一种适于中国人体生理特点的汽车驾驶座椅行程设定方法
技术领域
本发明属于汽车总布置设计领域，特别涉及一种适用于中国人体生理特点的驾驶员座椅行程的设定方法，主要用于车辆概念设计阶段驾驶座椅行程设定。
背景技术
随着社会不断发展，汽车需求向改善性需求过渡，消费者对汽车产品的舒适性提出了更高的要求。行车过程中，驾驶员坐姿不舒适，很容易在心理和生理上产生疲劳反应，严重情况下可能会影响驾驶安全。如何保证驾驶员行车过程中获得合理、舒适的姿势已经成为车辆开发过程中重要的研究课题。
专利文献1(CN 110539824 A)中公开了一种基于驾驶状态的H点行程确定方法和装置，其确定开发车型的各个零部件布置位置、座椅H点初始位置以及相应的理论H点行程框；调整人机验证装置，直至与开发车型中各零部件布置位置、座椅H点初始位置以及相应的理论H点行程框一致；组织用户基于真实驾驶状态的验证评估，分别调整座椅至最舒适位置并记录，从而得到开发车型的所有用户的座椅H点实际位置，并根据座椅H点实际位置绘制出最佳H点行程框；将调整座椅位置或更换座椅使得最佳H点行程框位于理论H点行程框内。
专利文献2(CN 112395693 A)中公开了一种汽车前座椅行程的设定方法，在95％人体舒适性曲线上确定座椅设计基准参考点R点；将2.5％人体舒适性曲线向后平移绘制成第一曲线；通过所述R点作平行X轴的第一直线；将第一直线绕所述R点旋转角度形成第二直线；将第二直线分别向上和向下垂直移动，得到第三直线和第四直线；向前延长第三直线与2.5％人体舒适性曲线相交，形成第五直线，向后延长第四直线与第一曲线相交，形成第六直线；连接上述直线的前端、后端分别得到第二曲线和第三曲线；第二直线、第五直线、第六直线、第二曲线、第三曲线及所述R点形成汽车座椅四向调节滑轨行程。
专利文献3(CN 103425809 B)中公开了一种汽车座椅设计方法，涉及汽车
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。该方法包括步骤：S1.确定加速踏板踵点AHP以及加速踏板参考点APP，设置H点在整车坐标系中的Y向坐标，在H点Y向坐标处建立平行于XZ平面的铅垂面；S2.在铅垂面内，建立一条沿Z轴延伸且经过AHP与APP交点的线段；S3.根据驾驶员百分位、按照设定表达式对线段进行拟合，确定H点适宜位置线；根据H点适宜位置线确定汽车座椅的位置及滑移角度。在整车开发概念设计阶段，初期人体布置、空间性、视野性以及操作方便性的设定大多参考基于欧美人体尺寸建立的SAE推荐标准设定的驾驶员座椅舒适线及座椅行程框，考虑到欧美人体与中国人体生理上的差异判断由此方法设定人体硬点不一定适用于中国用户。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种适于中国人体生理特点的汽车驾驶座椅行程设定方法，结合开发车辆市场定位和现有平台资源设定整车坐标系中驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的Y坐标、轮心坐标和驾驶员踏点(BOF)坐标，通过综合分析中国人体生理特性，基于Ramsis软件创建能够包含目标用户群体中所有身材类别的人体模型，搭建整车驾驶环境模型，根据实际驾驶状态对人体进行约束并仿真计算各种身材类别的驾驶姿态，根据仿真结果生成驾驶员座椅参考点(SgRP-1)坐标，对生成的所有座椅参考点(SgRP-1)进行一次函数型拟合处理可得一条线段，以该线段为基准创建适用于中国人体的座椅行程。本发明考虑国内目标用户群体生理特点，有针对性的开发更加适用于中国人体的车辆，合理的设定驾驶座椅行程，为人体布置、关键硬点设定提供参考依据，对提升用户驾驶过程的舒适性，有助于提高驾驶舒适性和操作方便性，保证良好的驾驶姿态及驾驶安全性具有一定指导意义。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种适于中国人体生理特点的汽车驾驶座椅行程设定方法，包括以下步骤：
步骤一、结合开发车辆市场定位和现有平台资源设定整车坐标系中驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的Y坐标、轮心坐标和驾驶员踏点(BOF)坐标；
步骤二、通过综合分析中国人体生理特性，基于Ramsis软件创建包含目标用户群体中所有身材类别的人体模型；
