【正文】 響。 在汽車發(fā)展的百余年中，汽車車身結(jié)構(gòu)也經(jīng)歷了從無到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從單方面到多方面的發(fā)展過程。 30年代后期，世界汽車工業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期，出現(xiàn)了所謂的“概念車”。 20世紀(jì) 90年代初，轎車車身外部造型設(shè)計(jì)的主流主要是柔性與剛性的特點(diǎn)相呼應(yīng)，構(gòu)成棱角分明的外形。近年來，因?yàn)槔饨欠置鞯耐庑魏茈y大幅度地降低風(fēng)阻系 數(shù)，故汽車外部造型逐步突破棱角分明而趨向圓滑，尤其重視完美的局部造型以及加裝各種導(dǎo)流板。為此，世界汽車工業(yè)的主要供應(yīng)商們都“挖空心思”地開發(fā)出了各種輕型化汽車車身。 2）、未來汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向 汽車當(dāng)今的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和技術(shù)發(fā)展推動(dòng)了設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)手段的革新，這無疑在不遠(yuǎn)的將來會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展?！耙欢驯涞匿撹F”是無法滿足現(xiàn)代人精神和文明需要的。其中與 汽車 設(shè)計(jì) 相關(guān)的主要有 1） 基于人體感官的界面 設(shè)計(jì) 例如，人的視覺有視角、視野、可 視光波長(zhǎng)范圍、顏色分辨力、視覺靈敏度、定位錯(cuò)覺、運(yùn)動(dòng)錯(cuò)覺、視覺疲勞等特性， 汽車 的擋風(fēng)玻璃、儀表板和儀表的 設(shè)計(jì) 就要充分考慮這些特性，使駕駛者能夠得到足夠的視區(qū)，能夠迅速辨認(rèn)各種信號(hào)，減少失誤和視覺疲勞。 設(shè)計(jì) 一臺(tái)機(jī)器首先要考慮采用什么身體形態(tài)來操縱，選定姿態(tài)后，還要考慮以最舒適的方式對(duì)人體進(jìn)行支撐，并適當(dāng)?shù)夭贾帽徊僮鲗?duì)象的位置，從而減少疲勞和誤操作 。人體在不同的姿態(tài)下最大拉力、最大推力也不相同，例如坐姿下人腿的蹬力在過臀部水平線下方 20 度左右較大，操縱性也較好，所以剎車踏板就安裝在這個(gè)位置上。人喜歡用直覺處理事情，不善于煩瑣過程和精確的計(jì)算。 可以毫不夸張地說，現(xiàn)代社會(huì)中，凡成功的機(jī)器產(chǎn)品，不能缺少人機(jī)工程學(xué)的理念。 目前，國(guó)內(nèi)的純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)水平與國(guó)外相比，還有比較大的差距。汽車座椅以及腳踏板的布置設(shè)計(jì)直接影響汽車的美觀和安全性。目前電動(dòng)汽車技術(shù)的研發(fā)已成為各國(guó)政府和汽車行業(yè)的熱點(diǎn)。如圖 11： 圖 11 AO681 純電動(dòng)汽車電能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 本文針 對(duì)純電動(dòng)汽車的座椅及踏板布置設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容如下： 首先，通過搜集人體測(cè)量的實(shí)際數(shù)據(jù)來確定乘坐姿勢(shì)的舒適性和安全性。駕駛座椅的調(diào)整應(yīng)能夠使駕駛員相對(duì)方向盤、操縱桿、踏板等操縱機(jī)構(gòu)及前檔風(fēng)玻璃，在縱向 及鉛垂方向的位置應(yīng)能夠滿足絕大多數(shù)駕駛員群體的各類人身體特征。駕駛座椅是最關(guān)鍵的座椅。貼合感強(qiáng)的座椅將有利于改進(jìn)接觸面積和部位。 5）振動(dòng)舒適性：需要設(shè)計(jì)好 座 椅的 靜 態(tài)剛度、共振頻率及衰減特性。踏板間距以兩個(gè)踏板在參考平 面 P上 投影之間的最小距離來測(cè)量 ,圖 21 所示 ,踏板之間的最小距離是指加速踏板和制動(dòng)踏板及制動(dòng)踏板和離合踏板之間 的最小距離。除相鄰踏板外 ,還應(yīng)考慮轉(zhuǎn)向柱及固定裝置等?？蛇m當(dāng)向內(nèi)移一些 ,但要考慮駕駛舒適性 .一般離合器踏板到側(cè)邊距離為 40～ 80mm, 小車小一些 , 到方向盤中心 Y 向距離為 40～120mm,制動(dòng)踏板離離合器踏板約為 100～ 160mm, 油門踏板離制動(dòng)踏板水平距離為60～ 120mm, 設(shè)計(jì)時(shí)可以參照同類車型尺寸 . 