一种人机台架的可调节踏板及控制评价方法

1.本发明涉及一种可调节踏板的控制评价方法，具体为一种用于人机台架 的可调节踏板，属于汽车人机工程技术领域。


背景技术：

2.汽车踏板设计是整车开发过程中汽车人机工程设计的基础，其设计参数 对于整车开发具有重要影响和意义，良好的踏板设计能够较好地保证驾驶员 驾驶过程中的操作方便性，操作安全性以及姿势舒适性。然而，在车辆开发 初期往往缺乏方便、快速便捷的评估手段来进行评价。
3.以往的汽车踏板设计的验证主要有两种方式：一种是利用计算机虚拟平 台进行仿真设计实验评价；另一种是样件试制验证。前者优点在于大大的缩 减了设计时间，但在实验方案上有诸多限制条件，难以调和虚拟实验和真实 实验上的差距；后者优点在于实验验证准确度高，很好的模拟了实车环境， 但缺点在于：(1)样件试制成本高，且不同车型需要制作不同样件导致成本 进一步升高，(2)样件的设计试制周期长，严重制约了整车的开发时间。
4.样件试制验证通常在人机台架中进行，人机验证台架是柔性的、各个部 位可以调节的、能够通过调节再现所设计车型参数的，其一般用于验证驾驶 和乘坐的各种人机工效。通过调节，使得台架上面的各种人机工程尺寸和相 关的布置尺寸发生变化，从而实现不同的设计效果；而车型的差异往往就体 现在这些尺寸的变化上面。此外，人机验证台架还通常可以方便地更换上面 的内饰件，主要就是更换上面的座椅，从而实现不同的座椅的乘坐效果的验 证；而对于诸如方向盘、踏板、换挡等系统，常常将其设计成可调节的来实 现使用中的设计参数变化。采用人机验证台架的优势就在于省去或者大大减 少了物理模型的制作，减少了开发周期，降低了成本；人机验证台架一次投 资，可以反复使用，可以验证不同车型或者同一车型的不同方案，灵活、方 便，还能进行各种科学研究和探索，目前这对于我国企业普遍开始的自主开 发设计是非常有利的。
5.设计中，对于不同车型，踏板自身设计参数(蹄片角度、中心高度、旋 转臂长度、旋转中心高度、转动行程、初始踏板力、踩踏过程中的用力梯度 等)通常不同，设计新车型的时候常常需要改进这些参数来获得更好的驾驶 舒适性和操纵方便性。由于历史原因，我国的车型设计参数很多都是来自国 外车型的数据，这对于我国驾驶人群并不太适合，从而影响驾驶舒适性。近 年来，国内自主车企逐步掌握了设计方法之后越来越多地直接根据中国人的 尺寸和各种特性来进行精益设计，这就需要做一些实验来验证设计，或者找 到有助于提高操纵舒适性、方便性的设计规律。无论哪一种情况，在进行验 证或是实验的时候，如果能够通过实验装置的充分变化来反映不同的设计参 数的变化，就能够实现通过实验找出规律或者进行验证的目的。这就需要所 采用的实验装置能够实现踏板设计参数的变化。
6.但是，目前人机验证台架上很多用的是根据汽车实车踏板改装的踏板， 不适合用于验证各种车型相关人机工效因素、车型相关设计因素对于人机工 效和其他设计因素之
间关系的目的。


技术实现要素：

7.(一)解决的技术问题
8.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于人机台架的可调 节踏板，以解决现有技术中人机验证台架上很多用的是根据汽车实车踏板改 装的踏板，不适合用于验证各种车型相关人机工效因素、车型相关设计因素 对于人机工效和其他设计因素之间关系的问题。
9.(二)技术方案
10.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于人机台 架的可调节踏板，包括底座，所述底座一侧固定连接有角度传感器底座，所 述角度传感器底座内部固定连接有角度传感器，所述底座一侧设置有竖向滑 道，所述竖向滑道内部设置有圆柱销，所述底座与竖向滑道之间通过圆柱销 转动连接，所述角度传感器另一侧转动连接有传动辊轮，所述传动辊轮的数 量设置为两个，另外一个所述传动辊轮固定连接于圆柱销外侧，所述竖向滑 道内部滑动连接有踏板臂，所述竖向滑道与踏板臂之间通过紧固螺栓连接， 所述底座内部螺纹连接有x向限位螺栓，所述底座一侧设置有限位机构x向 弹力限位机构。
