基于HPM-Ⅱ的汽车驾驶员座椅H点位置的测量
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摘 要：H点指的是人体的大腿与躯干的旋转中心，在新型三维H点装置中指座板與背板的连接中心。汽车座椅的H点位置对于车辆内部结构关键参考点及空间尺寸的确定有很大影响，并直接影响R点位置的确定和车辆乘坐的安全度与舒适度。在汽车碰撞试验中，汽车碰撞仿真分析所使用的测量假人的背板总成与座板总成也在H点进行铰接，座椅H点位置的确定是正确安装假人的前提。因此，能够更加正确且方便地标记汽车座椅H点位置的新型三维H点装置（HPM-Ⅱ）的正确使用便显得尤为重要。
关键词：H点;新型三维H点装置;HPM-Ⅱ
中图分类号：U461.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2019）08-103-03
前言
在汽车产品的研发与实验中，H点装置的作用是用以建立与确定汽车内部基准点以及汽车乘员空间尺寸，同时，这些重要的基准点的分布位置及其物理尺寸均须在审核时通过H点装置得到验证[1]。另一方面，在汽车座椅产品的研发与验证方面，将H点装置所得到的座椅实际H点位置及躯干角等相关关键尺寸同汽车制造厂商的参考点和设计尺寸进行比较，可使得座椅设计更加可靠与完善。
H点测量装置需要符合一定的标准来更加精确可靠地进行H点位置的确定。ISO在1999年发布了采用SAE J826三维H点装置（HPM-Ⅰ）的标准ISO 6549-1999 《Road Vehicle- procedure for H-and R-point determination》（道路车辆确定H点和R点的程序），后由于一代H点测量装置自身操作繁琐，测量过程不够便捷的局限性，SAE（美国机动车工程师协会）对其进行了改进，研发并公布了新型三维H点装置（HPM-Ⅱ），同时发布了SAE J4002。因此ISO以上述该标准为基础，发布了新的标准ISO 20176-2006，为了与国际标准协调，我国目前也对相关标准进行了修订，发布了GB/T11563.2-XX XX以及GB/T29120-2012以更好地对H点位置的确定进行指导。
随着科学技术的不断发展与进步，对汽车座椅实际H点位置的确定与测量也需要变得更加准确与方便，很多学者对H点测量装置进行了广泛的研究。梁雪敏研究了将关节臂式坐标测量机应用于三维H点装置的测量中，并给出了具体的测量方案和注意事项[2];方正等比较了第一代三维H点装置与第二代三维H点装置测量结果的不同，总结了为设备工程师给出的参考与建议[3];陈锡林等研究了利用便捷式三坐标测量机对三维H点装置（HPM-Ⅰ）进行测量与尺寸校准，同时给出了该方法中所使用到的辅助夹具的设计构想以及具体的校准方法[4];周勇等研究了利用一代三维H点测量装置对座椅的H点位置进行确定与测量，并总结出了具体的操作步骤[5]。然而，大多数的学者的研究对象都是一代三维H点测量装置，而对新型三维H点装置在座椅H点位置的研究却较少。本文利用新型三维H点装置以替代一代H点装置对符合测量要求的汽车座椅进行实际H点位置的测量，比较并得出改进后的新型三维H点装置的优越性，总结测量过程的具体步骤与注意事项，以保证假人能够被合理且正确地安装在座椅上，以期提高汽车碰撞试验数据的可信度与准确性。
1 测量装置
新型三维H点装置（以下简称HPM-Ⅱ）是一种能模拟成年男子乘坐人体轮廓的装置，用于测量汽车座椅实际H点位置及躯干角和其他参考数值[6]。可用于确定汽车内部关键基准点和部分空间尺寸，一定程度上影响汽车驾驶与乘坐时的舒适度和安全度，正确测量汽车座椅的H点是汽车碰撞试验与相关汽车产品设计等的基础[7]。因此，使用准确可靠的三维H点测量装置进行相关的测量便显得至关重要。HPM-Ⅱ所对应的发布标准是SAE J4002-2010，GB/T11563.2-XX XX和GB/T29120-2012，这些标准现已替代了GB/T11563- 1995和ISO 6549-1980，可以预见今后汽车试验与相关产品的设计均会以新标准为依据。