步骤三、搭建整车驾驶环境模型，根据实际驾驶状态对人体进行约束并仿真计算各种身材类别的驾驶姿态，根据仿真结果生成驾驶员座椅参考点(SgRP-1)坐标，对生成的所有座椅参考点(SgRP-1)进行拟合处理，以拟合直线为基准创建座椅行程。
进一步地，所述步骤一具体包括以下过程：
S1.考虑开发车辆市场定位确定整车宽度(W103)，设定驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的Y坐标为整车宽度的20％；
考虑开发车辆整车高度(H101)和离地间隙(H156)在整车坐标系中确定前后轮心坐标，根据平台关键参数前轮心到踏点的X向距离(L113)确定踏点坐标。
初步确定驾驶员座高(H30-1)，即座椅参考点(SgRP-1)到踵点(AHP)的Z向高度。
S2.计算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(SgRP-1)的X坐标；
计算驾驶员座椅靠背角(A40-1)确定驾驶员驾驶状态下的躯干角度；
计算转向盘中心(SWC)的X坐标和Z坐标，并通过初期定义确定转向盘直径和调节范围可初步确定驾驶状态下驾驶员的手握区域。
进一步地，所述步骤二具体包括以下过程：
基于Ramsis软件考虑目标用户性别、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126种。
进一步地，所述步骤三具体包括以下过程：
基于概念设计阶段确定的踏点、踵点、转向盘手握区域和顶棚约束3D人体模型，模拟实际驾驶工况计算人体驾驶姿态126次并提取相应的座椅参考点(SgRP-1)；
根据上述步骤获得的126个代表中国各类人体的座椅参考点(SgRP-1)，将这些参考点进行拟合，得到拟合直线；
将拟合直线分别向上、向下平移使以上126个座椅参考点均分布在平移后的两直线之间，分别连接上下两直线端点，获得适用于中国人体的驾驶座椅行程框。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明基于Ramsis仿真软件创建126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态及座椅参考点坐标。
2、将获得的126个座椅参考点进行拟合获得一条直线，将该直线分别向上、向下移动一定距离使两直线之间包含所有的座椅参考点(SgRP-1)，分别连接两条直线端点创建考虑中国人体生理特点的驾驶座椅行程框。
3、基于本发明提出的座椅行程设定方法进行车辆开发更加适用于中国人体，有助于提高驾驶舒适性和操作方便性。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种适于中国人体生理特点的汽车驾驶座椅行程设定方法整体流程图；
图2为本发明基于Ramsis仿真软件创建的中国地区各类人体模型类别图。
具体实施方式
一种适于中国人体生理特点的汽车驾驶座椅行程设定方法，包括以下步骤：
步骤一、结合开发车辆市场定位和现有平台资源设定整车坐标系中驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的Y坐标、轮心坐标和驾驶员踏点(BOF)坐标；
步骤二、通过综合分析中国人体生理特性，基于Ramsis软件创建包含目标用户群体中所有身材类别的人体模型；
步骤三、搭建整车驾驶环境模型，根据实际驾驶状态对人体进行约束并仿真计算各种身材类别的驾驶姿态，根据仿真结果生成驾驶员座椅参考点(SgRP-1)坐标，对生成的所有座椅参考点(SgRP-1)进行拟合处理，以拟合直线为基准创建座椅行程。
进一步地，所述步骤一具体包括以下过程：
S1.考虑开发车辆市场定位确定整车宽度(W103)，设定驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的Y坐标为整车宽度的20％；
考虑开发车辆整车高度(H101)和离地间隙(H156)在整车坐标系中确定前后轮心坐标，根据平台关键参数前轮心到踏点的X向距离(L113)确定踏点坐标。
初步确定驾驶员座高(H30-1)，即座椅参考点(SgRP-1)到踵点(AHP)的Z向高度。
S2.计算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(SgRP-1)的X坐标：