11.优选地，所述限位机构x向弹力限位机构包括圆形限位螺母，所述圆形 限位螺母内部固定连接有t形卡销，所述t形卡销外侧固定连接有弹簧垫片， 所述t形卡销外侧设置有弹簧，所述t形卡销贯穿底座并与底座滑动连接， 所述t形卡销铰接于竖向滑道另一侧。
12.优选地，所述踏板臂一端固定连接有踏板蹄片，所述踏板蹄片一侧固定 连接有测力传感器。
13.一种可调节踏板的控制方法，包括以下步骤：
14.s1、首先以车身地板平面为基准，将踏板通过底座安装于相应的车身或 者人机台架上；
15.s2、对于踏板x向行程调节，旋扭x向限位螺栓向后移动至所需位置改 变，踩踏时竖向滑道碰到x向限位螺栓停止，即实现了x向行程调节；
16.s3、对于踏板臂的z向行程调节，旋扭踏板臂上的紧固螺栓即可将踏板 臂锁止于所需位置；
17.s4、对于踏板力的调节，当踩踏踏板时，受到x向弹力限位机构的反力 作用产生相应的踏板力，通过旋扭圆形限位螺母来改变弹簧的预压缩量来改 变踏板力；
18.s5、对于踏板蹄片角度的调节，旋扭踏板蹄片上的紧固螺栓即可将踏板 蹄片锁止于所需位置；
19.s6、对于踏板旋转中心位置的调节，将底座固定到一个三向可调节基座 上面，则能够实现旋转中心位置三项变化的验证。
20.一种可调节踏板进行的综合评价方法，包括以下步骤：
21.s1、将可调节踏板安装于人机台架上，比对实验台架与驾驶座舱参数布 置对实验台架参数进行相应调节；
22.s2、邀请评价人员以驾驶姿态坐于驾驶台架上，对腿、脚部舒适性、可 操纵性进行
打分评价；
23.s3、建立评价模型，建立模糊层次评价矩阵确定舒适性、操纵方便性得 分评价模型权重，模糊层次第一层为舒适性、操纵性综合得分，第二层准则 层为操纵性m和舒适性c，第三层方案层为大腿、小腿、脚部；
24.s4、对腿、脚部舒适性、操纵方便性进行综合定量评价：
25.sum＝αdc+βdm[0026][0027][0028]
其中，sum为腿部、脚部舒适性、操纵方便性综合评分，dc为舒适性加 权总得分，dm为操纵性加权总得分，α为舒适性得分权重，β操纵方便性得 分权重，wi为各部位舒适性得分权重，wi为各部位操纵性得分权重，，s
coc
为各肢体部位舒适性得分，s
com
为各肢体部位操纵方便性得分。
[0029]
本发明提供了一种人机台架的可调节踏板及控制评价方法，其具备的有 益效果如下：
[0030]
本发明通过z向滑槽及紧固螺栓来调节踏板臂z向行程，通过x向弹力 限位机构来调节踏板x向行程，通过踏板蹄片上的螺栓来调节踏板蹄片角度， 通过调节弹簧预紧力来调节踏板力，同时连接传动齿轮的角度传感器和踏板 蹄片上的测力传感器可以实时分别测量角度、力学数据。装置结构简单，制 造快速，易于安装，调整踏板位置、角度、行程、中心位置等各项参数方便 快捷，可适用于不同车型踏板的操纵方便性、舒适性验证和开发需求。
附图说明
[0031]
图1为本发明的整体结构示意图；
[0032]
图2为本发明踏板臂结构示意图；
[0033]
图3为本发明圆形限位螺母结构示意图；
[0034]
图4为本发明的一种用于人机台架的可调节踏板的正视图；
[0035]
图5为本发明的一种用于人机台架的可调节踏板的侧视图；图6为本发明的评价模型示意图。
[0036]
图中：1、底座；2、角度传感器底座；3、角度传感器；4、圆柱销；5、 传动辊轮；6、竖向滑道；7、x向限位螺栓；8、踏板臂；9、x向弹力限位机 构；10、踏板蹄片；11、测力传感器；12、圆形限位螺母；13、t形卡销；14、 弹簧；15、弹簧垫片。
