基于人機(jī)工程學(xué)的汽車(chē)駕駛室座椅設(shè)計(jì)研究

山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院　鄢亞輝　王凡

基于人機(jī)工程學(xué)的汽車(chē)駕駛室座椅設(shè)計(jì)研究

山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院鄢亞輝王凡

通過(guò)研究人體舒適坐姿，建立人體多剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，詳細(xì)闡述了駕駛室座椅設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，運(yùn)用CATIA軟件建立座椅模型，結(jié)合JACK軟件對(duì)座椅設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

人機(jī)工程學(xué)；駕駛室座椅；JACK

1引言

駕駛室座椅設(shè)計(jì)是汽車(chē)設(shè)計(jì)中非常重要的部分，設(shè)計(jì)是否合理直接影響到駕駛員的安全、開(kāi)車(chē)效率和舒適度。人機(jī)工程學(xué)理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為依據(jù)人機(jī)工程學(xué)理論和利用計(jì)算機(jī)手段進(jìn)行駕駛室設(shè)計(jì)提供了條件，使設(shè)計(jì)方法程序化，縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)的結(jié)果更加合理。

2人體模型和座椅模型的建立

2.1人體數(shù)據(jù)和人體模型

人體數(shù)據(jù)是通過(guò)人體測(cè)量學(xué)得到的不同人體百分位的線性和角度尺寸，不同群體的人體尺寸都服從正態(tài)分布，國(guó)際通用的是用人體測(cè)量百分位數(shù)P5、P50、P95來(lái)表示。國(guó)標(biāo)GBl0000—88《中國(guó)成年人人體尺寸》提供了我國(guó)成年人人體尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為我國(guó)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。主要尺寸見(jiàn)表1所示。

表1　人體主要尺寸

人體模型在分析時(shí)為多剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在有很多的軟件自帶有人體模型，如CATIA、JACK等，本文使用的人體模型就是JACK中的。

2.2座椅模型

圖1　人體舒適角度

設(shè)計(jì)駕駛室座椅先要研究駕駛員坐姿，最舒適的坐姿要保證腰曲弧線和腰背肌肉處于正常狀態(tài)，具體姿勢(shì)如圖1所示。各舒適角度是大量實(shí)驗(yàn)得到的。國(guó)家對(duì)工作座椅有具體的要求，見(jiàn)表2所示。

表2　工作用座椅設(shè)計(jì)要求

3計(jì)算機(jī)建模

人體建模主要是運(yùn)用JACK軟件，通過(guò)查詢表1人體主要尺寸，在Human菜單下Custom功能建立人體模型，如圖2所示。

圖2　人體模型

圖3　座椅模型

圖4　OPT分析結(jié)果

4人機(jī)工程學(xué)分析

將CATIA中做好的座椅模型導(dǎo)入到JACK中，使用JACK 的OPT分析模塊中的Comfort Assessment工具進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖4所示，圖中的方塊均落在關(guān)節(jié)角度的舒適域中，說(shuō)明駕駛員的駕駛姿勢(shì)舒適，座椅的尺寸設(shè)計(jì)很好。

5結(jié)論

本文運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理和計(jì)算機(jī)先進(jìn)技術(shù)，緊緊圍繞人—機(jī)相適宜的思想，結(jié)合國(guó)內(nèi)外駕駛室設(shè)計(jì)的基本情況，建立了駕駛室座椅的設(shè)計(jì)原則和方法，為駕駛室座椅設(shè)計(jì)更科學(xué)、更有效率、更合理提供了思路。具體研究總結(jié)如下：

（1）通過(guò)對(duì)人體尺寸和模型的研究，詳細(xì)地闡述了舒適坐姿的理論，并建立了人體多剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，為駕駛室座椅的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。

（2）結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理，運(yùn)用CATIA軟件建立座椅模型、運(yùn)用JACK軟件建立人體模型并對(duì)人的駕駛舒適度進(jìn)行分析，以確定駕駛室座椅設(shè)計(jì)尺寸的合理性。

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