【正文】 圖 31 不同 H點(diǎn)之間的關(guān)系圖 基于人體工程學(xué)的舒適 H點(diǎn)區(qū)域計(jì)算 對于坐姿舒適性和座椅的舒適性，由于其評價(jià)指標(biāo)帶有主觀性、空間關(guān)系復(fù)雜性以及實(shí)驗(yàn)人員的感覺差異和忍耐程度差異，而無法給舒適性做精確的評價(jià)。汽車 H點(diǎn)是與操作方便性及坐姿舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)，表示汽車駕駛員入座后胯關(guān)節(jié)中點(diǎn)在汽車中的位置。 載貨汽車的腹部包絡(luò)線 載貨汽車駕駛員的胃部包絡(luò)線，此包絡(luò)線對方向盤與駕駛員座之間的尺寸及座椅安全帶結(jié)構(gòu)方案有作用。如圖 228所示。由頭廓包絡(luò)線的形成方法可知，包絡(luò)線有許多條，本文設(shè)計(jì)時(shí)采用了 H點(diǎn)水平行程為 127mm 的第90和第 95 百分位的頭廓包絡(luò)線，作為 設(shè)計(jì)和校核用。 圖 223(1) 踏板 (相對于座椅 )位置對于駕駛員施與踏板上的力的影響 最大力 /10N 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 25 圖 223(2) 踏板 (相對于座椅 )位置對于駕駛員施與踏板上的力的影響 高度及寬度方向上有關(guān)尺寸的確定 首先是要滿足可容性問題， 即在高度方向上要保證正常坐姿下第 95百分位身材的頭部空間，和寬度方向上的肩部及肘部空間，以滿足正常的工作和乘坐要求。和 130186。若前者小于后者，則認(rèn)為該手操部件布置合理，可以伸及，否則認(rèn)為不合理，需重新布置?！?70186。依據(jù) G值分部范圍就可以大體判斷駕駛室的基本布置方式。表格形式見表 比例和 G因子簡要說明一下。對于 A類車基準(zhǔn)點(diǎn)由第 50百分位的座椅位置選擇曲線求出，對于 B類車也 由第 50百分位的座椅位置選擇方程求出。此時(shí)記錄下有關(guān)坐姿的數(shù)據(jù)。另外，由于心理作用，駕駛員主了保持最好的視野狀態(tài)，總希望自己的視線垂直于被觀察目標(biāo)，本能的使頭部處于位置，這樣的話，若靠背過大，就會導(dǎo)致頸部彎曲較嚴(yán)重或軀干部離開靠背支撐，從而容易產(chǎn)生疲勞，因此針對這種具體情況，有時(shí)也只能到折衷方案，如對于大中型載重車，轉(zhuǎn)向比較沉重，應(yīng)先考慮操縱的輕便性，此外考慮到整車的布置，方向管柱角度應(yīng)該大一些，同時(shí)座椅位 置較高，靠背角度要小，而對于轎車的情況正好相反，此外，踏板的位置（踵點(diǎn)）、儀表板位置和視野要求都對座椅位置的確定有影響。 圖 215 駕駛姿勢舒適角度 人在站立時(shí)，身體呈直立狀態(tài)下，脊椎呈自然 S形，但在坐姿時(shí)，上身呈非自然狀態(tài)，腰部肌肉易產(chǎn)生疲勞，且上身與大腿又呈一定角度，從而導(dǎo)致內(nèi)臟受壓迫， 所以座椅的設(shè)計(jì)首先要考慮的是如何使腰部股骨得致充分休息，且體腿夾角合理。如圖 圖 212 棍棒模型 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 16 圖 213 二維模版 圖 214 自由曲面模型 車身內(nèi)部布置方法 車身內(nèi)部布置是汽車總布置工作中的重要組成部分，影響乘坐舒適性。 1） ? ? 踵點(diǎn)于踏板支點(diǎn)保持接觸，即將踏板于地面的焦點(diǎn)作為踵點(diǎn)。對于腿上這三個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置，在正常工作姿勢下，基本上在同一垂直平面內(nèi)，因此模型就以此三點(diǎn)在同一垂直平面內(nèi)為前提，計(jì)算出膝蓋關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置。在這個(gè)局部坐標(biāo)內(nèi)以 o為原點(diǎn)，以 UAL為長度轉(zhuǎn)動(dòng) aˊ大小，得一點(diǎn)坐標(biāo) P（ x,y,z）。 有了以上假設(shè)，即可計(jì)算關(guān)節(jié)點(diǎn)位置，首先必須檢驗(yàn)可伸及性問題（以下對手握中心點(diǎn)或手觸及點(diǎn)稱為目標(biāo)點(diǎn)）即檢查目標(biāo)點(diǎn)同以肩關(guān)節(jié)點(diǎn)為中心，胳膊上為半徑的球面間的位置關(guān)系。