一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法技术

本发明专利技术的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法，属于汽车油门踏板技术领域，搭建了乘用车油门踏板操纵特性实时测试系统，获取了车辆行驶过程踏板操纵特性，建立了踏板行程‑车辆稳定行驶速度的关系函数、踏板行程‑踏板阻力关系函数，以油门踏板特性参数为基础，建立了驾驶员和油门踏板肌肉骨骼踏板人机工程分析模型，构建了油门踏板行程、踏板阻力以及下肢肌肉激活程度计算模型，为油门踏板设计提供了理论依据，通过该设计制造出来的油门踏板，兼具舒适性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法
本专利技术属于汽车油门踏板
，更具体来说，涉及一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法。
技术介绍
城市路况下，驾驶员需要频繁的操纵油门踏板，其人机匹配设计直接影响车辆行驶和驾驶员操纵感受，开展油门踏板的人机匹配特性研究，有利于提高汽车踏板人机设计水平，本文以乘用车油门踏板为研究对象，搭建踏板操纵实车测试系统，开展城市路况试验，得到油门踏板行程、踏板阻力以及车辆运动学信息，建立了踏板行程与踏板阻力、稳定车速之间的关系函数，建立了驾驶员-踏板操纵肌肉骨骼生物力学模型，以下肢肌肉最大激活程度为舒适客观评价指标，以踏板试验数据为仿真边界条件，基于逆向动力学的方法定量评价了踏板行程、踏板阻力对驾驶员操纵舒适性影响，研究结果为乘用车油门踏板的设计和评价提供科学依据。乘用车油门踏板作为驾驶中使用最为频繁的一个操作部件，其设计既涉及到车辆动力性又涉及到驾驶员操纵舒适性，同时油门踏板的踩踏又与行驶路面状况有紧密的联系，因此关于油门踏板的设计需要系统考虑，本文搭建了乘用车油门踏板操纵特性实时测试系统，获取了车辆行驶过程踏板操纵特性，建立了踏板行程-车辆稳定行驶速度的关系函数、踏板行程-踏板阻力关系函数，以油门踏板特性参数为基础，建立了驾驶员-油门踏板肌肉骨骼踏板人机工程分析模型，构建了油门踏板行程-踏板阻力-下肢肌肉激活程度计算模型，为油门踏板设计提供了理论依据。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于解决上述的缺陷。>2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法，设计方法包括如下步骤：S100，仿真输入；S200，油门踏板操作特性测试；S300，驾驶员及油门踏板生物力学模型建立：S400，实车油门踏板人机匹配性能评估分析。优选的，步骤S100的仿真输入数据包括：踏板行程、踏板阻力以及肌肉受力。优选的，肌肉受力计算方法为：式中，为肌肉i的激活程度(％)，可理解为当前肌肉力相对于其最大肌肉出力的百分数，Fi为肌肉i受力，(Fi)max为肌肉i能够承受的最大力，为肌肉激活程度最大值(％)。优选的，步骤S200的具体方法为：踏板阻力传感器和位置传感器提供油门踏板行程和阻力信息，陀螺仪提供油门踏板操纵过程车辆加速度信息，GPS提供车辆速度及其位置信息，数据采集卡实现对上述信息的实时同步采集，并通过网线上传至便携式计算机进行实时处理、显示和报告生成。优选的，根据车速与油门踏板的行程曲线，建立车辆稳定速度V(x)和油门行程x之间的映射函数：V(x)＝x0+Ae0.05x＝5.13+0.66e0.05x上式，20km/h≤x≤60km/h，其中系数x0起到调节踏板的初始位置作用；A用于表示加速踏板行程与车辆速度的关系。优选的，构建踏板阻力与踏板行程之间的映射函数：F(x)＝F0+λln(x+0.5)＝7.88+6.32ln(x+0.5)上式，F(x)表示踏板阻力关于踏板行程x的函数，F0表示踏板预紧力；λ表示踏板阻力的变化率。优选的，步骤S300中，依据多刚体理论，将人体下肢分为大腿段、小腿段和足部，各自通过髋关节、膝关节、踝关节相连，针对足部，从踝关节处切分，根据牛顿第二定律：针对膝关节，从踝关节出发推出：上式为膝和踝关节力矩；pA和pK分别为膝和踝关节节点，p为踏板踩踏点，pHeel为踵点；mSg和mTg分别小腿和足部重量，pS和pF分别为小腿段和足部重心位置。优选的，步骤S300中，肌肉采用经典Hill模型，在仿真过程中，肌肉系统为下肢关节提供力，优化可得：上式中，G是解决肌肉冗余问题的目标函数，其自变量为肌肉力；FM为肌肉力，为肌肉活动度；Ni为肌肉强度；R代表已知的外力和惯性力矢量，C是未知力的方程系数矩阵；指模型中第i块肌肉的肌肉力，nM指肌肉的数目。优选的，步骤S400的具体内容为，通过对踏板行程的增加，来测试下肢肌肉最大激活程度呈增加变化规律，进一步将变化规律与驾驶员下肢肌肉最大激活程度进行分析。优选的，关节采用球副分别表示髋关节屈伸、内外旋和内收和外展，膝关节的屈伸运动采用铰链表示，踝关节背屈/跖屈和内翻和外翻采用万向节表示。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)本专利技术通过试验和仿真，建立了油门踏板设计-市区车辆行驶状态-驾驶员操纵舒适性彼此之间的关系模型，为油门踏板系统设置提供参考，改善驾驶的舒适性和安全性。(2)作为乘用车油门踏板的设计，该理论与结果可进一步引申至刹车踏板和离合踏板，便于整体改善车内踏板的舒适性和安全性。附图说明图1为本专利技术的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法的测试指标示意图；图2为本专利技术的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法的乘用车踏板操纵特性测试系统架构图；图3为本专利技术的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法的踏板行程与车辆加速度之间关系图；图4为本专利技术的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法的稳定车速与踏板行程关系图；图5为本专利技术的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法的踏板阻力与踏板行程关系图；图6为本专利技术的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法的驾驶员腿部几何模型图；图7为本专利技术的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法的Hill肌肉模型图；图8为本专利技术的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法的踏板行程和踏板阻力对下肢肌肉受力图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述，附图中给出了本专利技术的若干实施例，但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例1试验选择10辆紧凑车型开展试验，所选车辆车况良好，车龄均小于2年，实验前均对车辆进行车况检查。选择3名身高172-175cm，体重在65-75kg范围内试车员。参照附图1所示，本实施例的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法，其特征在于：所述设计方法包括如下步骤：/nS100，仿真输入；/nS200，油门踏板操作特性测试；/nS300，驾驶员及油门踏板生物力学模型建立：/nS400，实车油门踏板人机匹配性能评估分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法，其特征在于：所述设计方法包括如下步骤：
S100，仿真输入；
S200，油门踏板操作特性测试；
S300，驾驶员及油门踏板生物力学模型建立：
S400，实车油门踏板人机匹配性能评估分析。


