CN109774779A - 一种基于不同驾驶员的方向盘智能调节装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于不同驾驶员的方向盘智能调节装置及方法。它通过输入不同驾驶员的体型参数，根据不同驾驶员的体型参数计算出不同驾驶员对应的最佳坐姿位置，根据不同驾驶员对应的最佳坐姿位置确定不同驾驶员对应的方向盘的合适位置，在驾驶员上车前，先将方向盘动至方便驾驶员入座的参考位置，驾驶员上车后再将方向盘移动至该驾驶员对应的合适位置。本发明通过驾驶员输入身高参数对驾驶员的最佳坐姿驾驶位置及对应的方向盘合适位置进行计算，并自动将方向盘调节至最佳位置，使得不同体型的驾驶员均能获得最佳方向盘操控体验和较佳视野，提高了用户驾驶体验。
Description
技术领域
本发明属于汽车座椅技术领域，具体涉及一种基于不同驾驶员的方向盘智能调节装置及方法。
背景技术
一般汽车方向盘设计有两向或四向可调节(注：方向盘仅沿上转向柱固定支架方向移动调节为两向调节；方向盘不仅可沿上转向柱固定支架方向移动调节，同时还可以沿轴线前后调节为四向调节)，按调节方式可分为手动调节和电动调节。但不论手动调节和电动调节，传统方式是驾驶员根据自己经验调节方向盘至合适位置。由于驾驶员人体和经验差异，需要较长的调节时间，甚至调节后的实际位置不合适，从而影响驾驶员行车视野安全和操控舒适性。现有技术中也有根据驾驶员的头部/眼部位置来自动调节方向盘。如CN103448785A，是通过传感器监测头部/眼部来调节方向盘，由于驾驶员头部/眼部位置是由驾驶员身高特征和坐姿决定，如驾驶员的坐姿不合适，会影响监测头部/眼部位置，从而影响据此调节的方向盘位置是否合适。且驾驶过程中，为了安全及避免疲劳，头部和眼部需要不时运动，因此监测的头部/眼部位置不容易确定；据此调节的方向盘位置，也是不确定；也有如CN104827987A，通过获取驾驶员上身高度，来确定方向盘位置，实际中有如下局限：由于上身长度概念模糊，且受姿态影响等，获取上身长度相对没有获取身高方便和准确；并且方向盘位置及角度除了受驾驶员的体长因素影响外，更主要受坐姿影响。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种基于不同驾驶员的方向盘智能调节装置及方法。
本发明采用的技术方案是：一种基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，输入不同驾驶员的体型参数，根据不同驾驶员的体型参数计算出不同驾驶员对应的最佳坐姿位置，根据不同驾驶员对应的最佳坐姿位置确定不同驾驶员对应的方向盘的合适位置，在驾驶员上车前，先将方向盘动至方便驾驶员入座的参考位置，驾驶员上车后再将方向盘移动至该驾驶员对应的合适位置；将方向盘从参考位置移动至合适位置的移动量包括沿方向盘轴向的调节量δa、沿上转向柱固定支架方向的调节量δr和方向盘的倾角δA18，所述调节量δa为δa＝W(i)G(i)-W(C)G(C)，所述调节量δr为δr＝G(i)G(c)，所述倾角δA18为δA18＝A18(i)-A18(C)，
其中，W(c)G(c)为方向盘在参考位置时，方向盘中心点W至上转向柱与上转向柱固定支架交点G(c)的距离；W(i)G(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，方向盘中心点W至上转向柱与上转向柱固定支架交点G(i)的距离；G(i)G(c)为交点G(i)与G(c)距离，A18(C)为方向盘在参考位置时的倾角，A18(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时的倾角。
进一步地，根据不同驾驶员的体型参数计算出不同驾驶员对应的最佳坐姿位置的过程为：
根据驾驶员的身高参数，得出驾驶员的人体百分位(i)；
根据所述驾驶员的人体百分位(i)得到所对应的驾驶员座椅H点至驾驶员踵点高度z的曲线；
根据该驾驶员处于最佳坐姿位置时其等效眼点与设计参考驾驶员等效眼点的连线斜率ke＝tgγ，从z的曲线中确定驾驶员座椅H点至驾驶员踵点的最佳高度z(i)；
根据驾驶员座椅H点至驾驶员踵点的最佳高度z(i)确定H点到驾驶员踵点的最佳水平距离L53(i)和H点到驾驶员踵点的最佳垂直距离H30(i)；
根据L53(i)、H30(i)和设定的靠背角A40(i)的取值，确定所述驾驶员的最佳坐姿驾驶位置；
所述γ根据经验获得。
进一步地，所述γ与z(i)的关系为：
tgγ＝[z(i)-z(95)+(HE(i)-HE(95))*cos(A40(i))]/[XH(i)-XH(95)+(HE(i)-HE(95))*sin(A40(95))]，