人體統(tǒng)計(jì)尺寸在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 通過 人體測(cè)量獲取大量數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得出相應(yīng)部分的各種百分位值 ，然而這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中還不能 還拿來就用，還必須根據(jù)實(shí)際情況加以修正。 模型關(guān)節(jié)點(diǎn)的確定和人體分塊簡(jiǎn)化 人體本身由頭頸，軀干，四肢幾大部分 組成，各組生部分以關(guān)節(jié)相連結(jié)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。而我國(guó)至今還沒有成熟的人體天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 8 關(guān)節(jié)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)，在這種總情況下只能參照國(guó)外相應(yīng)資料并進(jìn)行某些適當(dāng)?shù)募僭O(shè)。如有以下計(jì)算公式： 中國(guó)人體關(guān)節(jié)中心距 =中國(guó)人體肩寬 ?德國(guó)人體肩寬肩關(guān)節(jié)中心距 (21) 關(guān)于關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度直接引用 DIN33408中有關(guān)內(nèi)容，這是基于關(guān)節(jié)角度方面國(guó)際上比較一致的觀點(diǎn)：即不同種族間在人體尺寸方面有較大差距，但人體關(guān)節(jié)活動(dòng)角度僅限于正常范圍其數(shù)值相差較小，可以認(rèn)為基本上相同。原因如下：在胳膊的正常工作姿勢(shì)下手心（握心），腕關(guān)節(jié)，肘關(guān)節(jié)，基本在同一直線上，也就是說手相對(duì)前臂基本不發(fā)生彎曲動(dòng)作，因此就忽略了手繞腕關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，把手和前臂作為一個(gè)整體，定義成一個(gè)塊如圖 24 中的 4。 圖 25 上為抓握姿勢(shì) 下為抓捏姿勢(shì) 駕駛員在操縱踏板時(shí)，腳著工作鞋，整個(gè)腳部就像一個(gè)整體一樣，幾乎不變形。由于主要組成部分胸腰兩塊以脊柱為連結(jié)。如圖 24所示。如圖 26所示以上就是建立幾何模型的基本思路。如圖 27 所示。由局部坐標(biāo)系的 確定方法可知，在建立各局部坐標(biāo)時(shí)，必須已知各相應(yīng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置（三維坐標(biāo)值）。 模型建立時(shí)，只考慮 軀干繞過左右 H點(diǎn)連線前后擺動(dòng)的情況，對(duì)軀干的左右側(cè)傾和扭轉(zhuǎn)不加考慮，這樣的話，就可知左右 H點(diǎn)連線平行于 y軸，脊柱線 HSc平行于 XOZ平面，左右肩關(guān)節(jié)點(diǎn)連線平行于 y軸（以上各軸平面皆指車身坐標(biāo)系），那么計(jì)算軀干部分各關(guān)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)就簡(jiǎn)單了。已知肩關(guān)節(jié)中心點(diǎn)到頸關(guān)節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)度為 NL，則頸關(guān)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為： XNC=XSC YNC=YSC ZNC=ZSC+NL 胳膊上依次有肩關(guān)節(jié)點(diǎn)，肘關(guān)節(jié)點(diǎn)，腕關(guān)節(jié)點(diǎn)，由上節(jié)的簡(jiǎn)化可知忽略了腕關(guān) 節(jié)點(diǎn)，且把手觸及點(diǎn)（手握點(diǎn)）看作同肘關(guān)節(jié)點(diǎn)。剩下就是如何確定肘關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置問題。根據(jù)這種情況，在建立模型時(shí)認(rèn)為肘 關(guān)節(jié)處于最低位置上，這樣胳膊重心最低，被認(rèn)為是最省勁的。已知目標(biāo)點(diǎn)在車身坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（ X0 Y0 Z0），上臂長(zhǎng)為 UAL，前臂長(zhǎng)為 FAL，肩關(guān)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為（ XS YS ZS）， AL=UAL+FAL，則肩 關(guān)節(jié)點(diǎn)于目標(biāo)點(diǎn)的距離平方為： D2=(XSX0)2+(YSY0)2+(ZSZ0)2 將 D2同 AL2比較即有前面所述三種情況。 