第十届河南省汽车工程技术研讨会作者简介何二宝（1985．5），男，灵宝人，硕士，助工，研究方向为车辆动力学。电话：158****0715，E-mail：heerbao-heb＠163．corn。张永杰，男，郑州人，学士，助工，研究方向为整车底盘结构及布置。电话：135****26，E-mail：znazhangyon画ie＠163．com。ＨＮＳＡＥｌ３０２６基于ＣＡＴＩＡ的驾驶员手伸及界面校核研究高鹏飞杭磊海马轿车有限公司河南郑州４５００１６【摘要】本文详细介绍了驾驶员手伸及界面的产生机理及创建过程，同时运用ＣＡＴＩＡ建立了驾驶员手伸及界面。详细介绍了在ＣＡＴＩＡ中驾驶员手伸及界面的创建过程。同时对某车型驾驶室操纵件进行布置校核分析。从而为整车驾驶室操纵件布置提供设计参考。【关键词】ＣＡＴＩＡ，驾驶员手伸及界面，驾驶室，操纵件布置，校核分析Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｄｒｉｖｅｒｈａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｒｅａｃｈｅｎｖｅｌｏｐｅｓａｎｄｈｏｗｔｈｅｄｒｉｖｅｒｈａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｒｅａｃｈｅｎｖｅｌｏｐｅｓｔｏｕｒａｒｅｔＯｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｍ．Ｗｈｉｌｅｃｏｎ—ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈＣＡＴＩＡ，ａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｒｅａｔｉｎｇ．ＴｈｅｎｗｅｃｈｅｃｋｅｄｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅｈａｎｄｒｅａｃｈｅｎｖｅｌｏｐｒｅｆｅｒｓｔＯｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｋｎｏｂｆａｃｅ．Ｔｈｅｒｅｂｙａｃｔｕａｔｉｎｇａｒｒａｎｇｅｄｆｏｒｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｃａｂａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓｐｒｏｖｉｄｅｓｄｅｓｉｇｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＡＴＩＡ，Ｄｒｉｖｅｒｈａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｒｅａｃｈｅｎｖｅｌｏｐｅ，Ｃａｂ，Ｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｅｍｂｅｒｄｉｓｐｏｓｅｄ，ＶｅｒｉｆｙＡｎａｌｙｓｉｓ１前言在整车布置中，驾驶舱内各个控制按钮和控制杆的布置，都需要考虑驾驶员或其他乘员是否能够触及到，并且操作方便省力。