【正文】 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的適應(yīng)能力。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 31 3 H 點(diǎn)的計算 H點(diǎn) (HIPPOINT)位置是汽車車身設(shè)計以及座椅設(shè)計中的重要參考位置，本文從舒適性的角度，結(jié)合中國人的人體尺寸對 H點(diǎn)研究， 給座椅設(shè)計以及 H點(diǎn)位置布置提供一些參考。由攝影法獲得的位置數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計分析后得知，兩膝特征點(diǎn)的分布圖形皆為橢圓。由圖示 224 可知，駕駛員可以施加最大作用力的踏板位置，同時也是較舒適的位置。找到 ISO3958中對應(yīng)表格。 G因子的計算表達(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。設(shè)計時在已知 H點(diǎn)高度和適應(yīng)級后，即可由公式算得適宜的 H點(diǎn)水平行程，如要求設(shè)計達(dá)到 90%的適應(yīng)級，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。反之，則只能靠手臂部分的肌肉施加力量。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)成一個邊疆的三維人體模型。當(dāng)然這種循環(huán)是有條件限制的，程序中給出了兩個限制條件：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)。根據(jù)這種情況，在建立模型時認(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。由局部坐標(biāo)系的 確定方法可知，在建立各局部坐標(biāo)時，必須已知各相應(yīng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置（三維坐標(biāo)值）。由于主要組成部分胸腰兩塊以脊柱為連結(jié)。而我國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)簡化數(shù)據(jù)，在這種總情況下只能參照國外相應(yīng)資料并進(jìn)行某些適當(dāng)?shù)募僭O(shè)。踏板間距以兩個踏板在參考平 面 P上 投影之間的最小距離來測量 ,圖 21 所示 ,踏板之間的最小距離是指加速踏板和制動踏板及制動踏板和離合踏板之間 的最小距離。駕駛座椅的調(diào)整應(yīng)能夠使駕駛員相對方向盤、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。 目前，國內(nèi)的純電動汽車設(shè)計水平與國外相比，還有比較大的差距。 設(shè)計 一臺機(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人體進(jìn)行支撐，并適當(dāng)?shù)夭贾帽徊僮鲗ο蟮奈恢?，從而減少疲勞和誤操作 。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。 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、從簡單到復(fù)雜、從單方面到多方面的發(fā)展過程。 整理了 一 些 轎車 座椅及踏板布置 的基本技術(shù)參數(shù)，并對作了初步的分析 ， 了解了 車身外形設(shè)計 的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 。車身造型顯得樸實(shí)含蓄、線條明晰優(yōu)美。車身造型設(shè)計必須以人為本，體現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)，使用操作方便、舒適，使汽車適應(yīng) 人的各種生理和心理要求，從而提高工作效率、保障安全、維護(hù)健康。對于協(xié)助人腦進(jìn)行工作的計算機(jī)，如何進(jìn)行人機(jī)界面的 設(shè)計 一直是熱門的論題。電動汽車勢必成為 2 1 世紀(jì)重要的綠色交通工具。 2）橫向穩(wěn)定性 ： 汽車轉(zhuǎn)彎時，人體承受橫向加速度，為了提高乘員的身體保持性， 要求座椅的側(cè)面稍加高，以便兩跨和大腿部能輕輕支承身體。同樣，有了這些數(shù)據(jù)，我們可以建立起人體的三維幾何模型，這就需要對人體進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕? 手的姿勢簡化，手是人體結(jié)構(gòu)較為靈活的部分，結(jié)構(gòu)復(fù)雜關(guān)節(jié)眾多。具體過程如下： 。腕關(guān)節(jié)點(diǎn)在同一直線上。在三角形 SAH中利用三角函數(shù)求得 SA于 SH的夾角 a如下： a=cos1 UALD FALUALD ?? ??2 222 把 a轉(zhuǎn)為角度值 aˊ。分別為 ? ≥ ? 何 ? ? 兩種情況。這表明隨著道路條件和乘坐環(huán)境的改善，駕駛員可以同一姿勢長時間工作，其坐姿更接近于靜態(tài)時的狀態(tài)，所以本文僅以駕駛員靜態(tài)坐姿作為車身內(nèi)部的布置依據(jù)。