CN118051991A - 基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法及其应用 - Google Patents

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张健慧
祁艳峰
孙震
姜轶帆
桂文
蔡澄
陈华勇
黄平刚
尹德龙
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Abstract

本发明公开了一种基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法及其应用，通过假人模型符合人体工程学的相关参数的改变，实现假人模型模拟真人动作，得到车门饰板操控系统的预设布置空间，在预设布置空间内又针对性地剔除对于所有控制元件而言、使人体某些部位发生过度扭拐才能抵达的规避空间，最终得到目标布置空间，目标布置空间与车门内饰板的空间相交区域即为车门饰板操控系统在车门内饰板上的目标布置范围。该目标布置范围认为是基于人机工程的车门饰板操控舒适区，在该车门饰板操控舒适区内设置车门饰板操控系统，可以提升用户的操作舒适度，进而提升驾乘体验。该创建方法具有快捷、简便，可操作性强的优点。

Description

基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法及其应用
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体地指一种基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法及其应用。
背景技术
汽车的车门内饰板为连接在车门内侧的结构，其通过安装在车门内饰板上的卡扣与车门进行连接，车门内饰板上布置有车门饰板操控系统。车门饰板操控系统是控制车门玻璃及车门开闭等功能的系统。车门饰板操控系统的布置是车门饰板开发的重点，在布置设计过程中，不仅要考虑车内乘员舱空间，避免乘员舱空间沿宽度方向向内侵入太多而挤占驾乘空间，还需要考虑用户的操作舒适性，避免用户操作时手肘过度扭曲。其中，人机舒适性要求是车门饰板操控系统布置的基础。
在现有技术中，通常采用假人在目标车辆中进行试验，将假人在操作过程中、沿车辆的宽度方向在车门上的投影范围作为门饰板操控系统的优选布置范围。但是此种方式下，在投影范围的边缘位置依旧会存在假人操作不便的情况，例如肘部不正常拐折才可以触碰到某一控制元件。这样设计得到的车门饰板操控系统的布置区域不满足人机舒适性的需求，影响用户的驾乘体验。
因此，亟需提供一种新的技术方案来确定车门饰板操控系统的布置区域来避免车门饰板操控系统的优选布置范围内依旧存在操作不便范围的情况，从而满足人机舒适性需求，提高用户的驾乘体验。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法及其应用，解决通过现有技术确定的门饰板操控系统的优选布置范围内依旧存在操作不便范围的问题，达到满足人机舒适性需求的目的，从而提高用户的驾乘体验，具有效率高和精度高的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，包括以下步骤：
步骤1、获取目标车辆的结构参数，构建车辆模型；获取符合人体工程学的假人模型相关参数的初始值，基于所述车辆模型和所述假人模型相关参数的初始值构建假人模型；
步骤2、在所述假人模型相关参数的初始值基础上，控制假人模型模拟人体运动，得到预设布置空间；
步骤3、基于车门饰板操控系统的控制元件及其操作手势，控制所述假人模型对控制元件在预设布置空间内进行操作，得到预设布置空间内的规避空间；
步骤4、在所述预设布置空间内剔除所述规避空间，得到目标布置空间，所述目标布置空间与车门内饰板的空间相交区域即为车门饰板操控舒适区。
优选地，所述步骤1中，假人模型相关参数至少包括假人模型的臀点、肩点、肘点、躯干角、躯干长度；假人模型相关参数的初始值为假人模型模拟人体坐在座椅上、背部靠在椅背上的自然状态下，各相关参数的值。
优选地，所述假人模型至少包括躯干、肩、肘、前臂、后臂、手掌。
优选地，所述车辆模型至少包括汽车车门内饰板、座椅的椅座和椅背。
