CN114091174A - 一种适用于中国人体生理特征的副仪表板边界的设定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法，属于汽车布置设计技术领域，该方法根据车型的定位及竞品数据的对标设定整车坐标系中驾驶员坐高H30‑1，根据整车宽度设定驾驶员宽度方向的Y坐标W20‑1；并确定确定地板的位置，驾驶员座椅参考点(SgRP‑1)的X坐标及驾驶员驾驶状态下的躯干角度(A40‑1)，设定驾驶员座椅参考点(SgRP‑1)的调整范围及确定驾驶员的头部空间等；并通过综合分析中国人体生理特征，基于RAMSIS软件创建包含目标用户群体中所有身材类别的3D人体模型，并且模拟驾驶员日常生活的驾驶场景，生成不同场景下驾驶员的腿部包络，将腿部包络作为副仪表板的宽度边界，确保副仪表板宽度能满足绝大多数中国人体的驾乘需求。

Description

一种适用于中国人体生理特征的副仪表板边界的设定方法
技术领域
本发明属于汽车布置设计技术领域，具体涉及一种适用于中国人体生理特征的副仪表板边界的设定方法。
背景技术
随着社会不断发展，追求内部空间最大化是汽车开发主要目的之一。副仪表板宽度太小，影响汽车视觉上的豪华感，副仪表板宽度太大会影响驾驶员和副驾驶员的腿部空间，在驾驶过程中甚至会出现硌腿现象，怎么合理设定副仪表板的宽度是汽车概念设计阶段重要任务之一。
副仪表板边界的可行性分析工作和汽车人机工程学息息相关，但人机工程学起源于欧美发达国家，尤其是美国，针对人机工程学做了大量的测绘分析和基础研究工作。目前绝大多数车企沿用的SAE相关标准为美国制定。但由于基因和种族的差异，欧美和中国人体有明显的区别，欧美身材高大，下半身长，中国人体身高较低，上半身较长，完全套用欧美经验公式并不完全适用中国人体。
在类似文献(CN 112284202 A)中介绍了一种车内乘坐空间参数测量的装置和方法，该专利包括了假人模型、安装骨架、坐姿高度测量及R点定位尺、腿部空间测量尺、头部空间测量尺及肩肘臀内部空间测量尺。通过该专利可以确定假人在车中的位置，可以测量驾驶员的腿部空间，从而确定副驾驶员的边界，但该专利可以理解为在SAE相关标准基础上做的改良设计，并不能完全适用于中国人体。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的边界方法，该方法通过综合分析中国人体生理特征，基于RAMSIS软件创建包含目标用户群体中所有身材类别的3D人体模型，并且模拟驾驶员日常生活的驾驶场景，生成不同场景下驾驶员的腿部包络，将腿部包络作为副仪表板的宽度边界，确保副仪表板宽度能满足绝大多数中国人体的驾乘需求。
本发明通过如下技术方案实现：
一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法，具体包括如下步骤：
步骤一：根据车型的定位及竞品数据的对标设定整车坐标系中驾驶员坐高H30-1，根据整车宽度设定驾驶员宽度方向的Y坐标W20-1；
步骤二：根据车辆整车高度(H101)和离地间隙(H156)以及底盘件的布置，确定地板的位置，再根据地毯和脚垫厚度确定驾驶员踵点的位置；
步骤三：根据经验公式设定驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的X坐标及驾驶员驾驶状态下的躯干角度(A40-1)；
步骤四：参照对标车，初步设定驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的调整范围；并根据顶棚位置，确定驾驶员的头部空间(H61-1)；根据经验公式确定方向盘的位置和调整范围；
步骤五：通过综合分析中国人体生理特征，基于RAMSIS软件创建包含目标用户群体中所有身材类别的3D人体模型；
步骤六：根据设定的踏点位置、踵点位置、转向盘手握区域和顶棚位置，约束3D人体模型，模拟实际驾驶工况及休息场景计算中国人体驾驶姿态N次，提取驾驶员腿部包络数据；将所得驾驶员腿部包络数据的合集作为驾驶员所需最小腿部空间；并将腿部空间向外偏移30mm的安全间隙，即为副仪表板宽度方向的边界条件。
进一步地，步骤一具体如下：根据车型定位及相对于竞品的产品力，确定整车尺寸。轿车驾驶员坐高H30-1设定为220-300mm，SUV H30-1设定为300-400mm；根据初期定义的整车宽度定义驾驶员Y坐标W20-1，设定驾驶员Y坐标W20-1与整车宽度的比例为19％-21％。
