CN112131659A - 一种方向盘中心点布置区域确定方法 - Google Patents

Abstract

一种方向盘中心点布置区域确定方法，该方法首先建立驾驶姿势参数化模型，然后计算得到驾驶姿势参数化模型的方向盘中心点布置区域，其中，方向盘中心点布置区域的计算步骤为先以驾驶姿势参数化模型中的关键尺寸为变量、以方向盘中心点到H点的X向和Z向距离为输入参数，建立变量与输入参数之间的关联函数，然后将设定的输入参数范围代入到关联函数中计算得到对应的变量范围，最后从对应的变量范围中筛选得到能满足关键尺寸要求的变量范围，并根据筛选得到的变量范围所对应的输入参数范围确定方向盘中心点布置区域。该方法不仅工作效率高，而且出错概率低。

Description

一种方向盘中心点布置区域确定方法

技术领域

本发明属于轻型商用车驾驶室总布置技术领域，具体涉及一种方向盘中心点布置区域确定方法，适用于提高工作效率的同时降低出错概率。

背景技术

整车总布置是自上向下进行设计开发的，先在总布置设计初期搭建出整体构架，然后确定出各种关键硬点，最后由总成到零件逐级展开细化设计工作，方向盘中心点为整车总布置的关键硬点之一，其位置既要满足功能上的要求，也要满足人机性能的要求，因此，在设计初期不仅要确定方向盘的直径、倾角等基本参数，还要使方向盘中心点的位置满足驾驶过程中的安全性、舒适性、操作便利性的要求。

由于方向盘中心点位置是否满足驾驶过程中的安全性、舒适性、操作便利性的要求是由多种影响因素共同作用确定的，任何一种影响因素的改变都会引起相关性能的变化，方向盘中心点的合适布置区域需要尝试多种影响因素组合并反复校核周边情况后才能确定，不仅工作效率低，而且出错概率较高。因此，存在确定方向盘中心点布置区域时工作效率低、出错概率较高的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述问题，提供一种具有较高工作效率、较低出错概率的方向盘中心点布置区域确定方法。

为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种方向盘中心点布置区域确定方法，所述方法依次包括以下步骤：

步骤一、建立驾驶姿势参数化模型；

步骤二、计算得到驾驶姿势参数化模型的方向盘中心点布置区域，所述方向盘中心点布置区域的计算步骤为：

先以驾驶姿势参数化模型中的关键尺寸为变量、以方向盘中心点到H点的X向和Z向距离为输入参数，建立变量与输入参数之间的关联函数，然后将设定的输入参数范围代入到关联函数中计算得到对应的变量范围，最后从对应的变量范围中筛选得到能满足关键尺寸要求的变量范围，并根据筛选得到的变量范围所对应的输入参数范围确定方向盘中心点布置区域。

步骤一中，所述驾驶姿势参数化模型为在CATIA软件中根据方向盘设计元素、人体参数建立得到的驾驶员手握方向盘姿态的简化几何模型。

步骤一中，所述方向盘设计元素包括方向盘直径、方向盘倾角，所述人体参数包括手握方向盘姿态的人体躯干尺寸、H点、踵点、眼点。

步骤二中，所述关键尺寸包括方向盘下边缘到人体大腿躯干线之间的距离、方向盘后端到人体躯干线之间的距离、手心铰接点到肩点之间的距离、大臂与躯干线之间的夹角、大臂与小臂之间的夹角、小臂与手腕之间的夹角、方向盘与手掌之间的夹角、过眼点和方向盘上边缘之间的切线与水平面之间的夹角、眼点和方向盘中心点之间的连线与水平面之间的夹角。

步骤二中，所述关键尺寸要求为：方向盘下边缘到人体大腿躯干线之间的距离≥150mm、方向盘后端到人体躯干线之间的距离≥175mm、手心铰接点到肩点之间的距离≥80mm、大臂与躯干线之间的夹角为10–60°、大臂与小臂之间的夹角为80–120°、小臂与手腕之间的夹角为175–185°、方向盘与手掌之间的夹角≤60°、过眼点和方向盘上边缘之间的切线与水平面之间的夹角≤30°、眼点和方向盘中心点之间的连线与水平面之间的夹角≥11°。

步骤二中，所述方向盘中心点布置区域由CATIA软件中的Product EngineeringOptimizer模块计算得到。

步骤二中，所述设定的输入参数范围中方向盘中心点到H点的X向、Z向距离分别为150–450mm、320–400mm。

步骤一中，所述驾驶姿势参数化模型包括第5百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第50百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第95百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型；