优选地，所述步骤2中，控制假人模型模拟人体运动是在符合人体工程学条件下，通过改变假人模型相关参数的值实现的。
优选地，所述步骤2中，预设布置空间为肩点所在的XY平面、肘点处于最低点时与肘部最下端相切的XY平面、肘部与椅背接触时前臂挥动形成的球面、前臂和后臂伸直时挥动形成的球面构成的空间；所述XY平面为沿着车辆长度方向和宽度方向组成的平面。
优选地，所述步骤3中，控制元件包括车窗控制开关、烟灰盒的开关和车门开关；控制元件的形态包括按键式、旋钮式和手拉式；控制元件的操作手势包括单指操作、三指操作和满掌操作。
优选地，所述步骤3中，规避空间为假人模型需要通过过度扭拐肢体或关节才能到达的预设布置空间内的区域。
优选地，所述过度扭拐肢体或关节的判定条件为对应部位的相关参数值超出人体工程学的范围；所述肢体或关节包括躯干、肩、肘、前臂、后臂、手掌。
上述基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法在车门饰板操控系统布置中的应用，所述车门饰板操控系统布置在所述车门饰板操控舒适区内。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明设计的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，通过假人模型符合人体工程学的相关参数的改变，实现假人模型模拟真人动作，得到车门饰板操控系统的预设布置空间，在预设布置空间内又针对性地剔除对于所有控制元件而言、使人体某些部位发生过度扭曲才能抵达的规避空间，最终得到目标布置空间，将目标布置空间与车门内饰板的空间相交区域作为车门饰板操控系统在车门内饰板上的目标布置范围，该目标布置范围认为是基于人机工程的车门饰板操控舒适区，在车门饰板操控舒适区内设置车门饰板操控系统。通过此方法找到的目标布置范围内不会存在操作不便的范围，可以提升用户的操作舒适度，进而提升驾乘体验，该创建方法快捷、简便，可操作性强。
(2)该方法能在车门饰板操作系统布置过程中，提高布置精度和效率，有效保证操作舒适性，达到减少试装验证费用，缩短车门饰板操作系统布置开发周期的目的。
附图说明
图1为本发明中假人模型的示意图；
图2为本发明中假人模型及预设布置空间的示意图；
图3为本发明中假人模型和车门内饰板模型的示意图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合附图和具体实施方式进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施方式。
本发明提供的一种基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，包括以下步骤：
1)获取目标车辆的结构参数，构建车辆模型；获取符合人体工程学的假人模型相关参数的初始值，基于车辆模型和假人模型相关参数的初始值构建假人模型；假人模型相关参数至少包括臀点、肩点、肘点、躯干角、躯干长度；假人模型相关参数的初始值为假人模型模拟人体坐在座椅上且背靠椅背的自然状态下，各相关参数的值；车辆模型至少包括汽车车门内饰板、座椅的椅座和椅背；假人模型至少包括躯干、肩、肘、前臂、后臂、手掌。
具体地，车辆模型和假人模型使用三维软件构建得到。
其中，假人模型如图1所示，图中，1-1为臀点，1-2为躯干角α，1-3为躯干长度L，1-4为肩点，1-5为肘点。
确定假人模型相关参数初始值的过程具体为：首先确定臀点位置，臀点的位置坐标为(X0,Y0,Z0)，其中，X轴为车辆的长度方向，Y轴为车辆的宽度方向，Z轴为车辆的高度方向。按照符合SAEJ833的AM95假人尺寸，躯干角的取值范围为15°≤α≤25°，躯干长度及肩宽基于人体工程学，分别取值为480mm和376mm。肩点位置坐标为(X1,Y1,Z1)。因此，在不同的躯干角(15°≤α≤25°)下，肩点位置坐标的计算公式如下所示：
X1＝X0+480sinα
Y1＝Y0+188
Z1＝Z0+480cosα；
符合人体工程学下，肘点位置坐标(X2,Y2,Z2)在以肩点位置坐标(X1,Y1,Z1)为中心，半径为300mm的球面上，因此基于肩点位置坐标计算肘点位置坐标的计算公式如下所示：
(X2-X1)2+(Y2-Y1)2+(Z2-Z1)2＝90000