其中，所述A40(i)＝A40(95)∈[21，25]，所述z(95)是驾驶员百分位为95时座椅H点至驾驶员踵点高度，所述HE(i)为驾驶员百分位为(i)时坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h的差值，HE(95)为驾驶员百分位为95时坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h的差值，所述坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h均通过查表获得，XH(i)为驾驶员百分位为(i)时H点至踏板参考点PRP的水平距离，所述XH(i)和XH(95)可查表获得。
进一步地，所述L53(i)与z(i)的关系为：
L53(i)＝a-b*z(i)-c*z(i) 2-203*cos(A47(i))，所述a、b、c均为经验常数，所述A47(i)＝78.96-0.015*z(95)-0.000173*z(95) 2，z(95)是驾驶员百分位为95时座椅H点至驾驶员踵点高度。
进一步地，所述H30(i)＝z(i)。
进一步地，方向盘倾角A18(i)为：A18(i)＝arctan[(ZW(i)-ZL(i))/(XW(i)-XL(i))]，其中XW(i)和ZW(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，方向盘中心点W的坐标；XL(i)和ZL(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，上转向柱与下转向柱铰接点L的坐标。
进一步地，所述上转向柱与下转向柱铰接点L(i)的坐标(XL(i)，ZL(i))通过如下公式确定：
(XW(i)-XL(i))2+(ZW(i)-ZL(i))2＝WL2
(XL(i)-XJ(i))2+(ZL(i)-ZJ(i))2＝LJ2
其中，XJ(i)、ZJ(i)为下转向柱与转向机构连接铰接点J的坐标，WL为上转向柱长度，LJ为下转向柱长度。
进一步地，所述方向盘中心点W(i)的坐标(XW(i)，ZW(i))通过如下公式确定：
XW(i)＝XPRP+203*cos(A47(i))+L11(i)
ZW(i)＝ZPRP-203*sin(A47(i))+H17(i)
其中，XPRP和ZPRP为设定的踏板参考点PRP的坐标，，所述A47(i)＝78.96-0.015*z(95)-0.000173*z(95) 2，z(95)是驾驶员百分位为95时座椅H点至驾驶员踵点高度，L11(i)为方向盘中心点W与踵点AHP的水平距离，H17(i)为方向盘中心点W与踵点AHP的垂直距离。
进一步地，所述L11(i)与L53(i)的关系为：
L11(i)＝L53(i)+(LS(i)-h(i))*sin(A40(i))-UA(i)*sin(As(i)+A40(i))-(FA(i)+HJ(i))*sin(Ae(i)-As(i)-A40(i))，
其中，As(i)为肩部角度，As(i)∈[10，50]，Ae(i)为肘部角度，Ae(i)∈[80，160]，LS(i)为坐姿肩关节高度，h(i)坐姿臀关节高度，UA(i)为上臂关节长度，FA(i)为前臂关节长度，HJ(i)为腕关节长度，所述LS(i)、h(i)、UA(i)、FA(i)、HJ(i)均通过查表获得。
进一步地，所述H17(i)与H30(i)的关系为：
H17(i)＝H30(i)+(LS(i)-h(i))*cos(A40(i))-UA(i)*cos(As(i)+A40(i))+(FA(i)+HJ(i))*cos(Ae(i)-As(i)-A40(i))，
其中，As(i)为肩部角度，As(i)∈[10，50]，Ae(i)为肘部角度，Ae(i)∈[80，160]，LS(i)为坐姿肩关节高度，h(i)坐姿臀关节高度，UA(i)为上臂关节长度，FA(i)为前臂关节长度，HJ(i)为腕关节长度，所述LS(i)、h(i)、UA(i)、FA(i)、HJ(i)均通过查表获得。
进一步地，上转向柱与上转向柱固定支架B交点G(i)的坐标(XG(i)，ZG(i))通过如下公式确定：
ZG(i)＝-mXG(i)+n，
其中，m，n为设定值，XW(i)和ZW(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，方向盘中心点W的坐标；XL(i)和ZL(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，上转向柱与下转向柱铰接点L的坐标。
进一步地，所述参考位置为人体百分位(i)为95时驾驶员对应的方向盘的合适位置。