這樣對于胳膊上這三個(gè)點(diǎn)依次相連結(jié)，可以構(gòu)成一個(gè)三角形（特殊情況下，三點(diǎn)在同一直線上）。 車身坐標(biāo)系以前后方向?yàn)?X軸，向后為正方向，高度方向?yàn)?Z軸，向上為正，寬度方向?yàn)?Y軸，向右為正。發(fā)法如下： x軸方向?yàn)殚L度或高度方向， y方向?yàn)楹穸确较?。圖 24中的 2。由于模型并不是用來檢驗(yàn)手的靈活性，只考慮了兩種在駕駛員操縱部件時(shí)兩種常用姿勢如圖 25所示，一是握手柄和方向盤的，另一種是拔按開關(guān)，按鈕的。這種假設(shè)是建立在以下認(rèn)識上的：即各民族，國家的人體在尺寸分布及結(jié)構(gòu)比例（如坐高 /身高）上存在差異，但在同一部位如肩寬與肩關(guān)節(jié)點(diǎn)中心位置之間的比例關(guān)系上應(yīng)該是相差很小的。 人不同于機(jī)械，機(jī)械運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的，大小是分系列的，二人的運(yùn)動(dòng)是無規(guī)律的，人體尺寸也是千差萬別的。 圖 22 離合踏板與車身 固定距離 (4) 操作單個(gè)踏板的最小側(cè)向間距。 3）背部和腰部的合理支承：汽車座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點(diǎn)支承，第一支承位于人體第 5～ 6胸椎之間的高度上，作為肩靠能減輕頸曲變形；第二支承設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠，能保證乘坐姿勢下近似于正常的腰曲弧線。座椅安裝位置的尺寸是很重要的，它直接影響到使用者的便利性和舒適性。 電動(dòng)汽車指全部或部分用電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的汽車。所以提高的純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)水平和自主開發(fā)能力是我們迫切需要解決的問題。無論是從低級語言到高級語言，到面向?qū)ο蟆⒚嫦蛉蝿?wù)的編程方式的發(fā)展，還是圖形終端 、鼠標(biāo)定位、窗口系統(tǒng)、多媒體、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的進(jìn)展，都體現(xiàn)了這個(gè)主題。 3）基于力特性的界面 設(shè)計(jì) 人體在不同的姿態(tài)下，用力的疲勞程度不同，操縱機(jī)器 所需的力量應(yīng)該選擇在對應(yīng)姿態(tài)下不易引起疲勞的范圍內(nèi)。未來的車身造型設(shè)計(jì)將在車身外觀設(shè)計(jì)、人機(jī)工程以及室內(nèi)環(huán)境等方面更加注意人性化的發(fā)展。這種聯(lián)合化趨勢給汽車車身生產(chǎn)商以更多的設(shè)計(jì) 創(chuàng)造、生產(chǎn)革新等方面的自主權(quán)。這種外形與現(xiàn)代發(fā)展起來的車身制造工藝很適應(yīng)。 1）、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 發(fā)展簡史 在汽車工業(yè)發(fā)展的幼年時(shí)期，汽車車身實(shí)際上就是從馬車結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)化而來，所謂的“車身工程”在當(dāng)時(shí)還是木匠的事情，只是為了使車身的各組件能大批量生產(chǎn)，將木匠的工藝加以改進(jìn)而已。 在學(xué)習(xí)和分析 座椅及踏板布置 設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)知識的基礎(chǔ)上，主要以大型工程軟件 Unigraphics NX(簡稱 UG)為設(shè)計(jì)平臺，進(jìn)行 座椅及踏板布置設(shè)計(jì) ， 研究了如何利用 UG中的 三維造型 技術(shù) —— 知識熔接，來實(shí)現(xiàn)轎車 座椅及踏板布置 設(shè)計(jì) 的 自動(dòng)化、智能化的理論和方法，并在此基礎(chǔ)上 進(jìn)行 座椅及踏板布置的校核 。 電動(dòng) 汽 車的車身外部造型的設(shè)計(jì)要求與傳統(tǒng) 汽 車的要求是一樣的。