原文传递
基于生物力学的汽车驾驶室人机工程设计研究
| 论文题名： | 基于生物力学的汽车驾驶室人机工程设计研究 |
| 关键词： | 汽车驾驶室;操作舒适性;生物力学;人机工程设计 |
| 摘要： | 随着汽车行业的蓬勃发展，汽车的驾驶舒适性受到越来越广泛的关注。由于车辆的驾驶自由度比较高，车辆驾驶室设计不合理会导致驾驶员不舒适的驾驶姿势，进而容易引起驾驶员的不舒适感和疲劳，严重的还会降低驾驶员对车辆的控制性从而影响驾驶安全，因此，驾驶室设计因素导致的驾驶健康和安全问题成为汽车制造商和学者的研究热点。 驾驶室设计是车辆研发的的重要内容，其设计的好坏直接决定车辆的驾驶舒适性、乘坐舒适性。在新车型开发的概念设计阶段，通过对汽车驾驶室进行人机工程仿真分析，定量评价驾驶员模型的驾驶操作舒适性，可以在汽车总布置设计的前期就能提供合理的驾驶室设计方案，为详细设计阶段提供指导性建议。 本文从生物力学角度研究了人机界面的设计参数与肌肉疲劳的关系。将传统的人机工程设计方法与生物力学结合，设计人机操纵装置的研究参数，在生物力学软件中对研究参数进行建模分析，通过仿真试验得出研究参数与驾驶员最大肌肉活动度的关系，最后对研究参数进行优化，从而实现某一驾驶员环境下的最佳人机操纵界面的匹配。此外，本文建立了基于生物力学的驾驶舒适度模型，以舒适性关节角度范围评价驾驶员的静态驾驶姿势，以肌肉活动度评价其动态驾驶姿势。因此，可以取消在人机主观试验平台上验证过程，避免设计方案的反复更改，降低开发成本，缩短研发周期。该模型建立起人机操纵装置的工程设计与驾驶员操作舒适性的联系，为车辆驾驶室的人机工程参数化设计提供依据。 为了实现基于生物力学的驾驶员操作的仿真分析，本文首先进行了虚拟人体的建模，主要从虚拟人体的几何建模、运动学建模和动力学建模三个部分建立了虚拟人体生物力学模型。同时，本文以人机工程仿真设计、分析和评价为目的，展开了相关理论、算法、技术的研究工作。 从人机工程角度考虑驾驶室的布置，结合SAE相关标准研究了汽车驾驶室布置设计的关键参数。此外，在AnyBody软件中建立了驾驶员模型及驾驶室环境模型，并实现二者的耦合。最后，根据驾驶舒适度模型，以驾驶室的踏板设计为例，提出了基于生物力学的驾驶室人机工程设计的方法，该方法依靠生物力学分析以及计算机辅助技术，在车辆人机工程设计考虑驾驶员操作的肌肉疲劳，能够保证良好的操作舒适性，减少不合理的人机工程设计，具有很好的工程应用价值。 |
| 作者： | 杨枫 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 成艾国;何智成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