具体实施方式
[0037]
本发明实施例提供一种用于人机台架的可调节踏板。
[0038]
请参阅图1和图2，包括底座1，底座1一侧固定连接有角度传感器底座 2，角度传感器底座2内部固定连接有角度传感器3，底座1一侧设置有竖向 滑道6，竖向滑道6内部设置有圆柱销4，底座1与竖向滑道6之间通过圆柱 销4转动连接，角度传感器3另一侧转动连接有传动辊轮5，传动辊轮5的数 量设置为两个，另外一个传动辊轮5固定连接于圆柱销4外
侧，竖向滑道6 内部滑动连接有踏板臂8，竖向滑道6与踏板臂8之间通过紧固螺栓连接，底 座1内部螺纹连接有x向限位螺栓7。
[0039]
具体地：由于底座1与角度传感器底座2固定连接，底座1与竖向滑道6 通过圆柱销4连接，使得竖向滑道6可以绕着圆柱销4转动；由于角度传感 器3与角度传感器底座2固定连接，并通过轴与其中一个传动辊轮5连接， 另外一个传动辊轮5与圆柱销4连接，进而其中一个传动辊轮5可以随着圆 柱销4和竖向滑道6一同转动，将踏板蹄片10转动角度传递给角度传感器3， 由于竖向滑道6通过紧固螺栓与踏板臂8相连，同时踏板臂8滑动连接于竖 向滑道6内部，进而踏板臂8可沿着竖向滑道6向滑动，旋扭紧固螺栓可以 锁止踏板臂8，由于x向限位螺栓7螺纹连接于底座1上，进而可以通过转动 x向限位螺栓7以此来控制踏板蹄片10x正向行程；由于x向x向弹力限位机 构9一端与底座1相连，另一端与竖向滑道6相连，踏板蹄片10与踏板臂8 相连，其角度可以通过x向限位螺栓7来调节。
[0040]
请再次参阅图1、图2和图3，底座1一侧设置有限位机构x向弹力限位 机构9，限位机构x向弹力限位机构9包括圆形限位螺母12，圆形限位螺母 12内部固定连接有t形卡销13，t形卡销13外侧固定连接有弹簧垫片15，t 形卡销13外侧设置有弹簧14，t形卡销13贯穿底座1并与底座1滑动连接， t形卡销13铰接于竖向滑道6另一侧，踏板臂8一端固定连接有踏板蹄片10， 踏板蹄片10一侧固定连接有测力传感器11。
[0041]
具体地：测力传感器11固定于踏板蹄片10上，由于圆形限位螺母12固 定连接于t形卡销13上，可通过圆形限位螺母12控制踏板x逆向行程；t形 卡销13与竖向滑道6相连，踏板蹄片10受到踩踏时，弹簧14沿t形卡销13 弹性伸缩，通过竖向滑道6及紧固螺栓来调节踏板臂8的z向行程，通过x 向弹力限位机构9来调节踏板蹄片10的x向行程，通过踏板蹄片10上的x 向限位螺栓7来调节踏板蹄片10角度，通过调节弹簧14预紧力来调节踏板 力，同时连接传动辊轮5的角度传感器3和踏板蹄片10上的测力传感器11 可以实时分别测量角度、力学数据，装置结构简单，制造快速，易于安装， 调整踏板蹄片10位置、角度、行程、中心位置等各项参数方便快捷，可适用 于不同车型踏板蹄片10的操纵方便性、舒适性验证和开发需求。
[0042]
具体地：测力传感器11固定于踏板蹄片10上，由于圆形限位螺母12固 定连接于t形卡销13上，可通过圆形限位螺母12控制踏板x逆向行程；t形 卡销13与竖向滑道6相连，踏板蹄片10受到踩踏时，弹簧14沿t形卡销13 弹性伸缩，通过竖向滑道6及紧固螺栓来调节踏板臂8的z向行程，通过x 向弹力限位机构9来调节踏板蹄片10的x向行程，通过踏板蹄片10上的x 向限位螺栓7来调节踏板蹄片10角度，通过调节弹簧14预紧力来调节踏板 力，同时连接传动辊轮5的角度传感器3和踏板蹄片10上的测力传感器11 可以实时分别测量角度、力学数据，装置结构简单，制造快速，易于安装， 调整踏板蹄片10位置、角度、行程、中心位置等各项参数方便快捷，可适用 于不同车型踏板蹄片10的操纵方便性、舒适性验证和开发需求。
[0043]
进一步说明的，请继续参照附图1、图2、图3、图4、图5和图6，本发 明还提供一种可调节踏板的控制方法，包括以下步骤：s1、首先以车身地板平面为基准，将踏板通过底座1安装于相应的车身 或者人机台架上；