HPM-Ⅱ主要由头部空间装置，背板总成，座板总成，鞋总成，大腿，小腿，LSP标尺，配重块（背部重块，骨盆重块，大腿重块）等部分构成（见图 1）。该装置的背板与座板均是由全金属材料所构成，分别代表着成年男子平均背部与臀部的轮廓，用以模拟人体的躯干及大腿，并在H点位置进行机械地铰接。各姿态角包括大腿角，躯干角和坐垫角等可以使用电子水平仪（角度仪）在装置的六个角度测量台上进行测量。小腿通过膝部枢轴安装槽和锁止衬套铰接到大腿膝部枢轴杆，装置在该铰接处配备有膝部量角器用以确定膝部角。通过调节锁止衬套，小腿可固定在膝部枢轴杆的适当位置，其实际值可通过小腿侧向位置标尺进行确定。大腿安装叉通过H点杆固定于座板总成。踝部角可通过鞋总成上的标尺直接测量，但须注意，其测量是从赤脚肌肉线而非鞋底线开始的。大腿等各部位重块装配于其对应部位的重心位置，以模拟72.69kg的成年男子对汽车座椅的造成的实际压力，应确保HPM-Ⅱ各个关节可灵活活动且并无明显摩擦阻力。
HPM-Ⅱ较HPM-Ⅰ有了较多方面的改进。装置在使用上变得更加便捷，并适当增加了部分附加部件以增强装置的测量能力，同时避免了对基准点及其他测量值产生影响。另外，装置的座板，背板，鞋，大腿及小腿是完全可分离的，也即装置在不安装腿时也可确定H点的位置，因此简化了操作员的操作流程[8]。另外装置通过建立一个新的踏板基准点（PRP），不仅使得装置具备更优良的适用性和便捷性，也改进了鞋具及其安放程序，更加满足了人体工学的要求[9]。坐垫可在大腿未被安装的情况下独立地进行坐垫角等数值的测量。装置能够与曲面式汽车座椅更好地贴合并能够提供腰部支撑突出量（LSP标尺）这一表示座椅靠背支撑腰椎突出量的新的测量量，更为方便并且直观。
2 测量方法及过程 本文介绍了某款现代轿车正撞试验前使用HPM-Ⅱ裝置进行汽车座椅H点位置测量的过程，装置设备及各项准备均符合现行标准的要求。H点的标记与测量具体步骤如下：
（1）车辆和座椅的准备：车辆按照制造厂的规定进行预处理，将其放置在10℃-30℃的环境之中，确保座椅材料达到室温。
（2）调节座椅至设计值。
（3）将符合相关标准的棉布铺在座椅及靠背的表面，以避免HPM-Ⅱ装置直接接触到座椅的座板及其靠背。
（4）安放腿和鞋具：标记加速踏板中心线，安放鞋固定装置，安放鞋具，鞋具进行干涉处理，腿部安放。
（5）安放HPM-II座板和背板总成：调节座板使其中心与座椅中心重合，将位于背板底部的H点铰接轴安放在座板的H点支撑座上，解锁躯干铰接结构。参考座板的气泡水平仪，在座椅上抖动并调节HPM-II，使其侧向水平，确保HPM-II与座椅靠背稳定接触（见图2）。
加载HPM-II：将躯干铰接机构解锁，由H点向外及向上的方向依次加载重块，应避免装置发生位置移动，倾倒及脱离座椅。在每轮重块加载之前，应通过弹簧在适当载荷施
加点处加载探头，并用89N的力在不使得弹簧过载的前提下冲击探头，以确保HPM-Ⅱ始终嵌于座椅中（见图3）。
（7）将安放好的HPM-II在座椅上放置5min。
（8）记录测量值。
3 总结
利用改进后的新型三维H点装置可以对汽车座椅的实际H点位置进行更加准确与方便的测量与标记，很大程度上简化了其测量步骤。而H点位置的正确确定对于测量假人的正确安装有着至关重要的影响，是假人装拆的基础和依据，同时也为试验数据的准确度及可靠度提供了保证。
参考文献
[1] GB/T11563.2-XXXX H点确定程序和H点装置，第二部分，道路车辆-H点装置HPM-Ⅱ-H点确定程序和技术要求.
[2] 梁雪敏.关节臂式坐标测量机在三维H点装置测量中的应用[J]. 中国战略新兴产业，2017年第40期.
[3] 方正，赵清江.第一代三维H点装置与第二代三维H点装置测量结果的比较 [C].The 14th International Forum of Automotive Traffic Safety，2017年12月，湖南长沙.
[4] 陈锡林，朱凯捷，周新良.测量用三维H点装置的尺寸校准技术研究[J].北京汽车，2012年第5期.
[5] 周勇，马国清，杨震，李杨.汽车驾驶员座椅H点位置的测量[J].汽车实用技术，2015年第1期.
[6] GB/T29120-2012 H点和R点确定程序.
[7] 陈锡林，朱凯捷，陈星.新型三维H点装置（HPM-II）尺寸的现场检测[J].工业计量，2015年第25卷第4期.
[8] 陈星，朱春嵩.新型三维H点装置（HPM-II）的研制[J].工业计量， 2015年第25卷第3期.
[9] 温吾凡.汽车人体工程学[M].吉林科学技术出版社.
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