基于RAMSIS的乘用车方向盘中心点研究

罗兴来，王隆宇，刘殿科，祝铂，何法，康程鹏，张超



基于RAMSIS的乘用车方向盘中心点研究

罗兴来，王隆宇，刘殿科，祝铂，何法，康程鹏，张超

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

以某些车型的歇脚板、地毯和加速踏板为基础数据，针对不同坐姿高度的A类车型，采用RAMSIS软件自动摆放95%的中国人群，获得不同的方向盘中心点位置，以此为研究对象，推导出方向盘中心点相对座椅参考点（SgRP）的X和Z向位置与座椅高度（H30）的关系式，对方向盘中心点的位置确定提供了一种有效方式，为汽车总布置的假人摆放和逆向工程提供了有力的工具。

RAMSIS；乘用车；方向盘中心；总布置；座椅参考点；舒适性

前言

影响驾驶姿势的主要部件包括方向盘、座椅、踏板等，其中方向盘的位置驾驶员的驾驶姿势调整较为重要[1]。在总布置根据基础数据摆放驾驶员人体模型并确定其人体姿态的过程中，确定方向盘中心位置变得至关重要。由于方向盘中心的Y向位置与座椅参考点Y向位置相近，若能确定驾驶员方向盘中心与座椅参考点的X和Z向位置关系，即可确定方向盘中心的位置。

1 方向盘中心和座椅参考点

1.1 方向盘中心

汽车方向盘一般是通过花键与转向轴相连，其作用是将驾驶员作用到转向盘边缘上的力转变为转矩后传递给转向轴[2]。传统意义的方向盘主要由骨架、发泡组成，高级些的乘用车会有外表缝皮、主驾驶气囊DAB、多功能开关等。而方向盘中心（SWC）是指向管柱轴线与方向盘上轮缘平面的交点，如图1所示。

图1 方向盘中心示意图

1.2 座椅参考点（SgRP）

座椅参考点（SgRP）是由制造商建立的特定的、唯一的H点，作为给定的座椅设计参考点指定座位位置，模拟人体大腿和躯干的位置。虽然可调座椅在其设计H点移动路线中有许多设计H点，但仅有一个H点定义为任意座椅位置的SgRP点[3]，如图2所示。

图2 座椅参考点（SgRP）位置示意图

2 基于RAMSIS寻求方向盘中心点

根据车型投放的目标市场、地域差异及潜在客户人群年龄段，建立合适的人体模型。应用RAMSIS建立95%群体的18-60岁中国最新人体模型[4]。以H30为265mm为例，通过RAMSIS软件摆放人体模型，通过歇脚板、加速踏板和H30约束人体模型，获得人体舒适性较高时双手的虎口点坐标如图3所示，并依次摆放表1中20款车型。

图3 RAMSIS摆放假人示意图

表1 某些车型的L’和H’值

在手握方向盘的侧视图中，可以近似地认为方向盘中心点的X、Z坐标与双手的虎口点的X、Z坐标相同，进而获得人体舒适性较高时的方向盘中心点的参数，如表1所示，其中L’为方向盘中心点到SgRP的X向距离，H’为方向盘中心点到SgRP的Z向距离。

RAMSIS模拟完成后，按照模拟结果数据调整对应车型方向盘中心，组织专业主观评价团队进行评价后，模拟结果为舒适合理位置。

3 拟合方向盘中心点坐标公式

3.1 二次函数拟合

（2）

3.2 方向盘中心坐标拟合

根据表1中车型的H30、L’和H’的参数值，并采用3.1二次函数拟合公式，应用matlab软件拟合出SWC到SgRP的X向距离图像，如图4所示，并计算得出方向盘中心（SWC）到座椅参考点（SgRP）的X向距离与座椅高度（H30）的关系式，如式（3）所示。

应用matlab软件拟合出SWC与SgRP的Z向距离图像，如图5所示，并计算得出方向盘中心（SWC）到座椅参考点（SgRP）的Z向距离与座椅高度（H30）的关系式，如式（4）所示。

图4 SWC到SgRP的X向距离

在汽车研发过程中，常常通过摆人机假人的形式来确定已有数据车型的驾驶员坐姿，在操作过程中难免会有误差，因此，本文确定SWC到SgRP的X向距离L’和SWC到SgRP的Z向距离H’的误差均为±5mm。即式（3）可以改写成式L’的上限形式L’U和下限形式L’L，如式（5）所示。式（4）可以改写成式H’的上限形式H’U和下限形式H’L，如式（6）所示。

（6）

图6 SWC到SgRP的X向距离的上下限

图7 SWC到SgRP的Z向距离的上下限

在MATLAB中绘制式（5）和式（6），得到如图（6）和图（7）所示的图像。

4 结束语

本文以某些车型的歇脚板、地毯和加速踏板为基础数据，应用RAMSIS软件摆放最新95%的中国人的人体模型，并获得方向盘中心点位置，应用matlab软件推导出方向盘中心点相对座椅参考点（SgRP）的X和Z向位置与座椅高度（H30）的关系式，并确定其误差，为总布置在摆放人体假人的过程中提供了较有力的参考价值。

[1] 赵以恒,黄锟,孔祥任,等.基于磁流变液的线控转向力反馈装置探究[J].电子制作,2018(9):71-73.

[2] 于杰.汽车方向盘发展趋势及新技术的研究[J].汽车零部件,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] 赵斌.基于RAMSIS的A级车人机工程优化设计[D].吉林大学, 2016.

[5] 万梦华,柳俊,范玲玲,等.基于MATLAB工程实验数据拟合与分析[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

罗兴来，工程师，本科，就职于华晨汽车工程研究院，从事整车设计开发研究工作。

U463.4

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1671-7988(2019)07-131-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.044