这就需要对驾驶员手伸及界面进行校核，一般的做法是使用ＵＧ软件自带的汽车总布置包来完成，由于ＵＧ软件的高度集成性所以我们只需按软件提示输入整车参数即可得到需要的驾驶员及手伸界面。但是对其产生机理我们并不知道，本文基于相关法规标准利用ＣＡＴＩＡ三维软件对驾驶员手伸及界面进行仿真研究，通过还原其创建过程，来探寻其产生机理。２驾驶员手伸及界面的概念关于汽车驾驶员手伸及界面的应用，国际标准化组织已经制定了有关标准，具体有标准ＳＡＥＪ２８７和ＩＳＯ３９５８—１９９６。其中国际标准ＩＳＯ３９５８对车内操作杆件、控制按钮、开关等的合理布置及检验作了详细的说明，对指导汽车车身内部布置具有重要的意义。汽车驾驶员的手伸及界面是指驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅中、身系三点式安全带、一手握方向盘时另一手能伸及的最大空间界面。驾驶员手伸及界面数据是在实验室内手伸及界面测量台上测得的，测量杆的手接触端采用的是一个２５ｍｍ的三指抓捏式操纵扭件。见图１所示。因此在利用手伸及界面对车内操作扭件进行伸及性校核时，应根据操作扭件的型式进行一定的修正。如指点式扭件的伸及范围应比抓捏式的往前加长５０ｍｍ，手推式扭件的伸及范围应比抓捏式的往后缩短５０ｍｍ。试验结果表明，驾驶员手伸及界面是形如椭球形的空间曲面。如图１所示。图中２、５曲线为左、右手最大操作范围；１、６曲线为左、右手正常操作范围。３影响驾驶员手伸及界面的相关因素驾驶员在正常坐姿下，由于安全带的约束、踵点支承及方向盘的，其最大伸及空间曲面——手伸及界面一方面与驾驶员自身的伸及能力有关，另一方面还必然与驾驶室的内部设计尺寸有关。对于驾驶员自身的伸及能力的影响可通过选择各种百分位身材和不同男女驾驶员比例的办法加以考虑。而驾驶室内部设计尺寸对手伸及界面的影响需要利用多元统计分析理论来反映。研究证明，对手伸及界面有显著影响的驾驶室内部尺寸在分析初期可取以下的七项（见图３所示）：●Ｈ３０——Ｈ点到驾驶员踵点的垂直距离，ｍｍ●Ｌ５３——Ｈ点到驾驶员踵点的水平距离，ｍｍ●Ａ４０——座椅靠背倾角，ｄｅｇ●Ｗ９——转向盘最大直径，ｍｍ●Ａ１８——转向盘倾角，ｄｅｇ●Ｌ１１——驾驶员踵点到转向盘中心的水平距离，ｍｍ●Ｈ１７——驾驶员踵点到转向盘中心的垂直距离，ｍｍ●Ａ４２——躯干与大腿夹角，ｄｅｇ图１手伸及界面测■台示意图以上这些尺寸因车而异，所以是变量。对于这类变量问题，工程中常用因子分析法来找寻出反映上述尺寸影响的综合因子，在此我们称为驾驶室综合因子Ｇ。通过一系列的处理过程，我们可以得到驾驶室综合因子Ｇ（ＴｈｅＧｅｎｅｒａｌＰａｃｋａｇｅＦａｃｔｏｒ）表达式为：Ｇ＝Ｏ．００１８×Ｈ３０—Ｏ．０１９７×Ａ４０＋Ｏ．００２７×Ｗ９＋Ｏ．０１０６×Ａ１８一Ｏ．００１１×Ｌｌｌ＋０．００２４×Ｈ１７＋Ｏ．