进一步地，步骤二具体如下：整车的离地间隙通常与车型有关，轿车满载离地间隙H156＞120mm，SUV满载离地间隙＞160mm；离地间隙确定后进行底盘件布置，底盘件包括悬架系统、制动系统、燃油系统，底盘件的布置需满足离地间隙要求；设定地板面与底盘件保留10mm的安全间隙，地板表面覆盖地毯层，地毯层按30mm厚度设定，踵点在地毯上有5mm压缩量，经过尺寸链的推导可得到踵点高度方向的位置。
进一步地，步骤三具体如下：参考SAE经验公式确定驾驶员踏点至座椅参考点X向距离L99-1，确定驾驶员座椅参考点的X坐标：
L99-1＝913.7+0.672316X(H30-1)-0.00195530X(H30-1)(H30-1)
驾驶员躯干靠背角：
A40-1＝-0.024X(H30-1)+30°；±1.5°；
人体确定后，可得到驾驶员踏点数据。
进一步地，步骤四具体如下：座椅参考点的调整范围参考对标车设定，座椅参考点前方调整范围：向前200mm，向后40mm；向上30mm，向下20mm；
汽车顶棚位置与整车高度相关，带天窗配置的顶棚与车顶距离通常为80mm，不带天窗的顶棚与车顶距离通常为40mm；
驾驶员头部空间H61-1参考SAE定义，轿车＞950mm，SUV＞965mm；
参考经验公式确定方向盘的位置：
方向盘中心SWC的X坐标相对于踏点的计算公式如下：
轿车(200＜H30＜300)SWCx＝(-0.0029*(H30-1)2+0.9392*(H30-1)+500)±10；
SUV(300＜H30＜400)SWCx＝(-0.0029*(H30-1)2+0.9392*(H30-1)+515)±10；
方向盘中心SWC的Z坐标相对于座椅参考点的计算公式如下：
轿车(200＜H30＜300)SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+443.96)±10；
SUV(300＜H30＜400)SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+449)±10；
方向盘高度方向的调整范围设定为上下各30mm。
进一步地，所述步骤五具体包括如下过程：
基于RAMSIS软件参考确定的驾驶员坐高、驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的范围、方向盘位置、地板高度和顶棚高度确定驾驶员姿态，综合考虑目标用户的性别、身高、身材比例、腰围，创建驾驶员3D人体模型，包括中国地区各类人体模型共90类。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明基于RAMSIS软件创建90类中国人体模型，通过模拟实际驾驶工况生成人体的驾驶姿势及座椅参考点坐标。
2、本发明的适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法进行车辆开发更适用于中国人体，有助于提高驾驶舒适性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法的流程图。
具体实施方式
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
实施例1
一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法，具体包括如下步骤：
步骤一：根据车型的定位及竞品数据的对标设定整车坐标系中驾驶员坐高H30-1，根据整车宽度设定驾驶员宽度方向的Y坐标W20-1；
步骤二：根据车辆整车高度(H101)和离地间隙(H156)以及底盘件的布置，确定地板的位置，再根据地毯和脚垫厚度确定驾驶员踵点的位置；
步骤三：根据经验公式设定驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的X坐标及驾驶员驾驶状态下的躯干角度(A40-1)；
步骤四：参照对标车，初步设定驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的调整范围；并根据顶棚位置，确定驾驶员的头部空间(H61-1)；根据经验公式确定方向盘的位置和调整范围；
步骤五：通过综合分析中国人体生理特征，基于RAMSIS软件创建包含目标用户群体中所有身材类别的3D人体模型；
步骤六：根据设定的踏点位置、踵点位置、转向盘手握区域和顶棚位置，约束3D人体模型，模拟实际驾驶工况及休息场景计算中国人体驾驶姿态N次，提取驾驶员腿部包络数据；将所得驾驶员腿部包络数据的合集作为驾驶员所需最小腿部空间；并将腿部空间向外偏移30mm的安全间隙，即为副仪表板宽度方向的边界条件。