所述方法还包括以下步骤：

步骤三、以各驾驶姿势参数化模型由步骤二计算得到的方向盘中心点布置区域之间的共有区域作为最终的方向盘中心点布置区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种方向盘中心点布置区域确定方法首先建立驾驶姿势参数化模型，然后计算得到驾驶姿势参数化模型的方向盘中心点布置区域，其中，方向盘中心点布置区域的计算步骤为先以驾驶姿势参数化模型中的关键尺寸为变量、以方向盘中心点到H点的X向和Z向距离为输入参数，建立变量与输入参数之间的关联函数，然后将设定的输入参数范围代入到关联函数中计算得到对应的变量范围，最后从对应的变量范围中筛选得到能满足关键尺寸要求的变量范围，并根据筛选得到的变量范围所对应的输入参数范围确定方向盘中心点布置区域，该方法将影响人机性能的因素与驾驶姿势参数化模型中的关键尺寸相结合，通过关键尺寸要求筛选得到具有较高人机性能的方向盘中心点布置区域，不仅避免了确定方向盘中心点布置区域过程中的反复尝试和校核，从而提高了工作效率，缩短了车辆开发周期，减小了研发成本，而且避免了人为主观评价，从而降低了后期实车验证时的出错概率。因此，本发明不仅工作效率高，而且出错概率低。

2、本发明中的关键尺寸包括方向盘下边缘到人体大腿躯干线之间的距离、方向盘后端到人体躯干线之间的距离、手心铰接点到肩点之间的距离、大臂与躯干线之间的夹角、大臂与小臂之间的夹角、小臂与手腕之间的夹角、方向盘与手掌之间的夹角、过眼点和方向盘上边缘之间的切线与水平面之间的夹角、眼点和方向盘中心点之间的连线与水平面之间的夹角，各关键尺寸分别与方向盘的安全性、舒适性、操作便利性相结合，使方向盘具有较高的安全性、舒适性、操作便利性。因此，本发明提高了方向盘的安全性、舒适性、操作便利性。

3、本发明中的驾驶姿势参数化模型包括第5百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第50百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第95百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型，最终的方向盘中心点布置区域为各驾驶姿势参数化模型的方向盘中心点布置区域之间的共有区域，适用于大部分人群，通用性较高。因此，本发明适用于大部分人群，通用性较高。

附图说明

图1为本方法的流程图。

图2为实施例1的方向盘中心点布置区域示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

参见图1，一种方向盘中心点布置区域确定方法，所述方法依次包括以下步骤：

步骤一、建立驾驶姿势参数化模型；

步骤二、计算得到驾驶姿势参数化模型的方向盘中心点布置区域，所述方向盘中心点布置区域的计算步骤为：

先以驾驶姿势参数化模型中的关键尺寸为变量、以方向盘中心点到H点的X向和Z向距离为输入参数，建立变量与输入参数之间的关联函数，然后将设定的输入参数范围代入到关联函数中计算得到对应的变量范围，最后从对应的变量范围中筛选得到能满足关键尺寸要求的变量范围，并根据筛选得到的变量范围所对应的输入参数范围确定方向盘中心点布置区域。

步骤一中，所述驾驶姿势参数化模型为在CATIA软件中根据方向盘设计元素、人体参数建立得到的驾驶员手握方向盘姿态的简化几何模型。

步骤一中，所述方向盘设计元素包括方向盘直径、方向盘倾角，所述人体参数包括手握方向盘姿态的人体躯干尺寸、H点、踵点、眼点。

步骤二中，所述关键尺寸包括方向盘下边缘到人体大腿躯干线之间的距离、方向盘后端到人体躯干线之间的距离、手心铰接点到肩点之间的距离、大臂与躯干线之间的夹角、大臂与小臂之间的夹角、小臂与手腕之间的夹角、方向盘与手掌之间的夹角、过眼点和方向盘上边缘之间的切线与水平面之间的夹角、眼点和方向盘中心点之间的连线与水平面之间的夹角。

步骤二中，所述关键尺寸要求为：方向盘下边缘到人体大腿躯干线之间的距离≥150mm、方向盘后端到人体躯干线之间的距离≥175mm、手心铰接点到肩点之间的距离≥80mm、大臂与躯干线之间的夹角为10–60°、大臂与小臂之间的夹角为80–120°、小臂与手腕之间的夹角为175–185°、方向盘与手掌之间的夹角≤60°、过眼点和方向盘上边缘之间的切线与水平面之间的夹角≤30°、眼点和方向盘中心点之间的连线与水平面之间的夹角≥11°。

步骤二中，所述方向盘中心点布置区域由CATIA软件中的Product EngineeringOptimizer模块计算得到。

步骤二中，所述设定的输入参数范围中方向盘中心点到H点的X向、Z向距离分别为150–450mm、320–400mm。

步骤一中，所述驾驶姿势参数化模型包括第5百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第50百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第95百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型；