００２７×Ａ４２—３．０８５３（１），，一《《一－￡～ｆ，。、１Ｌ睾鞯丁圈２坐姿操作范围田３驾驶员手伸硬界面尺寸代码圈４驾驶员手伸及界面的数学表达为了便于使用，驾驶员手伸及界面的数据已列成了表格。根据驾驶室尺寸综合因子Ｇ值的大小和使用车辆的男女驾驶员的比例不同，ＳＡＥＪ２８７共列出了２１张表格。因为Ｇ值分为７档，男女驾驶员眼的比例分为三种，所以每张表格对应着一定范围的Ｇ０４３第十届河南省汽车工程技术研讨会值和确定的驾驶员比例。其中七档Ｇ值是：Ｇ＜一１．２５，一１．２４＜Ｇ＜一０．７５，一０．７４＜Ｇ＜一０．２５，一０．２４＜Ｇ＜０．２４，０．２５＜Ｇ＜０．７４，０．７５＜Ｇ＜１．２７，Ｇ＞１．２５。三种男女驾驶员的比例分别是５０／５０，７５／２５，９０／ｌＯ。每张表格以表１—１的形式给出。表中手伸及界面的Ｇ取值：一ｏ．７４＜Ｇ＜一０．２５，男女驾驶员比例为５０／５０。表１Ｈ＾旧Ｒｆ．ＡＣＨｏＦＪ置ＴＲＡＪＭＩＯ手伸及界面数学描述列表举例ＶＥＨＩＣＬＥＲＡＮＧＥ：ｆ－０．７４（Ｇ‘·Ｏ．葛）ＰＯＰＵＬＡＴＩＯＮＭＩＸ：ｒ，ｏＲｏＭＡＬＥＳ－ＴＯ－ＦＥＭＡＬＥＳ．．苎工１９ＮＡ斜ＬＥＶＥＬ…．．ＥＬＥＨ删町．ＴＨ‘！些ＥＬ钟‘ＤＥ矍！ｌＢＥＳＶ诵爵ｉ黼ＲＥＶＩＲＤ５０％ＦＥＭＡＬＥ２－ＲＥｓＴＲ＾·Ｈｉ．……Ｖ几ＣＯＭＦＯＳＥＯＯＦ５ａ％ＭＡＬＥＡＮＯ。．苎世．登掣奠曼ｃ苎舭札啪ＥＯＦＴＨＥ帅ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ粤衅竺坠Ｌ＿曼坠苎上！啊凹ＤＯＦＯＰＥＲＡＴＯＲＰＬＡＮＥＡＴＳＴＡＴＩＯＮＳＬＯＣＡＴＥＯＬＩＯＩＡＮＤＡＴＥＬＥＶＡＴＩＯＮＳ＾９０ｖＥｔ¨ＥＯＦＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥＯＦＡＤＲＩｖＥ··ｓ－·Ｅ＾Ｒ·ＮＧＡＴＹＰＥＩｃＲＥ从＿澍ＬＡＴＥＲ．‰１堂！翌星竺器，未慧郇品拶ｃ喘：ｍ¨”蝎轮＂””＂们螂一一Ｓ“一“一５“一．＿｜｜Ｉ馨ｌｍｍｍｍｍ州％的∞““¨¨ｍ踟Ⅲ抛纵上ｍ‰ｍ‰咏６●３ｈ钆“ｍ晰ｍⅢⅢｍ∞∞∞∞的碡铊２：舱２；２；“骗暑三啪ｍ川川啪Ⅲ锄泖』Ⅲｍ∽Ⅲ泓ｍ∞”弘。：蝎ｍ卅ｍ啪２｝…㈣Ⅲ弘¨尝五罢Ｉ引釜兰业ｍ三；ⅢⅢⅢ……螂ｍｍ兰｜Ⅲｍ¨矧她鳖＝＝竺＝＝％燮：童篡三：篡ｗ掣川啪…懈川—～～型竺＝：＝篡＝～竖＝三＝＝：～５驾驶员手伸及界面的基准面定位５．１基准面的定义同眼椭圆、头部轮廓线一样，驾驶员手伸及界面也有自身的坐标系。在高度方向上，手伸及界面的零线位于通过Ｈ点的水平面上，向上为正，向下为负。在左右方向上，其零线位于通过Ｈ点的纵向垂直平面上，驾驶员左侧为正，右侧为负。在汽车前后方向上，与加速踏板踵点后方水平距离为ｄ处，有一表示手伸及界面的ＨＲ基准面。ＨＲ基准面至手伸及界面之间个点的水平距离表示了驾驶员在不同高度及左右方向上的最大可伸及距离。５．２定位基准面的过程在车身坐标系中定位手伸及界面也就是相当于定位ＨＲ基准面。其具体过程如下：ａ．