更进一步地，所述还包括迎宾位置，当参考位置的百分位(c)与驾驶员的百分位(i)的差值小于设定值时，驾驶员上车前，先将方向盘动至迎宾位置，驾驶员上车后再将方向盘移动至该驾驶员对应的合适位置，所述迎宾位置为方向盘轴向向前的极限位置。
一种基于不同驾驶员的方向盘智能调节装置，包括方向盘、上转向柱、下转向柱、上转向柱固定支架和智能控制器，所述方向盘固定在所述上转向柱上；所述上转向柱与所述下转向柱铰接联接；所述上转向柱固定在上转向管固定支架上；所述上转向柱上设有转角调节组件和位置调节组件；所述智能控制器用于接收不同驾驶员的体型参数，根据不同驾驶员人体参数计算出对应的最佳坐姿驾驶位置，根据不同驾驶员的体型参数计算出不同驾驶员对应的最佳坐姿位置，根据不同驾驶员对应的最佳坐姿位置确定不同驾驶员对应的方向盘的合适位置，在驾驶员上车前，智能控制器控制转角调节组件和位置调节组件先将方向盘动至方便驾驶员入座的参考位置，驾驶员上车后再控制转角调节组件和位置调节组件将方向盘移动至该驾驶员对应的合适位置。
本发明设定智能控制器用于获取方向盘位置，当驾驶员输入身高参数时，智能控制器对驾驶员的最佳坐姿驾驶位置及对应的方向盘合适位置进行计算，并自动将方向盘调节至最佳位置，使得不同体型的驾驶员均能获得最佳方向盘操控体验和较佳视野，而在驾驶员入座和离座时，方向盘自动退至参考位置或迎宾位置，方便驾驶员入座和离座，提高了用户驾驶体验。
附图说明
图1为本发明的控制流程图。
图2为人体坐姿示意图。
图3为方向盘由95百分位调节至50百分位示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
一种基于不同驾驶员的方向盘智能调节装置，包括方向盘、上转向柱、下转向柱、上转向柱固定支架和智能控制器，所述方向盘固定在所述上转向柱上；所述上转向柱与所述下转向柱铰接联接；所述上转向柱固定在上转向管固定支架上；所述上转向柱上设有转角调节组件和位置调节组件；所述转角调节组件包括转角控制电机及转角控制器，用于根据方向盘输入的转角信号控制下转向柱的转角输出；所述位置调节组件包括轴向调节电机、径向调节电机、轴向位移传感器和径向位移传感器，所述智能控制器控制轴向调节电机及径向调节电机；
所述智能控制器用于接收不同驾驶员的体型参数，根据不同驾驶员人体参数计算出对应的最佳坐姿驾驶位置，根据不同驾驶员的体型参数计算出不同驾驶员对应的最佳坐姿位置，根据不同驾驶员对应的最佳坐姿位置确定不同驾驶员对应的方向盘的合适位置，在驾驶员上车前，智能控制器控制转角调节组件和位置调节组件先将方向盘动至方便驾驶员入座的参考位置，驾驶员上车后再控制转角调节组件和位置调节组件将方向盘移动至该驾驶员对应的合适位置。
如图1所示为本发明的控制流程图，在驾驶员D入座前，首先将驾驶员身高参数输入至驾驶员信息输入端，智能控制器根据输入的驾驶员D人体特征数据，可以获取驾驶员人体百分位(i)，再根据人体百分位计算出最佳坐姿位置Pi(L53(i)，H30(i)，A40(i))，然后根据最佳坐姿位置计算合适的方向盘位置。方向盘位置一般默认在参考位置Wc(如百分位95位置为：W(95)(L11(95)，H17(95)，A18(95)))，当驾驶员入座后，座椅压力传感器发出信号给智能控制器，同时，智能控制器根据最佳坐姿位置Pi(L53(i)，H30(i)，A40(i))，计算出方向盘合适的位置，并自动调节，此时方向盘调节量分别为：轴向调节量δa为：δa＝W(i)G(i)-W(C)G(C)，轴向调节电机驱动上转向柱及方向盘沿上转向柱轴向移动，轴向位移传感器测量上柱方向盘轴向移动量；沿上转向柱固定支架B方向调节量：δr为δr＝G(i)G(c)，径向调节电机驱动上转向柱方向盘沿上转向柱固定支架B方向移动，径向位移传感器测量上转向柱方向盘沿上转向柱固定支架B方向移动量，方向盘的倾角δA18为δA18＝A18(i)-A18(C)。方向盘随上转向柱与调节到位后，驾驶员也可根据需要手动微调方向盘上转向柱位置，智能控制器记录驾驶员的特征信息和方向盘上转向柱位置信息，当驾驶员下次入座前可根据记忆位置快速调节。当车辆熄火后，智能控制器接收到EMS的熄火信号后，驾驶员下车前，方向盘随上转向柱前移至参考位置Wc。
其中，W(c)G(c)为方向盘在参考位置时，方向盘中心点W至上转向柱与上转向柱固定支架交点G(c)的距离；W(i)G(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，方向盘中心点W至上转向柱与上转向柱固定支架交点G(i)的距离；G(i)G(c)为交点G(i)与G(c)距离，A18(C)为方向盘在参考位置时的倾角，A18(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时的倾角。