L99-1＝913.7+0.672316×(H30-1)-0.00195530×(H30-1)2
计算驾驶员座椅靠背角(A40-1)确定驾驶员驾驶状态下的躯干角度：
A40-1＝-0.024×H30+30±1.5°
计算转向盘中心(SWC)的X坐标和Z坐标，并通过初期定义确定转向盘直径和调节范围可初步确定驾驶状态下驾驶员的手握区域。
转向盘中心X坐标(SWCx)相对于踏点：
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
转向盘中心Z坐标(SWCz)相对于座椅参考点：
轿车(200＜H30＜300)：
SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+443.96)±10
SUV(300＜H30＜400)：
SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+449)±10
进一步地，所述步骤二具体包括以下过程：
基于Ramsis软件考虑目标用户性别、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126种。
进一步地，所述步骤三具体包括以下过程：
基于概念设计阶段确定的踏点、踵点、转向盘手握区域和顶棚约束3D人体模型，模拟实际驾驶工况计算人体驾驶姿态126次并提取相应的座椅参考点(SgRP-1)；
根据上述步骤获得的126个代表中国各类人体的座椅参考点(SgRP-1)，将这些参考点进行拟合，得到拟合直线；
将拟合直线分别向上、向下平移使以上126个座椅参考点均分布在平移后的两直线之间，分别连接上下两直线端点，获得适用于中国人体的驾驶座椅行程框。
实施例
如图1所示，一种适于中国人体生理特点的汽车驾驶座椅行程设定方法，主要涉及中国人体特点分析和人体模型创建，驾驶姿态仿真计算以及汽车驾驶座椅行程设定，其步骤如下：
考虑开发车辆市场定位确定整车宽度(W103)，通常设定驾驶员座椅参考点(SgRP-1)的Y坐标为整车宽度的20％，参考乘员舱空间和零件布置微调。
考虑开发车辆整车高度(H101)和离地间隙(H156)在整车坐标系中确定前后轮心坐标，根据平台关键参数前轮心到踏点的X向距离(L113)确定踏点坐标。
综合考虑开发车辆的市场定位、现有平台资源等因素初步确定驾驶员座高(H30-1)，即座椅参考点(SgRP-1)到踵点(AHP)的Z向高度，通常轿车座高240～260mm、SUV座高310～350mm。
计算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(SgRP-1)的X坐标：
L99-1＝913.7+0.672316×(H30-1)-0.00195530×(H30-1)2
计算驾驶员座椅靠背角(A40-1)确定驾驶员驾驶状态下的躯干角度：
A40-1＝-0.024×H30+30±1.5°
计算转向盘中心(SWC)的X坐标和Z坐标，并通过初期定义确定转向盘直径和调节范围可初步确定驾驶状态下驾驶员的手握区域。
转向盘中心X坐标(SWCx)相对于踏点：
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
转向盘中心Z坐标(SWCz)相对于座椅参考点：
轿车(200＜H30＜300)：
SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+443.96)±10
SUV(300＜H30＜400)：
SWCz＝(-0.2674*(H30-1)+449)±10
基于Ramsis软件综合考虑目标用户性别、身高、身材比例(上半身与下半身比例)、腰围等维度创建驾驶员3D人体模型，包括中国地区各类人体模型共126种，如图2所示。
基于概念设计阶段确定的踏点、踵点、转向盘手握区域和顶棚约束3D人体模型，模拟实际驾驶工况计算人体驾驶姿态126次并提取相应的座椅参考点(SgRP-1)。
根据上述步骤获得的126个代表中国各类人体的座椅参考点(SgRP-1)，将这些参考点进行拟合可得到一条直线。
将拟合直线分别向上、向下平移使以上126个座椅参考点均分布在平移后的两直线之间，分别连接上下两直线端点，获得适用于中国人体的驾驶座椅行程框。