测量出被检验车辆驾驶室的一下几项尺寸：Ｈ３０、Ａ４０、Ｗ９、Ａ１８、Ｌ１１、Ｈ１７、Ａ４２。各符号意义如前述。ｂ．根据公式（１）算出驾驶室尺寸综合因子Ｇ。Ｃ．按下述公式算出基准面ＨＲ离踵点的距离ｄ（单位为ｒａｍ）：ｄ＝７８６—９９×Ｇ（ｍｍ）若（ｄ－－Ｌ５３）ｄ０，则基准面ＨＲ位于加速踏板踵点后方ｄ处。若（ｄ—Ｌ５３）＞０，则基准面ＨＲ位于ＳｇＲＰ处。ｄ．在基准面ＨＲ上找到手伸及界面自身坐标系原点，定位手伸及界面。圈４基准面定义６用ＣＡＴＩＡ生成驾驶员手伸及界面并进行校核下面以某车型为例，利用ＣＡＴＩＡ的曲面建模功能来实际模拟驾驶员手伸及界面。６．１查出要校核车型的Ａ１８／Ｗ９／Ａ４０／Ｈ３０／Ａ４２／川７／Ｌ１１／Ｌ５３这几个尺寸经测量某车型这几个尺寸如表２所示：裹２某车型的尽寸尺寸代码Ａ１８尺寸名称数值（。）（ｒａｍ）（。）（ｒａｍ）３５３８０２０３９０７３６９６．６６９３．９２８６转向盘倾角转向盘最大直径座椅靠背倾角ＳｇＲＰ点到ＡＨＰ点的垂直距离ｗ９Ａ４０Ｈ３０Ｌ５３Ａ４２Ｈ１７Ｌ１１ＳｇＲＰ点到ＡＨＰ点的水平距离（ｒａｍ）躯干与大腿夹角ＡＨＰ到转向盘中心的垂直距离ＡＨＰ到转向盘中心的水平距离（。）（ｒａｍ）（ｒａｍ）０４４第十届河南省汽车工程技术研讨会６．２根据公式（１）算出驾驶室尺寸综合因子Ｇ将上表所列各值带入公式（１）可计算出Ｇ＝０．２３１２８。考虑到某车型的使用情况，确定男女驾驶员比例为７５／２５。故根据Ｇ值查找标准ＳＡＥＪ２８７可得到下表３，表格中所描述的是９５％人体的驾驶员身系三点式安全带，三指呈捏式的手伸及界面。裹３９５％人体驾驶员身系三点式安全带三指呈捏式的平伸及界面ＴＡＢＬＥｌｌＨＡＮＤ■ＥＮ■．－薯删Ｈ∞ＶＥＨＩＣＬＥＲＡＮＧＥ：Ｉ－０．２４＜０＜．０．２４）ＰＯＰＵＬＡＴＩＯＮＭＩＸ：７１Ｖ２ＳＭＡＬＥＳ－ＴＯ－ＦＥＭＡＬＥＳ…ｄｍ一¨４哺订博“ｎｃ：¨“ｍｍ一¨埔６３”一悖－：¨∞匏ｄ幻“¨“拍４¨埔¨．：”射ｅＯ悖¨５憎¨¨引３ｅＢ它３２＾３懈．：”一¨．：博佴＂ｎ甜３‘¨∞¨“¨叭‰Ｏ７２的｜：神堙盯ｎ¨ｄ¨—＂ｄ＂“的培蛇撞垤一叭叭“舱ｌ：幻“¨ｔ：弱ｄ姑幻¨弱拈＂＝＝¨＂蝎硒踮Ｏ３３Ｏ”¨姑¨ｄ∞一订暑；‘：”一¨．：弱ｄ舱．：拍“酾西¨ｄ一ｅ吣ｎ¨．：舱．：＝：“舶ｏ‰跏‰蛳泓‰‰‰‰‰叭＂门¨一站一¨“盯罐”ｄ盯矗＂ｄ”堙鼬．：：２ｄ；。∞的巾舶ｄ铃ｏ铋一舳一”塘盯｜：盯订”巾¨巧踮一¨一＂一３，冉６ｌ３２∞“”．２“。’‘３，，＂¨＂¨暑ｌ的¨黔竹铃¨¨”胎∞博Ｏ柚●●Ｐ眙坩”ｄ¨ｍ¨塘¨“∞ｌ：幻ｍ钳“∞一‰３９３５舱矗”４约一幻一”“”．：”ｏ叭“”巾ｒ＝一拍盯盯拍＂钙孙＂”盯”¨竹¨∞２：¨．：¨一¨．＝¨ｄ”矗弛ｆ：引ｄ”．：黔一８‘ｑ＂８２‘：ｅ“觞ｄ觞矗黔．：¨“∞巧弛订引∞Ｏ５ＩＳ叭小蜘蛳叭吩婚黪‰纷蛳“ｄＪ，＂一＂订¨一∞矗¨一Ｏ窖６矗订羔五兰五篙五盟甓芑一¨ｄ＂培∞山¨．：５，＂饵ｍ９－钉订¨４６．３利用ＣＡＴＩＡ创建驾驶员手伸及界面综合ＨＲ基准面的确定和数学描述中对应表格３，由于（ｄ—Ｌ５３）＞ｏ，则基准面ＨＲ位于ＳｇＲＰ点处。