步骤一具体如下：根据车型定位及相对于竞品的产品力，确定整车尺寸。轿车驾驶员坐高H30-1设定为220-300mm，SUV H30-1设定为300-400mm；根据初期定义的整车宽度定义驾驶员Y坐标W20-1，设定驾驶员Y坐标W20-1与整车宽度的比例为19％-21％。
步骤二具体如下：整车的离地间隙通常与车型有关，轿车满载离地间隙H156＞120mm，SUV满载离地间隙＞160mm；离地间隙确定后进行底盘件布置，底盘件包括悬架系统、制动系统、燃油系统，底盘件的布置需满足离地间隙要求；设定地板面与底盘件保留10mm的安全间隙，地板表面覆盖地毯层，地毯层按30mm厚度设定，踵点在地毯上有5mm压缩量，经过尺寸链的推导可得到踵点高度方向的位置。
步骤三具体如下：参考SAE经验公式确定驾驶员踏点至座椅参考点X向距离L99-1，确定驾驶员座椅参考点的X坐标：
L99-1＝913.7+0.672316X(H30-1)-0.00195530X(H30-1)(H30-1)
驾驶员躯干靠背角：
A40-1＝-0.024X(H30-1)+30°；±1.5°；
人体确定后，可得到驾驶员踏点数据。
步骤四具体如下：座椅参考点的调整范围参考对标车设定，座椅参考点前方调整范围：向前200mm，向后40mm；向上30mm，向下20mm；
汽车顶棚位置与整车高度相关，带天窗配置的顶棚与车顶距离通常为80mm，不带天窗的顶棚与车顶距离通常为40mm；
驾驶员头部空间H61-1参考SAE定义，轿车＞950mm，SUV＞965mm；
参考经验公式确定方向盘的位置：
方向盘中心SWC的X坐标相对于踏点的计算公式如下：
轿车(200＜H30＜300)SWCx＝(-0.0029*(H30-1)2+0.9392*(H30-1)+500)±10；
SUV(300＜H30＜400)SWCx＝(-0.0029*(H30-1)2+0.9392*(H30-1)+515)±10；
方向盘中心SWC的Z坐标相对于座椅参考点的计算公式如下：
轿车(200＜H30＜300)SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+443.96)±10；
SUV(300＜H30＜400)SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+449)±10；
方向盘高度方向的调整范围设定为上下各30mm；
所述步骤五具体包括如下过程：
基于RAMSIS软件参考确定的驾驶员坐高、驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的范围、方向盘位置、地板高度和顶棚高度确定驾驶员姿态，综合考虑目标用户的性别、身高、身材比例、腰围，创建驾驶员3D人体模型，包括中国地区各类人体模型共90类。
实施例2
一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法，具体包括如下步骤：
第一步：
某车型初期定义为紧凑型轿车，整车尺寸为4810*1840*1455mm；
坐高H30-1为260mm，驾驶员Y坐标W20-1为365(365/1840＝19.84％)；
第二步：
某车型满载最小离地间隙120mm，油箱与地板间隙10mm，地毯厚度30mm踵点压缩量5mm；驾驶员踵点Z坐标推导出为978；
第三步：
参考SAE经验公式踏点到H点的X向距离为：
L99-1＝913.7+0.672316X(260)-0.00195530X(260)(260)＝956.3；
前排驾驶员靠背角为：
A40-1＝-0.024X(H30-1)+30°＝23.76°；
最后定义为25°；
第四步：
某车型座椅选用成熟骨架向前可调200mm，向后可调40mm；向上可调34mm，向下可调22mm；
第五步：
某车型(带天窗)顶棚厚度为72mm，前排头部空间H61-1为955mm；
方向盘中心SWC的X坐标相对于踏点的计算值为：
SWCx＝(-0.0029*(H30-1)2+0.9392*(H30-1)+500)＝548；
SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+449)＝379.5；
实际值SWCx＝550SWCz＝381；
实际值与计算值基本符合；
借用成熟的转向柱向上调节25mm，向下调节26mm；
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一：根据车型的定位及竞品数据的对标设定整车坐标系中驾驶员坐高H30-1，根据整车宽度设定驾驶员宽度方向的Y坐标W20-1；
步骤二：根据车辆整车高度(H101)和离地间隙(H156)以及底盘件的布置，确定地板的位置，再根据地毯和脚垫厚度确定驾驶员踵点的位置；
