基于RAMSIS的乘用車方向盤中心點研究

羅興來，王隆宇，劉殿科，祝鉑，何法，康程鵬，張超

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基于RAMSIS的乘用車方向盤中心點研究

羅興來，王隆宇，劉殿科，祝鉑，何法，康程鵬，張超

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

以某些車型的歇腳板、地毯和加速踏板為基礎數據，針對不同坐姿高度的A類車型，采用RAMSIS軟件自動擺放95%的中國人群，獲得不同的方向盤中心點位置，以此為研究對象，推導出方向盤中心點相對座椅參考點（SgRP）的X和Z向位置與座椅高度（H30）的關系式，對方向盤中心點的位置確定提供了一種有效方式，為汽車總布置的假人擺放和逆向工程提供了有力的工具。

RAMSIS；乘用車；方向盤中心；總布置；座椅參考點；舒適性

前言

影響駕駛姿勢的主要部件包括方向盤、座椅、踏板等，其中方向盤的位置駕駛員的駕駛姿勢調整較為重要[1]。在總布置根據基礎數據擺放駕駛員人體模型并確定其人體姿態的過程中，確定方向盤中心位置變得至關重要。由于方向盤中心的Y向位置與座椅參考點Y向位置相近，若能確定駕駛員方向盤中心與座椅參考點的X和Z向位置關系，即可確定方向盤中心的位置。

1 方向盤中心和座椅參考點

1.1 方向盤中心

汽車方向盤一般是通過花鍵與轉向軸相連，其作用是將駕駛員作用到轉向盤邊緣上的力轉變為轉矩后傳遞給轉向軸[2]。傳統意義的方向盤主要由骨架、發泡組成，高級些的乘用車會有外表縫皮、主駕駛氣囊DAB、多功能開關等。而方向盤中心（SWC）是指向管柱軸線與方向盤上輪緣平面的交點，如圖1所示。

圖1 方向盤中心示意圖

1.2 座椅參考點（SgRP）

座椅參考點（SgRP）是由制造商建立的特定的、唯一的H點，作為給定的座椅設計參考點指定座位位置，模擬人體大腿和軀干的位置。雖然可調座椅在其設計H點移動路線中有許多設計H點，但僅有一個H點定義為任意座椅位置的SgRP點[3]，如圖2所示。

圖2 座椅參考點（SgRP）位置示意圖

2 基于RAMSIS尋求方向盤中心點

根據車型投放的目標市場、地域差異及潛在客戶人群年齡段，建立合適的人體模型。應用RAMSIS建立95%群體的18-60歲中國最新人體模型[4]。以H30為265mm為例，通過RAMSIS軟件擺放人體模型，通過歇腳板、加速踏板和H30約束人體模型，獲得人體舒適性較高時雙手的虎口點坐標如圖3所示，并依次擺放表1中20款車型。

圖3 RAMSIS擺放假人示意圖

表1 某些車型的L’和H’值

在手握方向盤的側視圖中，可以近似地認為方向盤中心點的X、Z坐標與雙手的虎口點的X、Z坐標相同，進而獲得人體舒適性較高時的方向盤中心點的參數，如表1所示，其中L’為方向盤中心點到SgRP的X向距離，H’為方向盤中心點到SgRP的Z向距離。

RAMSIS模擬完成后，按照模擬結果數據調整對應車型方向盤中心，組織專業主觀評價團隊進行評價后，模擬結果為舒適合理位置。

3 擬合方向盤中心點坐標公式

3.1 二次函數擬合

（2）

3.2 方向盤中心坐標擬合

根據表1中車型的H30、L’和H’的參數值，并采用3.1二次函數擬合公式，應用matlab軟件擬合出SWC到SgRP的X向距離圖像，如圖4所示，并計算得出方向盤中心（SWC）到座椅參考點（SgRP）的X向距離與座椅高度（H30）的關系式，如式（3）所示。

應用matlab軟件擬合出SWC與SgRP的Z向距離圖像，如圖5所示，并計算得出方向盤中心（SWC）到座椅參考點（SgRP）的Z向距離與座椅高度（H30）的關系式，如式（4）所示。

圖4 SWC到SgRP的X向距離

在汽車研發過程中，常常通過擺人機假人的形式來確定已有數據車型的駕駛員坐姿，在操作過程中難免會有誤差，因此，本文確定SWC到SgRP的X向距離L’和SWC到SgRP的Z向距離H’的誤差均為±5mm。即式（3）可以改寫成式L’的上限形式L’U和下限形式L’L，如式（5）所示。式（4）可以改寫成式H’的上限形式H’U和下限形式H’L，如式（6）所示。

（6）

圖6 SWC到SgRP的X向距離的上下限

圖7 SWC到SgRP的Z向距離的上下限

在MATLAB中繪制式（5）和式（6），得到如圖（6）和圖（7）所示的圖像。

4 結束語

本文以某些車型的歇腳板、地毯和加速踏板為基礎數據，應用RAMSIS軟件擺放最新95%的中國人的人體模型，并獲得方向盤中心點位置，應用matlab軟件推導出方向盤中心點相對座椅參考點（SgRP）的X和Z向位置與座椅高度（H30）的關系式，并確定其誤差，為總布置在擺放人體假人的過程中提供了較有力的參考價值。

[1] 趙以恒,黃錕,孔祥任,等.基于磁流變液的線控轉向力反饋裝置探究[J].電子制作,2018(9):71-73.

[2] 于杰.汽車方向盤發展趨勢及新技術的研究[J].汽車零部件,2017 (10):84-85.

[3] Chen H K, Zhao X G, Sun S Y, et al. PLS-CCA heterogeneous features fusion-based low-resolution human detection method for outdoor video surveillance[J]. International Journal of Automation & Computing,2017,14(2):1-11.

[4] 趙斌.基于RAMSIS的A級車人機工程優化設計[D].吉林大學, 2016.

[5] 萬夢華,柳俊,范玲玲,等.基于MATLAB工程實驗數據擬合與分析[J].安徽建筑, 2018(1).

Research on the definition of steering wheel center point of passenger car based on RAMSIS

Luo Xinglai, Wang Longyu, Liu Dianke, Zhu Bo, He Fa, Kang Chengpeng, Zhang Chao

（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

Based on the foot rest, carpet and accelerator pedal of a certain model, for A class models with different sitting heights, the RAMSIS software was used to automatically place 95% of the Chinese drivers, and different steering wheel center points were obtained, which was taken as the research object. The relationship between the X and Z directions of the steering wheel center point relative to the seat reference point (SgRP) and the seat height (H30) is derived, which provides an effective way to determine the position of the center point of the steering wheel and a powerful tool for dummy placement and reverse engineering of the general layout of the car.

RAMSIS; passenger vehicles;steering wheel center point; package layout; SgRP; comfort

U463.4

B

1671-7988(2019)07-131-03

羅興來，工程師，本科，就職于華晨汽車工程研究院，從事整車設計開發研究工作。

U463.4

B

1671-7988(2019)07-131-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.044