圖 210（ 1） S、 A、 H分別表示肩關(guān)節(jié)點(diǎn)，肘關(guān)節(jié)點(diǎn)，目標(biāo)點(diǎn) 在三維空間中對(duì)肘關(guān)節(jié)點(diǎn)的求解比較麻煩，可能用到坐標(biāo)平移及旋轉(zhuǎn)變換矩陣的，本文對(duì)此采用了 Auto CAD軟件中的幾個(gè)功能組合在一起來 解決這個(gè)問題。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 14 圖 210（ 2） S、 A、 H分別表示肩關(guān)節(jié)點(diǎn)，肘關(guān)節(jié)點(diǎn)，目標(biāo)點(diǎn) 2） D2= AL2 即目標(biāo)點(diǎn)在球面上如圖 210，此時(shí)目標(biāo)點(diǎn)，肘關(guān)節(jié)點(diǎn)，肩關(guān)節(jié)點(diǎn)共線。當(dāng)然這種循環(huán)是有條件限制的，程序中給出了兩個(gè)限制條件：一是保證另一只手的位置不變，二是在軀干前傾角度的舒適范圍內(nèi)。他是在已知踵點(diǎn)和踏平面角度后計(jì)算而得到的。 求出 ? 值后同 ? 值相對(duì)比從而求出踵點(diǎn)位置。 ? ， ? 的角度值，支點(diǎn) 坐天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 15 標(biāo)值，利用三角幾何關(guān)系即可求得踵點(diǎn)坐標(biāo)值。依照前面所述建立局部坐標(biāo)的方法，建立起相應(yīng)的局部坐標(biāo)秒，利用 AutoCAD軟件中的插入塊（ Insert） 功能，調(diào)用已存貯的各 塊的圖形，在相應(yīng)位置加以顯示，從而構(gòu)成一個(gè)邊疆的三維人體模型。它主要包括乘坐姿勢(shì)和操縱機(jī)構(gòu)的合理安排，座椅的布置，內(nèi)部空間設(shè)計(jì)和 視野設(shè)計(jì)等，下面分別對(duì)乘坐姿勢(shì)、操縱機(jī)構(gòu)、空間尺寸確定加以討論。可以說是以同一姿勢(shì)駕駛天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 17 汽車的。包括座椅前后和高度方向上的位置調(diào)節(jié)和靠背角的大小調(diào)節(jié)，然而這些調(diào)節(jié)又不是單一的。反之，則只能靠手臂部分的肌肉施加力量。然而由以上分析可天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 18 知，這是比較困難的。下面簡(jiǎn)要介紹一下其測(cè)量推導(dǎo)過程。結(jié)果符合正態(tài)分布，得出不同百分位的實(shí)驗(yàn)值，將每種車的 H點(diǎn)相對(duì)于拇指基準(zhǔn)點(diǎn)的位置，按不同百分位，作為 H點(diǎn)高度（ H30，指 H點(diǎn)到踵點(diǎn)的垂直距離），采用二次多項(xiàng)式對(duì)相應(yīng)百分位的數(shù)據(jù)加以擬合，得出式 41所示的曲線方程，對(duì)于 B類車過程基本同 A類車，但由于所測(cè)數(shù)據(jù)較少，只采用了直線擬合得直線方程如式 21。設(shè)計(jì)時(shí)在已知 H點(diǎn)高度和適應(yīng)級(jí)后，即可由公式算得適宜的 H點(diǎn)水平行程，如要求設(shè)計(jì)達(dá)到 90%的適應(yīng)級(jí)，把 H點(diǎn)高度值 Z代入式中，求出和 X95和 X5兩值即可作為最后 H點(diǎn)和最前 H點(diǎn)到踵點(diǎn)的水平距離。 確定操作區(qū)域 當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，由于其前方視野變化很快，駕駛員神經(jīng)總處于比較緊張的狀態(tài)，這時(shí)就要求駕駛員的操作方便準(zhǔn)確，并能防止誤操作，以確保安全性。而駕駛天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 22 室內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的影響則由駕駛室尺寸綜合因子 G的不同加以反映。對(duì)于轎車則直接采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的 50/50。 G因子的計(jì)算表達(dá)式如下： G= ++++ 其中 HZ為最后 H點(diǎn)至踵點(diǎn)的垂直距離，β為坐椅靠背角， D為方向盤直徑， a為方向盤傾斜角， WZ為方向盤中心至踵點(diǎn)的垂直距離， WX為方向盤中心至踵點(diǎn)的水平距離，γ為軀干同大腿夾角。最后用于試驗(yàn)對(duì)比的 Audi100的 G值為約 ： G=??25+?380+? ? 650+? 838+ ? (27) 確定了某一坐姿（一定的 G值）下的手伸及界面后，該界面即可以認(rèn)為是手操作件布置得極限位置，一切手操作件的位置不得遠(yuǎn)于該界面，而舒適的操作件的位置與做大手伸及界面相比要小 150200mm。～ 33186。 