[發(fā)明專利]一種方程式賽車結(jié)構(gòu)的設計方法

有效

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• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103399999A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設計）人: 王豐元;何建勇;鄒旭東;孫剛;柳江;隋學智
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術(shù)領域：

本發(fā)明屬于賽車結(jié)構(gòu)設計技術(shù)領域，涉及一種采用計算和輔助設計實現(xiàn)賽車結(jié)構(gòu)和形狀設計的工藝，特別是一種方程式賽車結(jié)構(gòu)的設計方法。

背景技術(shù)：

賽車（英文名稱Automobile?Racing、Car?Racing）是使用汽車作速度競賽的運動，在1895年，賽車運動第一次在法國出現(xiàn)，當時的比賽是在城市間的公路上進行的，后來許多車手因為公路比賽極大的危險性而喪生，于是專業(yè)比賽賽道應運而生，大學生方程式賽車（FSC）雖然是一項大學生工程設計類競賽，但其比賽形式符合賽車運動的特點，可以看做賽車運動的一種。

目前，發(fā)達國家有針對性地提出了許多可執(zhí)行的標準，也在人機工程方面做了大量的理論和試驗工作，且成效顯著，國際各個標準化組織均采納美國SAE標準中的眼橢圓工具建立、頭部包絡線的繪制、駕駛員手伸及界面理論和二維人體模型等；亞洲汽車強國的日本、歐洲客車代表的德國和法國等在人機工程學方面也有自己的標準，并根據(jù)行業(yè)發(fā)展不斷優(yōu)化進步，更好的為客車設計提供強有力的支持。人機工程所依據(jù)的傳統(tǒng)二維模板設計也已逐漸被三維模型所替代，國際上知名公司所開發(fā)的RAMSIS軟件建立了詳細的三維人體模型，彌補了二維模板設計的不足，提供了更加直觀準確的設計，提高了人機工程設計的技術(shù)水平。我國汽車人機工程學研究起步于20世紀80年代，隨著不斷的進步和發(fā)展，建立了中國人體尺寸的國標（GB10000--88），該標準公布了中國人體尺寸的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使我國的設計對人體參數(shù)方面有了一定的參考依據(jù)。然而，進入二十一世紀以來，隨著社會進步生活水平提高，當前社會人體尺寸如身高等普遍增加，原來的標準已無法完全適用，國際上普遍采用美國汽車工程學會（SAE）或聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）的相關規(guī)定進行汽車車身內(nèi)部布置的設計和校核，并取得一定的成績。我國現(xiàn)有的FSC賽車應用人機工程較少，各高校車隊對于賽車內(nèi)部布置大多參考國外車型的結(jié)構(gòu)尺寸，沒有結(jié)合國內(nèi)駕駛員人體尺寸進行，因而無法很好的適合我國駕駛員人體實際情況。因此，F(xiàn)SC賽車人機工程學設計有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α，F(xiàn)有的FSC賽車人工設計中主要存在的以下問題：賽車模型和賽車手三維模型不精確；缺乏相關的軟件分析工具；由于不同車手需要設定不同的座椅、操縱裝置的位置，若分別建立賽車與賽車手模型造成工作量繁重；FSC賽車隊缺乏人機設計測試設備，無法對人機設計結(jié)果進行評價和優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設計提供一種方程式賽車結(jié)構(gòu)的人機工程設計方法，采用計算機輔助設計軟件進行賽車結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模，并根據(jù)人機工程的基本原理設計賽車的座椅、駕駛艙、操縱裝置和顯示裝置，將相關的參數(shù)數(shù)據(jù)制成數(shù)據(jù)庫，通過駕駛員駕駛參數(shù)測試優(yōu)化和維護數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，從而提高賽車結(jié)構(gòu)的設計質(zhì)量和效率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用常規(guī)計算機輔助設計系統(tǒng)實現(xiàn)賽車結(jié)構(gòu)的人機工程設計，包括工況設定、參數(shù)設定、人機系統(tǒng)設計、賽車手模型輸出和設計優(yōu)化五個步驟，其具體工藝過程為：

1、工況設定包括行駛工況設定、安全工況設定、視野工況設定和賽道工況設定：

（1）行駛工況設定：根據(jù)賽車典型賽道行駛關系曲線設定賽車的行駛工況，F(xiàn)SC方程式賽車行駛于特定的賽道，每條賽道由多個賽段組成，每個賽段包括一個彎道、一條直道和另一個彎道；賽道行駛關系曲線表示賽車在多個賽段中速度的變化，其中橫坐標軸表示賽車在賽道上所行駛的距離，縱坐標軸表示賽車的行駛速度；

（2）安全工況設定：安全工況的設定包括賽車駕駛過程賽車手所需的安全裝備和賽車的安全裝置，賽車手所需的安全裝備包括國際汽聯(lián)認證的頭盔、賽車服、手套、眼部保護、鞋子、手臂束縛帶、毛發(fā)包裹、防火內(nèi)衣和襪子，賽車的安全裝置包括頭枕、防滾架、安全帶和主環(huán)包裹；

（3）視野工況設定：在分析賽車手視線時，要依據(jù)標記的路邊線位置、道路指示錐位置、車體最高點位置；

（4）賽道工況設定：賽道工況的設定以測試賽車的轉(zhuǎn)向性能、直線加速性能和綜合性能為基礎，將方程式賽車（FSC）的賽道分為三組不同賽道滿足測試的需求，賽車轉(zhuǎn)向性能的測試采用8字繞環(huán)賽道，8字繞環(huán)賽道設計在停車場上并安放交通錐，測試賽車在平地上做定半徑轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)向性能；直線加速性能的測試選擇擺放有交通錘的75m長的平直路面賽道，平直路面賽道設計在停車場上；綜合性能的測試采用高速避障測試，評價賽車在沒有其它賽車的緊湊賽道上的機動性和操縱性；

2、參數(shù)設定包括賽車基本參數(shù)設定、賽車手模型參數(shù)設定和賽車手參數(shù)輸入：