所以在绘制时以Ｈ点为坐标原点，以表３中所列数据进行描点，然后将点用曲线连接，绘制出如下图５所示的手伸及界面。将图５中的线用曲面填充就形成了图６中所示的驾驶员手伸及界面曲面，该曲面表示的是驾驶员三指呈捏式的手伸及区域。由三指抓捏式的手伸界面，可绘制出一指控制或手掌控制的手伸界面，一指控制的界面向外延伸５０ｒａｍ，手掌控制的界面向内缩短５０ｒａｍ，见下图７和图８所示。７布置和校核布置设计时，操纵扭件应在手伸及界面之内。即在相应的高度和侧向距离上，布置扭件的位置距基准面的距离值应不大于表格中的数据，即相对Ｘ坐标。校核时，测量出被测实车中操纵扭件在上述坐标系中的坐标值，并将操纵扭件距ＨＲ面的距离值与表格中对应的数据比较，若前者不大于后者，则认为该扭件布置合理，操纵时能伸及。否则认为不合理，需重新布置该扭件。将某车型数模导入到ＣＡＴＩＡ中进行校核，可以看出换挡手柄、手刹、遮阳板等都在手握式最大手伸及界面以内，所以该布置合格，如图９所示。田５手伸及界面圈６驾驶员手伸及界面曲面圈７一指控翩或手掌控翻的手伸界面同理，组合开关，空调调节旋钮，收音机旋钮、内后视镜等都在三指抓捏式最大手伸及界面以内，所以该布置也合格，见图１０所示。同理·空调通风口调节开关，ＣＤ机按钮、玻璃升降器按钮等都在一指式最大手伸及界面以内，因此该布置合格，见下图１１所示。８结束语本文详细介绍了驾驶员手伸及界面的产生机理及创建过程，详细描述了利用ＣＡＴＩＡ创建驾驶员手伸及界面的过程，虽然用ＣＡＴＩＡ创建手伸界面比较复杂，但是能帮助我们加深对法规的理解。同时利用某车型数据进行实际校核分析，对该车型的驾驶室内操纵扭件的布置具有一定的指导意义。０４５第＂ｔ－届河南省汽车工程技术研讨会圈８三种状态圈９手掌控制界面圈１０三指抓捏式控制界面圈１１一指控制式控镧界面参考文献［１］王望予．汽车设计（第４版）［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４Ｆｚ］周一鸣，毛恩荣编著．车辆人机工程学．北京：北京理工大学出版社，１９９２．１２［－３］ＳＡＥＪ２８７ＳＵＲＦＡＣＥＶＥＨＩＣＬＥＲＥＣＯＭＭＥＮＤＥＤＰＲＡＣＴＩＣＥ，ＪＵＮ８８［４］ｉｓｏ３９５８Ｐａｓｓｅｎｇｅｒｃａｒｓ－－Ｄｒｉｖｅｒｈａｎｄ—ｃｏｎｔｒｏｌｒｅａｃｈ。１９９６作者简介高鹏飞（1985．2），男，学士，助工，从事汽车整车布置设计。电话：158****7968，E-mail：gaopf2009＠126．eom。杭磊（1985．I），男，河南郑州人，学士，整车设计工程师。电话：150****2733，E-mail：hanglei0123＠126．tom。ＨＮＳＡＥｌ３０２７四轮定位前束角与前束值的换算方法郑中磊张纲领张显河南郑州４５１４５０郑州日产汽车有限公司【摘要】本文主要介绍了如何在轮胎规格已知的情况下，实施四轮定位前束角与前束值的换算。