所述方法还包括以下步骤：

步骤三、以各驾驶姿势参数化模型由步骤二计算得到的方向盘中心点布置区域之间的共有区域作为最终的方向盘中心点布置区域。

本发明的原理说明如下：

本发明一种方向盘中心点布置区域确定方法将影响方向盘人机性能的因素，即影响方向盘安全性、舒适性、操作便利性的因素分解为具体的关键尺寸，并通过关键尺寸要求筛选得到使方向盘具有较高安全性、舒适性、操作便利性的方向盘中心点布置区域，该方法在设计初期即可有效确定方向盘中心点布置区域，降低了设计后期方向盘布置重来的概率，缩短了开发周期的同时降低了研发成本。

所述关键尺寸和关键尺寸要求可根据客户实际需求量化，其原理说明为：

所述方向盘下边缘到人体大腿躯干线之间的垂直距离≥150mm、方向盘后端到人体躯干线之间的垂直距离≥175mm，使驾驶员的腹部、腿部具有足够的操作空间，不易触碰其他物体，从而提高了方向盘的操作便利性；

所述手心铰接点到肩点之间的距离≥80mm，使驾驶员的手掌不过高抬起，长时间驾驶方向盘不易产生疲劳，所述大臂与躯干线之间的夹角为10–60°、大臂与小臂之间的夹角为80–120°、小臂与手腕之间的夹角为175–185°、手握方向盘的角度≤60°，使驾驶员肩关节、肘关节、腕关节的弯曲角度舒适，从而提高了方向盘的舒适性；

所述过眼点和方向盘上边缘之间的切线与水平面之间的夹角≤30°，使仪表盘视野不会被方向盘阻挡，无需转头即可看到仪表盘上的信息，所述眼点和方向盘中心点之间的连线与水平面之间的夹角≥11°，使方向盘按键具有良好的可视性，从而提高了方向盘的安全性。

所述手握方向盘姿态的人体躯干尺寸包括躯干长度、大臂长度、小臂长度、手掌长度、座椅靠背角，所述H点为驾驶姿势参数化模型中人体躯干线与大腿线的交点，所述踵点为驾驶员右脚放在地板和加速踏板上时驾驶员右脚的足跟点，所述眼点为表示驾驶员眼睛所在位置的点。

本发明通过CATIA软件简化了计算过程，进一步提高了工作效率，所述方向盘中心点布置区域在Product Engineering Optimizer模块中的计算过程为：首先进入ProductEngineering Optimizer模块选择Design Of Experiments命令，然后在select inputparameters栏添加设定的输入参数范围，所述设定的输入参数范围为150–450mm、320–400mm，其次在Select Output parameters栏添加所有关键尺寸，最后点击确定进行运算得到方向盘中心点布置区域。

实施例1：

参见图1、图2，一种方向盘中心点布置区域确定方法以某公司T17车型的方向盘为实施对象，所述方法具体按照以下步骤进行：

步骤一、建立驾驶姿势参数化模型；

所述驾驶姿势参数化模型包括第5百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第50百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第95百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型，所述第5百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第50百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第95百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型均为在CATIA软件2D草图中根据方向盘设计元素、人体参数建立得到的驾驶员手握方向盘姿态的简化几何模型，所述方向盘设计元素包括方向盘直径、方向盘倾角，所述人体参数包括手握方向盘姿态的人体躯干尺寸、H点、踵点、眼点，所述人体躯干尺寸包括躯干长度、大臂长度、小臂长度、手掌长度、座椅靠背角；

其中，所述方向盘直径为400mm、方向盘倾角为43°，所述躯干长度为480mm、大臂长度为300mm、小臂长度为267mm、手掌长度为81mm、座椅靠背角为15°，所述H点到踵点的Z向距离为400mm，H点到踵点的X向距离730mm，H点到眼点的Z向距离为640mm，H点到眼点的X向距离为17.5mm；

步骤二、通过CATIA软件中的Product Engineering Optimizer模块分别计算得到各驾驶姿势参数化模型的方向盘中心点布置区域，所述方向盘中心点布置区域的计算步骤为：

先以驾驶姿势参数化模型中的关键尺寸为变量、以方向盘中心点到H点的X向和Z向距离为输入参数，建立变量与输入参数之间的关联函数，然后将设定的输入参数范围代入到关联函数中计算得到对应的变量范围，最后从对应的变量范围中筛选得到能满足关键尺寸要求的变量范围，并根据筛选得到的变量范围所对应的输入参数范围确定方向盘中心点布置区域；

其中，所述关键尺寸为方向盘下边缘到人体大腿躯干线之间的垂直距离、方向盘后端到人体躯干线之间的垂直距离、手心铰接点到肩点之间的距离、大臂与躯干线之间的夹角、大臂与小臂之间的夹角、小臂与手腕之间的夹角、手握方向盘的角度、过眼点和方向盘上边缘之间的切线与水平面之间的夹角、眼点和方向盘中心点之间的连线与水平面之间的夹角；