上述方案中，根据不同驾驶员的体型参数计算出不同驾驶员对应的最佳坐姿位置的过程为：
根据驾驶员的身高参数，得出驾驶员的人体百分位(i)；
根据所述驾驶员的人体百分位(i)得到所对应的驾驶员座椅H点至驾驶员踵点高度z的曲线；
根据该驾驶员处于最佳坐姿位置时其等效眼点与设计参考驾驶员等效眼点的连线斜率ke＝tgγ，从z的曲线中确定驾驶员座椅H点至驾驶员踵点的最佳高度z(i)；
根据驾驶员座椅H点至驾驶员踵点的最佳高度z(i)确定H点到驾驶员踵点的最佳水平距离L53(i)和H点到驾驶员踵点的最佳垂直距离H30(i)；
根据L53(i)、H30(i)和设定的靠背角A40(i)的取值，确定所述驾驶员的最佳坐姿驾驶位置；
所述γ根据经验获得，H30(i)＝z(i)。
上述方案中，γ与z(i)的关系为：
tgγ＝[z(i)-z(95)+(HE(i)-HE(95))*cos(A40(i))]/[XH(i)-XH(95)+(HE(i)-HE(95))*sin(A40(95))]，
其中，所述A40(i)＝A40(95)∈[21，25]，所述z(95)是驾驶员百分位为95时座椅H点至驾驶员踵点高度，所述HE(i)为驾驶员百分位为(i)时坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h的差值，HE(95)为驾驶员百分位为95时坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h的差值，所述坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h均通过查表获得，XH(i)为驾驶员百分位为(i)时H点至踏板参考点PRP的水平距离，所述XH(i)和XH(95)可查表获得。
上述方案中，L53(i)与z(i)的关系为：
L53(i)＝a-b*z(i)-c*z(i) 2-203*cos(A47(i))，所述a、b、c均为经验常数，所述A47(i)＝78.96-0.015*z(95)-0.000173*z(95) 2，z(95)是驾驶员百分位为95时座椅H点至驾驶员踵点高度。
上述方案中，方向盘倾角A18(i)为：A18(i)＝arctan[(ZW(i)-ZL(i))/(XW(i)-XL(i))]，其中XW(i)和ZW(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，方向盘中心点W的坐标；XL(i)和ZL(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，上转向柱与下转向柱铰接点L的坐标。
上述方案中，上转向柱与下转向柱铰接点L(i)的坐标(XL(i)，ZL(i))通过如下公式确定：
(XW(i)-XL(i))2+(ZW(i)-ZL(i))2＝WL2
(XL(i)-XJ(i))2+(ZL(i)-ZJ(i))2＝LJ2
其中，XJ(i)、ZJ(i)为下转向柱与转向机构连接铰接点J的坐标，WL为上转向柱长度，LJ为下转向柱长度。
上述方案中，方向盘中心点W(i)的坐标(XW(i)，ZW(i))通过如下公式确定：
XW(i)＝XPRP+203*cos(A47(i))+L11(i)
ZW(i)＝ZPRP-203*sin(A47(i))+H17(i)
其中，XPRP和ZPRP为设定的踏板参考点PRP的坐标，，所述A47(i)＝78.96-0.015*z(95)-0.000173*z(95) 2，z(95)是驾驶员百分位为95时座椅H点至驾驶员踵点高度，L11(i)为方向盘中心点W与踵点AHP的水平距离，H17(i)为方向盘中心点W与踵点AHP的垂直距离。
上述方案中，L11(i)与L53(i)的关系为：
L11(i)＝L53(i)+(LS(i)-h(i))*sin(A40(i))-UA(i)*sin(As(i)+A40(i))-(FA(i)+HJ(i))*sin(Ae(i)-As(i)-A40(i))，
其中，As(i)为肩部角度，As(i)∈[10，50]，Ae(i)为肘部角度，Ae(i)∈[80，160]，LS(i)为坐姿肩关节高度，h(i)坐姿臀关节高度，UA(i)为上臂关节长度，FA(i)为前臂关节长度，HJ(i)为腕关节长度，所述LS(i)、h(i)、UA(i)、FA(i)、HJ(i)均通过查表获得。
上述方案中，H17(i)与H30(i)的关系为：
H17(i)＝H30(i)+(LS(i)-h(i))*cos(A40(i))-UA(i)*cos(As(i)+A40(i))+(FA(i)+HJ(i))*cos(Ae(i)-As(i)-A40(i))，