确定臀点位置坐标、肘点位置坐标、肩点位置坐标后，查找满足人体工程学对应的前臂长度、后臂长度、手掌大小，至此得到假人模型模拟人体坐在座椅上的自然状态，这些部位可以通过改变对应的相关参数的值大小控制其模拟人体各种姿势运动，例如弯曲前臂、摆动前臂。
车辆模型可以只构建车门内饰板部分以及座椅部分，车门内饰板部分设于假人模型一侧，假人模型坐在座椅上，车辆模型根据目标车辆的各结构参数得到，依据实际的车辆设计要求为准，将初始相关参数和车辆模型参数确定好后，意味着车辆和人体各结构的初始对应位置即可确定。
2)在相关参数的初始值的基础上，基于人体工程学，改变若干个假人模型相关参数的值以控制假人模型模拟人体进行运动，得到预设布置空间；预设布置空间为肩点所在的XY平面、肘点处于最低点时与肘部最下端相切的XY平面、肘部与椅背接触时前臂挥动形成的球面、前臂和后臂伸直时挥动形成的球面构成的空间；其中，XY平面为沿着车辆长度方向和宽度方向组成的平面。
如图2所示，根据人机舒适性，肩点1-4为人体不管以什么姿态坐在座椅上，肩点的最高位置。在符合人体工程学的前提下，改变假人模型的各种参数使假人模拟真人动作，例如在不同躯干角下，使肩部、肘部、前臂、后臂进行不同幅度的动作。在动作过程中得到肩点1-4、肘点最低点2-1以及在该状态下的肘部最下端，进而得到过肩点的XY平面2-3、肘点处于最低点时与肘下端相切的XY平面2-4、肘部抵在座椅靠背处时前臂挥动形成的球面2-5、以及前臂和后臂均伸直时挥动形成的球面2-6。其中，过肩点1-4所在的XY平面2-3为预设布置空间沿车身高度方向的最高临界、肘点处于最低点时与肘部最下端相切的XY平面2-4为预设布置空间沿车身高度方向的最低临界、肘部与椅背接触时前臂挥动形成的球面2-5为预设布置空间沿车辆长度方向的最靠内临界、后臂伸直且前臂伸直时挥动形成的球面2-6为预设布置空间沿车辆长度方向的最靠外临界。
3)获取车门饰板操控系统包含的若干个控制元件以及各控制元件的形态，基于各控制元件的形态，得到操作每个控制元件时所需的操作手势，在假人模型的躯干、肩、肘、前臂、后臂均符合人体工程学的前提下，控制其手掌执行对应的操作手势，得到各控制元件在预设布置空间内对应的规避空间。
由于车门饰板操控系统包括若干个不同控制元件，每个控制元件在不同的车型上设计的结构不同，即控制元件的形态不同，包括按键式、旋钮式和手拉式，例如车窗控制开关、烟灰盒的开关通常为按键式，车门开关通常为手拉式。控制元件的结构不同，对应的操作手势也不相同。其中，对于按键式的控制元件，人体需采用单指操作；对于旋钮式的控制元件，人体需采用三指操作；对于手拉式的控制元件，人体需采用满掌操作。因此，在得到预设布置空间后，本发明还考虑到车门饰板操控系统设置的控制元件的操作手势不同，提供更具有针对性、更准确的布置方式。
具体地，根据目标车辆的车门饰板操控系统的具体设计要求，得到车门饰板操控系统包含的若干个控制元件，以及各控制元件的形态，根据上述内容得到操作每个控制元件时所需的操作手势，在假人模型的躯干、肩、肘、前臂、后臂均符合人体工程学的前提下，进行操作试验，具体的操作试验过程为：
对于车门饰板操控系统内的每个控制元件，控制假人模型的手掌输出该控制元件对应的操作手势，在该操作手势下，将需要通过过度扭拐肘部、或肩部等身体某些部位才能到达的预设布置空间内的区域认定为该控制元件对应的规避空间，其中，过度扭拐身体某些部位的判定条件为对应部位的相关参数值超出人体工程学的范围。以上述方式对所有控制元件进行试验，得到所有控制元件的规避空间。
4)在预设布置空间内剔除所有控制元件对应的规避空间，得到目标布置空间，目标布置空间与车门内饰板的空间相交区域即为车门饰板操控舒适区。
上述车门饰板操控舒适区即为车门饰板操控系统在车门内饰板上的目标布置范围，在这个目标布置范围内布置车门饰板操控系统，在驾乘人员进行控制时，无需身体某些部位发生过度扭曲，操作舒适，可以满足人体工程学，如图3所示，其中2-7就是目标布置范围。