[0044]
s2、对于踏板x向行程调节，旋扭x向限位螺栓7向后移动至所需位置 改变，踩踏时
竖向滑道6碰到x向限位螺栓7停止，即实现了x向行程调节；
[0045]
s3、对于踏板臂8的z向行程调节，旋扭踏板臂8上的紧固螺栓即可将 踏板臂8锁止于所需位置；
[0046]
s4、对于踏板力的调节，当踩踏踏板时，受到x向弹力限位机构9的反 力作用产生相应的踏板力，通过旋扭圆形限位螺母12来改变弹簧14的预压 缩量来改变踏板力；
[0047]
s5、对于踏板蹄片10角度的调节，旋扭踏板蹄片10上的紧固螺栓即可 将踏板蹄片10锁止于所需位置；
[0048]
s6、对于踏板旋转中心位置的调节，将底座1固定到一个三向可调节基 座上面，则能够实现旋转中心位置三项变化的验证。
[0049]
具体说明的，该踏板结构简单，制作方便，操作快捷简单，为了验证不 同车型参数和踏板的操作舒适性、方便性，该验证装置不仅能够实现踏板行 程调节(x向，包括初始位置和踩到底位置的调节)，而且能够实现踏板臂长 度调节(z向)，最后踏板力和踏板蹄片角度可调节、踏板旋转中心位置可调 节。另外，通过验证装置外加的角度传感器以及力学传感器可以测量踩踏角 度以及踩踏力。
[0050]
另外说明的，请继续参照图4和图5以及说明书中表格，最后本发明还 提供了一种可调节踏板的综合评价方法，包括以下步骤：
[0051]
s1、将可调节踏板安装于人机台架上，比对实验台架与驾驶座舱参数布 置对实验台架参数进行相应调节；
[0052]
s2、如下表，邀请评价人员以驾驶姿态坐于驾驶台架上，同时对腿、脚 部舒适性、可操纵性进行打分评价；
[0053]
主观评价量表
[0054][0055]
s3、建立评价模型，见图6，建立模糊层次评价矩阵确定舒适性、操纵方 便性得分评价模型权重，模糊层次第一层为舒适性、操纵性综合得分， 第二层准则层为操纵性m和舒适性c，第三层方案层为大腿、小腿、脚 部；
[0056][0057]
模糊评价打分标度表
[0058][0059]
以操纵性方案层为例进行模糊评价打分，得到得分评价矩阵，同理可得 出其他得分矩阵：
[0060][0061]
最后得到准则层和方案层综合模糊值：
[0062]fα
＝(0.35，0.56，0.71)，f
β
＝(0.39，0.06，0.05)，
[0063][0063][0063]
[0064]
其中f
α
、f
β
、分别为操纵性、舒适性、大 腿舒适性、小腿舒适性、脚部舒适性、大腿操纵性、小腿操纵性、脚部操 纵性综合模糊值。
[0065]
根据模糊公式：
[0066][0067]
其中mi＝(li，mi，ui)和mj＝(lj，mj，uj)，计算可能度， 再根据三角模糊公式：
[0068][0069]
将模糊权重转化为实属权重，最后归一化处理得指标最终权重wi和wi。
[0070]
α＝0.56，β＝0.44；
[0071]
w1＝0.31，w2＝0.29，w3＝0.4；
[0072]
w1＝0.36，w2＝0.38，w3＝0.26；
[0073]
s4、对腿、脚部舒适性、操纵方便性进行综合定量评价
[0074]
sum＝αdc+βdm＝0.56*6.08+0.44*5.53＝5.83
[0075][0076][0077]
其中，sum为腿部、脚部舒适性、操纵方便性综合评分，dc为舒适性加 权总得分，dm为操纵性加权总得分，α为舒适性得分权重，β操纵方便性得 分权重，wi为各部位舒适性得分权重，wi为各部位操纵性得分权重，s
coc
为 各肢体部位舒适性得分，s
com
为各肢体部位操纵方便性得分。
[0078]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。