2）計(jì)算出 G因子的值 3）按下述公式算出手伸及界面 前后方向上的基準(zhǔn)面 HR離踵點(diǎn)的水平距離 d,確定該基準(zhǔn)面得位置 d=786?D99?G 若（ dHX） 0,則該基準(zhǔn)面 HR縱向位于踵點(diǎn)之后 d處。找到 ISO3958中對(duì)應(yīng)表格。 首先對(duì)駕駛員手伸及界面進(jìn)行扥去，如圖 222所示 圖 222 基準(zhǔn)平面：是指與汽車縱向?qū)ΨQ平面平行的，座椅參考點(diǎn)（設(shè)計(jì) H點(diǎn)）左 右各 50mm天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 24 的平面。 c)沿方向盤輪圈外緣向外擴(kuò)展 100mm的圓柱面，內(nèi)緣向內(nèi)擴(kuò)展 130mm的圓柱面，兩圓柱面中心線同方向盤軸線共線。 c）以方向盤軸線為中心，以 50mm為半徑的圓柱面。由圖示 224 可知，駕駛員可以施加最大作用力的踏板位置，同時(shí)也是較舒適的位置。到車頂內(nèi)表面的直線距離，稱為 H61）一般不小于 850mm，載重卡車一般不少于 950mm。 頭廓包絡(luò)線 腹部包絡(luò)線 膝部包絡(luò)線 頭廓包絡(luò)線， 腹部包絡(luò)線 ， 膝部包絡(luò)線 都是統(tǒng)計(jì)曲線，為相應(yīng)的空間尺寸確定提供了依據(jù)，下面分別對(duì)它們加以說明 。 圖 226 不可調(diào)節(jié)式座椅用頭廓包絡(luò)線側(cè)視圖（上圖） 可調(diào)節(jié)式座椅用頭廓包絡(luò)線側(cè)視圖（下圖） 圖 227 平均頭廓線側(cè)視圖（左）；平均頭廓線后視圖（右） 載貨汽車的膝部包絡(luò)線 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 28 載貨汽車的膝部包絡(luò)線，駕駛室儀表盤下方的膝部空間設(shè)計(jì)應(yīng)以統(tǒng)計(jì)得出的膝部包絡(luò)線為依據(jù)。由攝影法獲得的位置數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后得知，兩膝特征點(diǎn)的分布圖形皆為橢圓。左膝部包絡(luò)線（離合器踏板）的圓弧半徑為 。 男女比例為 50/50 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ 男女比例為 75/25 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ 男女比例為 90/10 或 95/5 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ X為圓心到定位基準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離（向后為正）， Z為圓心定位基準(zhǔn)點(diǎn)的垂直距離（向上為正）， H30 為最后 H 點(diǎn)到踵點(diǎn)的垂直距離。胃部包絡(luò)線應(yīng)該通過這兩個(gè)特征點(diǎn)。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 31 3 H 點(diǎn)的計(jì)算 H點(diǎn) (HIPPOINT)位置是汽車車身設(shè)計(jì)以及座椅設(shè)計(jì)中的重要參考位置，本文從舒適性的角度，結(jié)合中國(guó)人的人體尺寸對(duì) H點(diǎn)研究， 給座椅設(shè)計(jì)以及 H點(diǎn)位置布置提供一些參考。此外，在駕駛過程中，一切操縱裝置都應(yīng)布置在駕駛員的手伸及界面內(nèi)，以確保舒適和安全。 從上面的三個(gè) H點(diǎn)定義可以看出 H點(diǎn)在汽車座椅設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)過程中會(huì)多次使用，而不同的定義下的 H點(diǎn)會(huì)有很大的差異?？紤]駕駛員操作的方便舒適，還需要估計(jì)駕駛視野和儀表盤的認(rèn)讀，同時(shí)要兼顧身材高大者和身材矮小者，用作圖的方法來窮舉人體的各種駕駛姿勢(shì)和計(jì)算 H點(diǎn)的位置工作量非常大。 SAE提供的適意線方法的不足之處在于這種 方法忽視了人體姿勢(shì)的適應(yīng)能力。 為了駕駛時(shí)保持一定的舒適工作狀態(tài)，基于人機(jī)工程 (POR TER＆ GYI， 1998)人們統(tǒng)計(jì)出駕駛姿勢(shì)的舒適角度范圍，如表 1所表示，這里忽略了肌肉或韌帶的約束，也沒有考慮不同舒適坐姿之間的差別。 本研究采用的研究方法是從踵點(diǎn)開始自下而上的 H點(diǎn)位置布置方式，即先確定了轎車的駕駛位置車廂底板的高度，加速踏板的位置作為一個(gè)約束條件 (因?yàn)轳{駛時(shí)人的右腳需要一直放置在加速踏板上 )人體模型由下 往上布置，從加速踏板開始，確定踵點(diǎn) (腳后跟 )著于地毯上的著地高度 (考慮地毯壓縮量以及鞋子的著裝修正量 )，同時(shí)將腳底置于加速踏板上，在加