所述关键尺寸要求为方向盘下边缘到人体大腿躯干线之间的垂直距离≥150mm、方向盘后端到人体躯干线之间的垂直距离≥175mm、手心铰接点到肩点之间的距离≥80mm、大臂与躯干线之间的夹角为10–60°、大臂与小臂之间的夹角80–120°、小臂与手腕之间的夹角175–185°、手握方向盘的角度≤60°、过眼点和方向盘上边缘之间的切线与水平面之间的夹角≤30°、眼点和方向盘中心点之间的连线与水平面之间的夹角≥11°；

所述设定的输入参数范围内方向盘中心点到H点的X向距离为150mm–450mm、方向盘中心点到H点的Z向距离为320mm–400mm；

步骤三、以各驾驶姿势参数化模型由步骤二计算得到的方向盘中心点布置区域之间的共有区域作为最终的方向盘中心点布置区域（如图2中A部位所示）。

通过人机台架试验进行实车验证，根据本方法得到的最终的方向盘中心点布置区域在满足方向盘功能性需求的同时具有较高的安全性、舒适性、操作便利性。

Claims (8)

1.一种方向盘中心点布置区域确定方法，其特征在于：

所述方法依次包括以下步骤：

步骤一、建立驾驶姿势参数化模型；

步骤二、计算得到驾驶姿势参数化模型的方向盘中心点布置区域，所述方向盘中心点布置区域的计算步骤为：

先以驾驶姿势参数化模型中的关键尺寸为变量、以方向盘中心点到H点的X向和Z向距离为输入参数，建立变量与输入参数之间的关联函数，然后将设定的输入参数范围代入到关联函数中计算得到对应的变量范围，最后从对应的变量范围中筛选得到能满足关键尺寸要求的变量范围，并根据筛选得到的变量范围所对应的输入参数范围确定方向盘中心点布置区域。

2.根据权利要求1所述的一种方向盘中心点布置区域确定方法，其特征在于：

步骤一中，所述驾驶姿势参数化模型为在CATIA软件中根据方向盘设计元素、人体参数建立得到的驾驶员手握方向盘姿态的简化几何模型。

3.根据权利要求2所述的一种方向盘中心点布置区域确定方法，其特征在于：

步骤一中，所述方向盘设计元素包括方向盘直径、方向盘倾角，所述人体参数包括手握方向盘姿态的人体躯干尺寸、H点、踵点、眼点。

4.根据权利要求1–3中任一项所述的一种方向盘中心点布置区域确定方法，其特征在于：

步骤二中，所述关键尺寸包括方向盘下边缘到人体大腿躯干线之间的距离、方向盘后端到人体躯干线之间的距离、手心铰接点到肩点之间的距离、大臂与躯干线之间的夹角、大臂与小臂之间的夹角、小臂与手腕之间的夹角、方向盘与手掌之间的夹角、过眼点和方向盘上边缘之间的切线与水平面之间的夹角、眼点和方向盘中心点之间的连线与水平面之间的夹角。

5.根据权利要求4所述的一种方向盘中心点布置区域确定方法，其特征在于：

步骤二中，所述关键尺寸要求为：方向盘下边缘到人体大腿躯干线之间的距离≥150mm、方向盘后端到人体躯干线之间的距离≥175mm、手心铰接点到肩点之间的距离≥80mm、大臂与躯干线之间的夹角为10–60°、大臂与小臂之间的夹角为80–120°、小臂与手腕之间的夹角为175–185°、方向盘与手掌之间的夹角≤60°、过眼点和方向盘上边缘之间的切线与水平面之间的夹角≤30°、眼点和方向盘中心点之间的连线与水平面之间的夹角≥11°。

6.根据权利要求1–3中任一项所述的一种方向盘中心点布置区域确定方法，其特征在于：

步骤二中，所述方向盘中心点布置区域由CATIA软件中的Product EngineeringOptimizer模块计算得到。

7.根据权利要求1–3中任一项所述的一种方向盘中心点布置区域确定方法，其特征在于：

步骤二中，所述设定的输入参数范围中方向盘中心点到H点的X向、Z向距离分别为150–450mm、320–400mm。

8.根据权利要求2或3所述的一种方向盘中心点布置区域确定方法，其特征在于：

步骤一中，所述驾驶姿势参数化模型包括第5百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第50百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型、第95百分位人体尺寸驾驶姿势参数化模型；

所述方法还包括以下步骤：

步骤三、以各驾驶姿势参数化模型由步骤二计算得到的方向盘中心点布置区域之间的共有区域作为最终的方向盘中心点布置区域。

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