[发明专利]一种基于逆向动力学的乘用车油门踏板设计方法

权利要求书

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，F_i为肌肉i受力，(F_i)_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+Ae^0.05x

＝5.13+0.66e^0.05x

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。

7.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；p_A和p_K分别为膝和踝关节节点，p为踏板踩踏点，p_Heel为踵点；m_Sg和m_Tg分别小腿和足部重量，p_S和p_F分别为小腿段和足部重心位置。

8.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；F^M为肌肉力，为肌肉活动度；N_i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，n^M指肌肉的数目。

9.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。

10.根据权利要求7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。