其中，As(i)为肩部角度，As(i)∈[10，50]，Ae(i)为肘部角度，Ae(i)∈[80，160]，LS(i)为坐姿肩关节高度，h(i)坐姿臀关节高度，UA(i)为上臂关节长度，FA(i)为前臂关节长度，HJ(i)为腕关节长度，所述LS(i)、h(i)、UA(i)、FA(i)、HJ(i)均通过查表获得。
上述方案中，上转向柱与上转向柱固定支架B交点G(i)的坐标(XG(i)，ZG(i))通过如下公式确定：
ZG(i)＝-mXG(i)+n，
其中，m，n为设定值，XW(i)和ZW(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，方向盘中心点W的坐标；XL(i)和ZL(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，上转向柱与下转向柱铰接点L的坐标。
上述方案中，输入身高参数后，当参考位置的百分位(c)与驾驶员的百分位(i)的差值小于设定值时，设定值的取值范围为5-15，优选为10，驾驶员上车前，先将方向盘动至迎宾位置，驾驶员上车后再将方向盘移动至该驾驶员对应的合适位置，所述迎宾位置为方向盘轴向向前的极限位置。智能控制器首先判断方向盘是否在迎宾位置Wv(L11(v)，H17(v)，A18(v))(如为了方便驾驶员入座，方向盘向前调节极限位置，也可以程序上设定其他位置，驾驶员参数信息输入端可选择)，如方向盘不在迎宾位置Wv，智能控制器使方向盘自动移动至迎宾位置Wv，此时方向盘上转向柱轴向调节量为：δa＝(W(V)G(V)–W(C)G(C))，轴向调节电机驱动方向盘上转向柱在上转向柱固定支架上轴向向前移动，方向盘随上转向柱一起移动，轴向位移传感器测量方向盘上转向柱移动量(即方向盘在上转向柱固定支架沿上转向柱轴向移动量)；沿上转向柱固定支架B方向调节量为：δr＝G(V)G(C)，径向调节电机驱动上转向柱及方向盘沿上转向柱固定支架B方向移动，径向位移传感器测量上转向柱方向盘沿上转向柱固定支架B方向位移。调整到位后，当驾驶员入座后，座椅压力传感器发出信号给智能控制器，同时，智能控制器根据最佳坐姿位置Pi(L53(i)，H30(i)，A40(i))，计算出方向盘合适的位置，并自动调节，此时方向盘调节量分别为：轴向调节量：δa＝(W(i)G(i)–W(v)G(v))，轴向调节电机驱动上转向柱及方向盘沿上转向柱轴向移动，轴向位移传感器测量上柱方向盘轴向移动量；沿上转向柱固定支架B方向调节量：δr＝G(i)G(v)，径向调节电机驱动上转向柱方向盘沿上转向柱固定支架B方向移动，径向位移传感器测量上转向柱方向盘沿上转向柱固定支架B方向移动量。
如图2所示，根据人体坐姿示意图，方向盘的位置由驾驶员的H点、肩部高度HS、靠背角A40、上臂长度UA、肩部角度As前臂长度FA、肘部角度Ae、以及手腕长度、下视野眼点V2决定，而驾驶员眼点V2由坐姿L53、H30、A40确定，肩部高度、手臂长度也是由身高确定，因此方向盘位置可由驾驶员坐姿和身高确定。E1点为眼中心点，E点为等效眼点，通过E1点的水平线与座椅靠背角线交点，H点与E点的距离HE为测量的人体坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h的差值。
而根据成年人体尺寸统计，可以获取HE的值。
根据设计经验，本实施例中将最佳坐姿位置设置为γ＝12°的位置，ke＝tg12°即最佳坐姿位置时驾驶员等效眼点E(i)与参考驾驶员等效眼点E(95)的连线斜率。
由于L53(i)＝XH(i)-203*cos(A47(i))，而XH(i)＝a-b*z(i)-c*z(i) 2，则有L53(i)＝a-b*z(i)-c*z(i) 2-203*cos(A47(i))，根据不同人体百分位H点轨迹统计表，可知不同百分位的XH取值，详见下表：
由于tgγ＝{z(i)-z(95)+(HE(i)-HE(95))*cos(A40(i))}/[XH(i)-XH(95)+(HE(i)-HE(95))*sin(A40(95))]，而γ取12°，则有tg12°＝[z(i)-z(95)+(HE(i)-HE(95))*cos(A40(i))]/[XH(i)-XH(95)+(HE(i)-HE(95))*sin(A40(95))]，其中z(95)＝H30(95)，而H30为汽车厂家设计时设定值，实例中设定H30(95)＝z(95)＝275(mm)，H30为H点到AHP的垂直距离。而根据经验驾驶员最佳的座椅靠背角A40的值为：A40(i)∈[21，25]，本处取A40(i)＝25°，从而可以求取驾驶员座椅H点至驾驶员踵点的最佳高度z(i)，最终得出L53(i)的值。