生產(chǎn)廠家為了能在市場競爭中立于不敗之地，就必須提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，所有這些迫使設(shè)計(jì)者不斷地尋求智能化的設(shè)計(jì)工具和先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。汽車市場進(jìn)入又一輪 外觀設(shè)計(jì)的競爭，這給汽車車身的設(shè)計(jì)在新材料、一體化等基礎(chǔ)上又增添了新的焦點(diǎn)。作為汽車主要總成之一的汽車車身的輕型化是大勢所趨。 本文研究的內(nèi)容及意義 汽車是人的代行工具，與人在日常生活中息息相關(guān)，己形成獨(dú)特的汽車文化。人在生活和勞動(dòng)中又具有各種不同的形態(tài)，人體在不同的姿態(tài)下工作，全身的骨頭和關(guān)節(jié)處于不同的相對位置，全身的肌肉處于不同的緊張狀態(tài)，心臟負(fù)擔(dān)不同，疲勞程度也不同。 4）基于人腦特性的界面 設(shè)計(jì) 人腦對事物的認(rèn)識和反應(yīng)有自己的特點(diǎn)，體現(xiàn)在他的行為和對外界的反應(yīng)中。從當(dāng)前中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和國民收入的情況 來看，純電動(dòng)汽車不僅適合國情，而且是能夠快速進(jìn)入中國家庭的車型。電動(dòng)汽車具有高效、節(jié)能、低噪聲、零排放等顯著優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保和節(jié)能方面具有不可比擬的優(yōu)勢，因此它是解決上述問題的最有效途徑。 電動(dòng)機(jī) 離合器 減速器 差速器 車輪 蓄電池 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 5 2 汽車座椅及踏板布置的設(shè)計(jì)與校核 布置設(shè)計(jì)要求 座椅布置要求 駕駛座椅的布置是轎車總布置的關(guān)鍵之一。 座椅的人機(jī)工程學(xué)要求 1）各部貼合感：要求座椅靠背和坐墊的形狀與人體背部、臀部及大腿底面的形狀相貼合。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 6 (2) 踏板間距。由于轉(zhuǎn)向管柱略向前傾，所以離合器踏板同轉(zhuǎn)向管柱是交錯(cuò)的，沒有干涉問題的存在。尤其對于工程應(yīng)用來說，要模擬各關(guān)節(jié)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)是比較困難的，也不太必要，設(shè)計(jì)者所關(guān)心的只是在對肢體運(yùn)動(dòng)及構(gòu)造簡化的前提下，對人體靜態(tài)動(dòng)態(tài)空間進(jìn)行客觀的描述，如人體的高度和關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍。 圖 23 圖 24 1 頭頸部 2 軀干 3 上臂 4前臂和手 5 大腿 6 小腿 7 腳 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 9 在模型建立中把手和前臂作為一個(gè)整體加以簡化。 軀干部分是幾大部分中最為復(fù)雜的，自由度大。這樣對人體處于某一姿勢時(shí)，在三維空間中確定出各塊的局部坐標(biāo)系，然后再在各局部坐標(biāo)系中，描繪出各組 成塊，就可構(gòu)成整個(gè)三維人體幾何模型。 圖 26 圖 27 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 11 各部分的局部坐標(biāo)系卻確定后，建立各塊的三維曲面模型如圖 24所示各塊。這樣就假設(shè)頸關(guān)節(jié)點(diǎn)直接位于肩關(guān)節(jié)中心的垂直向上的位置上。但通常在駕駛員的正常的工作姿勢下，有一點(diǎn)是可以肯定的，就天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 13 是使胳膊處于比較省勁舒適的姿勢。如圖 210（ 1） 利用此三角形進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，可求得肘關(guān)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。