。

11、机器人通过力位协同控制调整假人躯干与座椅靠背的接触力及俯仰角度，直至满足标准要求，实现了假人接触力与姿态的量化精确控制，既保证假人姿态符合鞭打测试标准要求，又避免接触力过大损坏假人及座椅，克服了人工操作无法量化控制接触力、姿态调整精度不足的缺陷。

12、采用机器人切换h点测量探针并驱动其触达座椅h点，采集探针接触点三维坐标原始数据，经处理后得到h点在统一坐标系下的绝对坐标，同时计算躯干角和靠背角，避免了传统人工使用h点测量装置（hpm）操作繁琐、读数误差大的问题，提升了h点及角度参数的测量精度，满足鞭打测试对基准点测量的严格要求。

13、将实测数据与预设阈值自动进行对比验证，合格则记录数据，不合格则重新调整假人姿态并重复测量，形成数据闭环，避免人工记录的错误与遗漏，确保最终记录数据均满足标准要求，提升了测试结果的可信度与质量管控水平。

14、作为一种可实施的优选方案，设计参数包括座椅设计h点理论坐标、躯干角设计值、假人躯干与靠背的预设接触力及测试精度阈值；所述测试设备包括机器人、视觉模块、力控传感器和安全防护模块，所述安全防护模块包括安全光栅、急停按钮和防护围栏，与主控系统联动以在异常时自动停止测试。

15、作为一种可实施的优选方案，统一测试坐标系以工装参考点为原点，x轴平行于座椅滑轨方向，y轴垂直于座椅滑轨方向，z轴垂直于地面向上；识别座椅及工装基准点时采用全局定位相机与局部精定位相机的双视觉架构，并采用基于sift算法的特征点匹配与亚像素定位策略。

16、作为一种可实施的优选方案，执行手眼标定建立统一测试坐标系中，坐标变换公式为：

17、

18、其中，(,,)为统一测试坐标系下的h点绝对坐标；(,,)为视觉模块或机器人自身求解的h点局部坐标；为旋转矩阵，表达式为：

19、

20、其中，θ为坐标系旋转角度；

21、为平移矩阵：

22、

23、、、分别为轴方向的平移量。

24、作为一种可实施的优选方案，力位协同控制采用改进型pid算法，公式为：

25、

26、其中，为机器人关节驱动力控制输出量；为力控误差，，为设定接触力，为传感器实时反馈接触力；为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数；为前馈控制量。

27、作为一种可实施的优选方案，机器人末端执行器在统一测试坐标系下的空间坐标通过d-h参数法求解运动学正解得到，具体公式如下：

28、

29、其中，为机器人基坐标系b到统一测试坐标系u的齐次变换矩阵；为机器人末端坐标系e到机器人基坐标系b的齐次变换矩阵，具体表达式为：

30、

31、其中，为h点测量探针尖端在机器人末端坐标系下的相对坐标。

32、作为一种可实施的优选方案，采集探针接触点的三维坐标原始数据后，采用滑动平均滤波算法进行处理，具体公式如下：

33、

34、其中，为第k次滤波后的h点坐标值；为滤波窗口大小；为第i次采集的h点原始坐标值。

35、作为一种可实施的优选方案，躯干角α的计算公式如下：

36、

37、其中，为假人躯干基准点在统一坐标系下的坐标。

38、作为一种可实施的优选方案，实测数据与预设阈值进行对比验证中，合格标准为h点测量误差＜0.1mm、躯干角及靠背角误差＜0.5°、接触力波动＜2n。

39、作为一种可实施的优选方案，包括：记录数据后，对静态h点数据、动态位移数据、接触力数据和角度数据进行整理分析以生成测试报告；控制机器人复位并释放假人各分段至初始指定区域，更换下一组待测座椅以实现批量连续测试。