为进一步解释，本发明以驾驶员身高L为170(mm)为实施例进行说明(方向盘参考位置以95百分位位置调节至50百分位位置)，设定方向盘直径W9＝370(mm)，上转向柱长度WL＝570(mm),下转向柱长度LJ＝360(mm)，联接点J点X\Z坐标为：J(120，250)，踵点AHP的X\Z值(440，83)，上转向柱固定支架B的直线LB方程为：Z＝-2X+1700。
根据参考位置为95百分位，故最佳坐姿为：
Z(95)＝H30(95)＝275(mm)，L53(95)＝857(mm)，A40(95)＝25°；
方向盘合适位置为：
L11(95)＝465(mm)，H17(95)＝640(mm)，A18(95)＝23.3°，
方向盘中心点SWC的坐标为W(95)：XW＝905(mm)，ZW＝723(mm)，
上转向柱与下转向柱铰接点交点L(95)：XL＝381(mm)，ZL＝498(mm)，上转向柱与上转向柱固定支架B交点G(95)：XG＝562(mm)，ZG＝575(mm)
驾驶员D身高对应为50百分位时，根据查表可以查出该驾驶员对应坐姿眼高LE＝769(mm)，坐姿臀关节高度h＝80(mm)，H点与E点的距离HE为测量的人体坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h的差值，则有HE＝689(mm)，最后根据式：
tg12°＝{z(i)-z(95)+(HE(i)-HE(95))*cos(A40(i))}/[XH(i)-XH(95)+(HE(i)-HE(95))*sin(A40(95))]，
和式：
L53(i)＝XH(i)-203*cos(A47(i))，A47(i)＝78.96-0.015*z(95)-0.000173*z(95) 2，
得出：H30(50)＝z(50)＝304(mm)，L53(50)＝775(mm)。
如此，则驾驶员D最佳坐姿位置Pd为(L53(50)＝775，H30(50)＝304，A40(50)＝25°)
进一步的，根据查表可以查出该驾驶员对应的坐姿肩关节高LS＝522(mm)，坐姿臀关节高度h＝80(mm)，H点与S点距离为HS＝442(mm)，上臂关节长度UA＝275(mm)，前臂关节长度FA＝244(mm)，腕关节长度HJ＝75(mm)，最后根据式：
L11(50)＝L53(50)+HS(50)*sin(A40(50))-UA(50)*sin(As(50)+A40(50))-(FA(50)+HJ(50))*sin(Ae(50)-As(50)-A40(50))
和式：
H17(50)＝H30(50)+HS(50)*cos(A40(50))-UA(50)*cos(As(50)+A40(50))+(FA(50)+HJ(50))*cos(Ae(50)-As(50)-A40(50))
其中，肩部角度取As＝34°，肘部角度取Ae＝135°，靠背角取A40＝25°，故有L11(50)＝416.5(mm)，H17(50)＝640.5(mm)，
XW(50)＝XAHP+L11(50)
ZW(50)＝ZAHP+H17(50)
可得，方向盘中心点SWC的坐标：
XW(50)＝856(mm)，ZW(50)＝723(mm)，
根据式：
(XW(50)-XL(50))2+(ZW(50)-ZL(50))2＝WL2
和(XL(50)-XJ)2+(ZL(50)-ZJ)2＝LJ2
可得上转向柱与下转向柱铰接点L的坐标分别为：
XL(50)＝311(mm)，ZL(50)＝555(mm)，
方向盘倾角为A18(50)＝arcos((XW(50)-XL(50))/WL＝17.1(°)
进一步旳，方向盘在目标位置时，上转向柱直线LW’L’与上转向柱固定支架直线B交于G’，根据式：
和Z＝-2X+1700
求得，G’点X\Z坐标为：G’(XG(50)，ZG(50))＝G(50)(538，625)
故，上转向柱轴向调节量：
δa＝WG-W’G’＝(XW-XG)/cos(A18)-(XW’-XG’)/cos(A’18)＝40(mm)
上转向柱沿上转向柱固定支架B方向调节量δr＝GG’＝55(mm)
调节角度：δA18＝A18(50)-A18(95)＝-6°
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (14)