2.根据权利要求1所述的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法，其特征在于，所述步骤S100的仿真输入数据包括：踏板行程、踏板阻力以及肌肉受力。


3.根据权利要求2所述的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法，其特征在于，所述肌肉受力计算方法为：



式中，为肌肉i的激活程度(％)，可理解为当前肌肉力相对于其最大肌肉出力的百分数，Fi为肌肉i受力，(Fi)max为肌肉i能够承受的最大力，为肌肉激活程度最大值(％)。


4.根据权利要求1所述的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法，其特征在于，所述步骤S200的具体方法为：踏板阻力传感器和位置传感器提供油门踏板行程和阻力信息，陀螺仪提供油门踏板操纵过程车辆加速度信息，GPS提供车辆速度及其位置信息，数据采集卡实现对上述信息的实时同步采集，并通过网线上传至便携式计算机进行实时处理、显示和报告生成。


5.根据权利要求4所述的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法，其特征在于：根据车速与油门踏板的行程曲线，建立车辆稳定速度V(x)和油门行程x之间的映射函数：
V(x)＝x0+Ae0.05x
＝5.13+0.66e0.05x
上式，20km/h≤x≤60km/h，其中系数x0起到调节踏板的初始位置作用；A用于表示加速踏板行程与车辆速度的关系。


6.根据权利要求4所述的一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法，其特征在于：构建踏板阻力与踏板行程之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洋，魏昌坤，温兴，张刚，陈黎卿，许良元，江庆，万玲，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34