【关键词】四轮定位，前柬角，前束值，换算，轮胎规格Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂｅｔｗｅｅｎＴｏｅ－ｉｎａｎｇｌｅａｎｄＴｏｅ－－ｉｎｖａｌｕｅｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｙｒｅｔｙｐｅｉｓｋｎｏｗｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｏｕｒ—ｗｈｅｅｌａｌｉｇｎｍｅｎｔ，Ｔｏｅ—ｉｎａｎｇｌｅ，Ｔｏｅ—ｉｎｖａｌｕｅ，Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，Ｔｙｒｅｔｙｐｅ汽车前轮前束是一项重要的四轮定位参数，其反映两前轮与转向轮轴线的相对关系，能消除由于外倾角所产生的轮胎侧滑。正前束太大，使轮胎外侧磨损，胎纹磨损形式为羽毛状。负前束太大，使轮胎内侧磨损，胎纹磨损形式也为羽毛状。前束过大或为零前束和负前束都会使车轮在地面上出现边滚边滑的现象，从而增加汽车的行驶阻力及轮胎的磨损，造成汽车操纵稳定性能变差。在实际的应用当中，其定义有两种形式：ａ．前束角：从汽车上方俯视，轮胎的中心线与汽车的纵向中心线之间的夹角。右（左）侧车轮中心线和汽车的纵向中心线的夹角叫右（左）前束角，简称右（左）前束。右前束和左前柬之和叫总前束。Ｌ１１如图１中的角ｐ。ｂ．前束值：从车辆正前方看，在两轮轴高度相同的情况下，左右车轮中心线的后端距离Ａ和前端．岔距离Ｂ的差称为前柬值。［２３如图１中Ａ—Ｂ。在实际的工作中，往往需要对两种形式进行换算，本文下面就如何在轮胎规格已知的情况下，实施四轮定位前柬角与前束值的换算进行简要的介绍。１前束角与前束值的换算关系如图１所示，角６为前束角，单位为分，Ｄ为轮胎外径，单位为ｍｍ，前束值为Ａ—Ｂ，单位为ｍｍ。沿车轮中心线前端做一垂线，构成一个辅助三角形，顶角为昔，则有：ｓｉｎ（ＩＩ×６／１８０×６０×２）２ｌ／Ｄ；因８很小，故有：ｓｉｎ（１７×１３／１８０×６０×２）≈ＩＩ×８／１８０×６０Ｘ２；（２）（１）７．陀（３）故（１）式可以转化为：Ⅱ×８／１８０Ｘ６０Ｘ２＝１／Ｄ；弋换算可得：２１＝（ＩＩＸＤ／１８０Ｘ６０）ＸＢ；（４）圈Ｉ前来角由图１可知，Ａ—Ｂ－－－－２１，故有：Ａ－－Ｂ＝（ｆｉＸＤ／１８０Ｘ６０）Ｘ８；（５）（５）式即为前柬角ｐ与前束值Ａ—Ｂ的换算关系。由（５）式可知。只需要知道轮胎的外径值，便可实现前束角和前束值之间的换算。那么如何计算轮胎的外径值呢？实际当中，我们往往知道轮胎的规格，下面简要介绍如何从轮胎的规格计算轮胎的外径。２轮胎外径计算２．１轿车轮胎规格代码及含义图２为轿车轮胎规格示例：２．２轮胎尺寸标记的含义充气轮胎尺寸的标记如图３所示。Ｄ为轮胎外径，ｄ为轮胎内经，Ｈ为轮胎断面高度，Ｂ为轮胎断面宽度。轮胎断面高度Ｈ与宽度Ｂ之比称之为轮胎的高宽比（以百分比表示），即（Ｈ／Ｂ）Ｘ１００％，又称作轮胎的扁平率。［４３（１）Ｉｉｌｌ嚏ｌｍ，）ｏ删１１１＇ｅＷ）ｏ■■椭一圮。蜘糠ｏ＾■麟。馥髑圈２轿车轮胎规格示侧０４６