1.一种基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：输入不同驾驶员的体型参数，根据不同驾驶员的体型参数计算出不同驾驶员对应的最佳坐姿位置，根据不同驾驶员对应的最佳坐姿位置确定不同驾驶员对应的方向盘的合适位置，在驾驶员上车前，先将方向盘动至方便驾驶员入座的参考位置，驾驶员上车后再将方向盘移动至该驾驶员对应的合适位置；将方向盘从参考位置移动至合适位置的移动量包括沿方向盘轴向的调节量δa、沿上转向柱固定支架方向的调节量δr和方向盘的倾角δA18，所述调节量δa为δa＝W(i)G(i)-W(C)G(C)，所述调节量δr为δr＝G(i)G(c)，所述倾角δA18为δA18＝A18(i)-A18(C)，
其中，W(c)G(c)为方向盘在参考位置时，方向盘中心点W至上转向柱与上转向柱固定支架交点G(c)的距离；W(i)G(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，方向盘中心点W至上转向柱与上转向柱固定支架交点G(i)的距离；G(i)G(c)为交点G(i)与G(c)距离，A18(C)为方向盘在参考位置时的倾角，A18(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时的倾角。
2.根据权利要求1所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：根据不同驾驶员的体型参数计算出不同驾驶员对应的最佳坐姿位置的过程为：
根据驾驶员的身高参数，得出驾驶员的人体百分位(i)；
根据所述驾驶员的人体百分位(i)得到所对应的驾驶员座椅H点至驾驶员踵点高度z的曲线；
根据该驾驶员处于最佳坐姿位置时其等效眼点与设计参考驾驶员等效眼点的连线斜率ke＝tgγ，从z的曲线中确定驾驶员座椅H点至驾驶员踵点的最佳高度z(i)；
根据驾驶员座椅H点至驾驶员踵点的最佳高度z(i)确定H点到驾驶员踵点的最佳水平距离L53(i)和H点到驾驶员踵点的最佳垂直距离H30(i)；
根据L53(i)、H30(i)和设定的靠背角A40(i)的取值，确定所述驾驶员的最佳坐姿驾驶位置；
所述γ根据经验获得。
3.根据权利要求2所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：所述γ与z(i)的关系为：
tgγ＝[z(i)-z(95)+(HE(i)-HE(95))*cos(A40(i))]/[XH(i)-XH(95)+(HE(i)-HE(95))*sin(A40(95))]，
其中，所述A40(i)＝A40(95)∈[21，25]，所述z(95)是驾驶员百分位为95时座椅H点至驾驶员踵点高度，所述HE(i)为驾驶员百分位为(i)时坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h的差值，HE(95)为驾驶员百分位为95时坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h的差值，所述坐姿眼高LE与坐姿臀关节高度h均通过查表获得，XH(i)为驾驶员百分位为(i)时H点至踏板参考点PRP的水平距离，所述XH(i)和XH(95)可查表获得。
4.根据权利要求2所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：所述L53(i)与z(i)的关系为：
L53(i)＝a-b*z(i)-c*z(i) 2-203*cos(A47(i))，所述a、b、c均为经验常数，所述A47(i)＝78.96-0.015*z(95)-0.000173*z(95) 2，z(95)是驾驶员百分位为95时座椅H点至驾驶员踵点高度。
5.根据权利要求2所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：所述H30(i)＝z(i)。
6.根据权利要求1所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：方向盘倾角A18(i)为：A18(i)＝arctan[(ZW(i)-ZL(i))/(XW(i)-XL(i))]，其中XW(i)和ZW(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，方向盘中心点W的坐标；XL(i)和ZL(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，上转向柱与下转向柱铰接点L的坐标。
7.根据权利要求6所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：所述上转向柱与下转向柱铰接点L(i)的坐标(XL(i)，ZL(i))通过如下公式确定：
(XW(i)-XL(i))2+(ZW(i)-ZL(i))2＝WL2