本发明提出的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，该方法通过建立人体模型，确定人体模型相对于车辆的若干个初始相关参数，基于初始相关参数，得到肘点、肩点、手臂的可运动范围，根据肘点、肩点、手臂的可运动范围，得到一个预设布置空间，在这个预设布置空间内，再通过改变人体模型的操作手势得到不同控制元件对应的规避区域，规避区域即为在预设布置空间内不符合人机舒适性的区域，将所有控制元件的规避区域在所述预设布置空间内进行剔除，即可得到符合人机舒适性的车门饰板操控系统的布置区域。该方案基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，不仅考虑了人机工程，还将不同控制元件的不同操作手势考虑在内，在预设布置空间内对每个不同控制元件对应的不符合人机舒适性的区域进行剔除，最终得到的车门饰板操控系统的布置区域可保证用户在进行控制操作时方便、舒适，以此方式设计出的车门饰板操控系统大大优化了用户的驾乘体验。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (10)

1.一种基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、获取目标车辆的结构参数，构建车辆模型；获取符合人体工程学的假人模型相关参数的初始值，基于所述车辆模型和所述假人模型相关参数的初始值构建假人模型；
步骤2、在所述假人模型相关参数的初始值基础上，控制假人模型模拟人体运动，得到预设布置空间；
步骤3、基于车门饰板操控系统的控制元件及其操作手势，控制所述假人模型对控制元件在预设布置空间内进行操作，得到预设布置空间内的规避空间；
步骤4、在所述预设布置空间内剔除所述规避空间，得到目标布置空间，所述目标布置空间与车门内饰板的空间相交区域即为车门饰板操控舒适区。
2.根据权利要求1所述的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，其特征在于：所述步骤1中，假人模型相关参数至少包括假人模型的臀点、肩点、肘点、躯干角、躯干长度；假人模型相关参数的初始值为假人模型模拟人体坐在座椅上、背部靠在椅背上的自然状态下，各相关参数的值。
3.根据权利要求2所述的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，其特征在于：所述假人模型至少包括躯干、肩、肘、前臂、后臂、手掌。
4.根据权利要求3所述的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，其特征在于：所述车辆模型至少包括汽车车门内饰板、座椅的椅座和椅背。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，其特征在于：所述步骤2中，控制假人模型模拟人体运动是在符合人体工程学条件下，通过改变假人模型相关参数的值实现的。
6.根据权利要求5所述的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，其特征在于：所述步骤2中，预设布置空间为肩点所在的XY平面、肘点处于最低点时与肘部最下端相切的XY平面、肘部与椅背接触时前臂挥动形成的球面、前臂和后臂伸直时挥动形成的球面构成的空间；所述XY平面为沿着车辆长度方向和宽度方向组成的平面。
7.根据权利要求6所述的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，其特征在于：所述步骤3中，控制元件包括车窗控制开关、烟灰盒的开关和车门开关；控制元件的形态包括按键式、旋钮式和手拉式；控制元件的操作手势包括单指操作、三指操作和满掌操作。
8.根据权利要求7所述的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，其特征在于：所述步骤3中，规避空间为假人模型需要通过过度扭拐肢体或关节才能到达的预设布置空间内的区域。
9.根据权利要求8所述的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法，其特征在于：所述过度扭拐肢体或关节的判定条件为对应部位的相关参数值超出人体工程学的范围；所述肢体或关节包括躯干、肩、肘、前臂、后臂、手掌。
10.权利要求1-9任意一项所述的基于人机工程的车门饰板操控舒适区的创建方法在车门饰板操控系统布置中的应用，其特征在于：所述车门饰板操控系统布置在所述车门饰板操控舒适区内。
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