每次循環(huán)后檢查目標(biāo)點(diǎn)是否仍不可伸及，此過程循環(huán)進(jìn)行，直至目標(biāo)點(diǎn)在手伸及球面上或球面內(nèi)。 ? = 其中 Z為踵點(diǎn)到最后 H點(diǎn)的垂直距離，單位為 :cm. ? 單位為：角度。 經(jīng)過以上討論分析，已知了建立幾何模型所需的各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值。日本大友良之教授長期研究表明座椅靠背角在 110～ 120度范圍內(nèi)變化時(shí)，駕駛員的舒適坐姿下的脊椎形狀非常相似，由此 可認(rèn)為可在一固定的脊柱形狀下來研究駕駛員的坐姿，特別在高速公路上，經(jīng)大友良之教授觀測試驗(yàn)表明，幾乎所有駕駛員在外觀上看來，某坐姿在整個(gè)工作過程中變化很小。然而由人機(jī)工程學(xué)理論可知方向盤管柱越趨向直 立位置，駕駛員操作時(shí)越便于施展全身力量，即從手臂到背部的肌肉都能參與轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤。 圖 216 A類車 圖 217 B類車 A類車指符合以下條件的汽車： H點(diǎn)高度（ H30）＜ 405mm 方向盤直徑＜ 450mm B類車指符合以下條件的汽車： 405＜ H30＜ 530 方向盤直徑在 450～ 560mm 間 駕駛員座椅位置選擇模型對于 A類是二次曲線， B類車是直線，這是由數(shù)據(jù)擬合得到的。 圖 218 拇指基準(zhǔn)點(diǎn)與踵點(diǎn) B類車：公式 如下 按 50/50、 75/2 90/10或 95/5 三種男女比例分類 男女駕駛員比為 50/50： ＝ － Z X95＝ － Z X90＝ － Z X50＝ － Z (24) X10＝ － Z X5＝ － Z ＝ － 拇指基準(zhǔn)點(diǎn) 踏平面 踵點(diǎn) 拇指基準(zhǔn)點(diǎn) 踏平面 踵點(diǎn) 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 20 男女駕駛員比為 75/25： ＝ － Z X95＝ － Z X90＝ － Z X50＝ － Z (25) X10＝ － Z X5＝ － ＝ － 男女駕駛員比為 91/10或 95/5時(shí)： ＝ － Z X95＝ － Z X90＝ － X50＝ － Z (26) X10＝ － Z X5＝ － ＝ － 其中 X是 H點(diǎn)相對于踵點(diǎn)的水平距離，其余同 式 21注釋，式 21和 22可用于設(shè)計(jì)和校核。 駕駛員手伸及界面是指駕駛員以正常姿勢坐在座椅中，身系安全帶，右腳支撐于油門踏板踵點(diǎn)上，一手握住方向盤時(shí)，另一只手所能伸及的最大輪廓空間，這個(gè)輪廓天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 21 空間近似為橢球面如圖 219和圖 220所示 圖 219 手伸及界面 圖 220 手伸及界面在車身中的實(shí)際形狀及位置 由手伸及界面的定義可知，在正常坐姿下，由于安全帶的約束，踵點(diǎn)支撐和方向盤限制，最大伸及空間一方面于駕駛員自身伸及能力有關(guān)，另一方面必然與駕駛室內(nèi)有關(guān)裝置相關(guān)如圖 221所示 圖 221 于手伸及界面有關(guān)的駕駛室尺寸 駕駛員的自身伸及能力可以通過各種不同百分位和男女比例來加以區(qū)別。建立相關(guān)矩陣，然后求取相關(guān)陣的最大特征值所對應(yīng)的綜合變量表達(dá)式。 首先這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有一定的適應(yīng)范圍： 座椅靠背角 ： β 9186。 6）根據(jù) 2）中得到的 G值和以確定的男女駕駛員比例。 b)平行于方向盤平面且向下相距 170mm的平面。設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮空間的合理安排，即要求踏板之間，踏板與前圍之間，小腿與儀表板下緣之間，大腿與方向盤下緣之間要有合適的間隙，以保證操縱踏板時(shí)，不發(fā)生相互干涉，同時(shí)油門踏板要長時(shí)間踩下；這就要考慮怎樣發(fā)揮最佳作用力的問題 人機(jī)工程學(xué)的研究成果為解決次問題提供了依據(jù)，如圖 223 所示為踏