(XL(i)-XJ(i))2+(ZL(i)-ZJ(i))2＝LJ2
其中，XJ(i)、ZJ(i)为下转向柱与转向机构连接铰接点J的坐标，WL为上转向柱长度，LJ为下转向柱长度。
8.根据权利要求1所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：所述方向盘中心点W(i)的坐标(XW(i)，ZW(i))通过如下公式确定：
XW(i)＝XPRP+203*cos(A47(i))+L11(i)
ZW(i)＝ZPRP-203*sin(A47(i))+H17(i)
其中，XPRP和ZPRP为设定的踏板参考点PRP的坐标，，所述A47(i)＝78.96-0.015*z(95)-0.000173*z(95) 2，z(95)是驾驶员百分位为95时座椅H点至驾驶员踵点高度，L11(i)为方向盘中心点W与踵点AHP的水平距离，H17(i)为方向盘中心点W与踵点AHP的垂直距离。
9.根据权利要求8所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：所述L11(i)与L53(i)的关系为：
L11(i)＝L53(i)+(LS(i)-h(i))*sin(A40(i))-UA(i)*sin(As(i)+A40(i))-(FA(i)
+HJ(i))*sin(Ae(i)-As(i)-A40(i))，
其中，As(i)为肩部角度，As(i)∈[10，50]，Ae(i)为肘部角度，Ae(i)∈[80，160]，LS(i)为坐姿肩关节高度，h(i)坐姿臀关节高度，UA(i)为上臂关节长度，FA(i)为前臂关节长度，HJ(i)为腕关节长度，所述LS(i)、h(i)、UA(i)、FA(i)、HJ(i)均通过查表获得。
10.根据权利要求8所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：所述H17(i)与H30(i)的关系为：
H17(i)＝H30(i)+(LS(i)-h(i))*cos(A40(i))-UA(i)*cos(As(i)+A40(i))+(FA(i)+HJ(i))*cos(Ae(i)-As(i)-A40(i))，
其中，As(i)为肩部角度，As(i)∈[10，50]，Ae(i)为肘部角度，Ae(i)∈[80，160]，LS(i)为坐姿肩关节高度，h(i)坐姿臀关节高度，UA(i)为上臂关节长度，FA(i)为前臂关节长度，HJ(i)为腕关节长度，所述LS(i)、h(i)、UA(i)、FA(i)、HJ(i)均通过查表获得。
11.根据权利要求1所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：上转向柱与上转向柱固定支架B交点G(i)的坐标(XG(i)，ZG(i))通过如下公式确定：
ZG(i)＝-mXG(i)+n，
其中，m，n为设定值，XW(i)和ZW(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，方向盘中心点W的坐标；XL(i)和ZL(i)为百分位为(i)的驾驶员对应的方向盘在合适位置时，上转向柱与下转向柱铰接点L的坐标。
12.根据权利要求1所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：所述参考位置为人体百分位(i)为95时驾驶员对应的方向盘的合适位置。
13.根据权利要求1所述的基于不同驾驶员的方向盘智能调节方法，其特征在于：所述还包括迎宾位置，当参考位置的百分位(c)与驾驶员的百分位(i)的差值小于设定值时，驾驶员上车前，先将方向盘动至迎宾位置，驾驶员上车后再将方向盘移动至该驾驶员对应的合适位置，所述迎宾位置为方向盘轴向向前的极限位置。
14.一种基于不同驾驶员的方向盘智能调节装置，其特征在于：包括方向盘、上转向柱、下转向柱、上转向柱固定支架和智能控制器，所述方向盘固定在所述上转向柱上；所述上转向柱与所述下转向柱铰接联接；所述上转向柱固定在上转向管固定支架上；所述上转向柱上设有转角调节组件和位置调节组件；所述智能控制器用于接收不同驾驶员的体型参数，根据不同驾驶员人体参数计算出对应的最佳坐姿驾驶位置，根据不同驾驶员的体型参数计算出不同驾驶员对应的最佳坐姿位置，根据不同驾驶员对应的最佳坐姿位置确定不同驾驶员对应的方向盘的合适位置，在驾驶员上车前，智能控制器控制转角调节组件和位置调节组件先将方向盘动至方便驾驶员入座的参考位置，驾驶员上车后再控制转角调节组件和位置调节组件将方向盘移动至该驾驶员对应的合适位置。
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