步骤三：根据经验公式设定驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的X坐标及驾驶员驾驶状态下的躯干角度(A40-1)；
步骤四：参照对标车，初步设定驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的调整范围；并根据顶棚位置，确定驾驶员的头部空间(H61-1)；根据经验公式确定方向盘的位置和调整范围；
步骤五：通过综合分析中国人体生理特征，基于RAMSIS软件创建包含目标用户群体中所有身材类别的3D人体模型；
步骤六：根据设定的踏点位置、踵点位置、转向盘手握区域和顶棚位置，约束3D人体模型，模拟实际驾驶工况及休息场景计算中国人体驾驶姿态N次，提取驾驶员腿部包络数据；将所得驾驶员腿部包络数据的合集作为驾驶员所需最小腿部空间；并将腿部空间向外偏移30mm的安全间隙，即为副仪表板宽度方向的边界条件。
2.如权利要求1所述的一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法，其特征在于，步骤一具体如下：根据车型定位及相对于竞品的产品力，确定整车尺寸。轿车驾驶员坐高H30-1设定为220-300mm，SUV H30-1设定为300-400mm；根据初期定义的整车宽度定义驾驶员Y坐标W20-1，设定驾驶员Y坐标W20-1与整车宽度的比例为19％-21％。
3.如权利要求1所述的一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法，其特征在于，步骤二具体如下：整车的离地间隙通常与车型有关，轿车满载离地间隙H156＞120mm，SUV满载离地间隙＞160mm；离地间隙确定后进行底盘件布置，底盘件包括悬架系统、制动系统、燃油系统，底盘件的布置需满足离地间隙要求；设定地板面与底盘件保留10mm的安全间隙，地板表面覆盖地毯层，地毯层按30mm厚度设定，踵点在地毯上有5mm压缩量，经过尺寸链的推导可得到踵点高度方向的位置。
4.如权利要求1所述的一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法，其特征在于，步骤三具体如下：参考SAE经验公式确定驾驶员踏点至座椅参考点X向距离L99-1，确定驾驶员座椅参考点的X坐标：
L99-1＝913.7+0.672316X(H30-1)-0.00195530X(H30-1)(H30-1)
驾驶员躯干靠背角：
A40-1＝-0.024X(H30-1)+30°；±1.5°；
人体确定后，可得到驾驶员踏点数据。
5.如权利要求1所述的一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法，其特征在于，步骤四具体如下：座椅参考点的调整范围参考对标车设定，座椅参考点前方调整范围：向前200mm，向后40mm；向上30mm，向下20mm；
汽车顶棚位置与整车高度相关，带天窗配置的顶棚与车顶距离通常为80mm，不带天窗的顶棚与车顶距离通常为40mm；
驾驶员头部空间H61-1参考SAE定义，轿车＞950mm，SUV＞965mm；
参考经验公式确定方向盘的位置：
方向盘中心SWC的X坐标相对于踏点的计算公式如下：
轿车(200＜H30＜300)SWCx＝(-0.0029*(H30-1)2+0.9392*(H30-1)+500)±10；
SUV(300＜H30＜400)SWCx＝(-0.0029*(H30-1)2+0.9392*(H30-1)+515)±10；
方向盘中心SWC的Z坐标相对于座椅参考点的计算公式如下：
轿车(200＜H30＜300)SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+443.96)±10；
SUV(300＜H30＜400)SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+449)±10；
方向盘高度方向的调整范围设定为上下各30mm。
6.如权利要求1所述的一种适用于中国人体生理特征的副仪表板尺寸的设定方法，其特征在于，所述步骤五具体包括如下过程：
基于RAMSIS软件参考确定的驾驶员坐高、驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的范围、方向盘位置、地板高度和顶棚高度确定驾驶员姿态，综合考虑目标用户的性别、身高、身材比例、腰围，创建驾驶员3D人体模型，包括中国地区各类人体模型共90类。
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