首先選擇了 14種不同的車輛，對受測試人員按年齡和性別進(jìn)行組合，以代表正常的駕駛員群體，每個車輛測試 40～ 120個試驗天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 19 者的數(shù)據(jù)，測試過程中座椅調(diào)節(jié)量按照生產(chǎn) 廠家的給定值，方向盤位置、座高、靠背角都是固定的，要求受測試者坐在座椅上并調(diào)節(jié)到自己適宜的位置。 ISO3985標(biāo)準(zhǔn)中將G因子分成 7檔： G , G , G , G , G , 4G , G 男女比例分為三種： 50/50 75/25 90/10 標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù) 3種男女比例和 7檔 G因子，給出了 21張表格 ,來表示手伸及界面， 依據(jù)此表格可來檢驗操作部件的位置是否在手伸及界面內(nèi)。 方向盤傾斜角 ： a 10186。 d)通過方向盤軸線的兩相交平面，兩垂直相交平面與過方向盤中心的縱向平面成的夾角分別為 40186。 頭部包絡(luò)線 頭部包絡(luò)線是指不同百分位的身材的駕駛員和成員在乘坐姿勢狀態(tài)下的頭廓線的包絡(luò)線，如圖 226，而頭廓線是駕駛員和乘員頭部特征點(diǎn)的統(tǒng)計位置繪制的，表示乘坐狀態(tài)下頭部外形輪廓線，如圖 的眼點(diǎn)沿著相應(yīng)百分位和 H點(diǎn)水平調(diào)節(jié)量確定的眼橢圓上半部分運(yùn)動時，并保持兩樣板上的自身坐標(biāo)平行，描繪出頭廓線運(yùn)動時的包絡(luò)線，便是頭廓包絡(luò)線。單位都是 mm。這三者的關(guān)系可以用圖 1來表示。二維人體模型在簡化時沒有考慮脊柱的柔性，也沒有考慮橫向位置的變化。對于座椅制造商來說，需要給整車廠提供符合要求的座椅，除了要求合理的體壓分布，良好的減震性能，良好的穩(wěn)定性等舒適性要求，首先要滿足 H點(diǎn)的位置要求，以保證座椅能夠調(diào)整到讓駕駛員感到舒適的位置。 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 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 29 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ 左膝部包絡(luò)線圓心相對于定位參考點(diǎn)的偏移量。側(cè)窗玻璃的傾斜度，車門內(nèi)表面得位置，與此相似，可進(jìn)行后排座處相關(guān)尺寸確定。 b)平行于方向盤平面且向下相距 170mm的平面。 首先這個標(biāo)準(zhǔn)有一定的適應(yīng)范圍： 座椅靠背角 ： β 9186。 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，另一只手所能伸及的最大輪廓空間，這個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。 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。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，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表明，幾乎所有駕駛員在外觀上看來，某坐姿在整個工作過程中變化很小。 ? = 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。如圖 210（ 1） 利用此三角形進(jìn)行有關(guān)計算，可求得肘關(guān)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。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。這樣對人體處于某一姿勢時，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)成整個三維人體幾何模型。 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整體加以簡化。由于轉(zhuǎn)向管柱略向前傾，所以離合器踏板同轉(zhuǎn)向管柱是交錯的，沒有干涉問題的存在。 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。電動汽車具有高效、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。 4）基于人腦特性的界面 設(shè)計 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。 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。汽車市場進(jìn)入又一輪 外觀設(shè)計的競爭，這給汽車車身的設(shè)計在新材料、一體化等基礎(chǔ)上又增添了新的焦點(diǎn)。 電動 汽 車的車身外部造型的設(shè)計要求與傳統(tǒng) 汽 車的要求是一樣的。 1）、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計 發(fā)展簡史 在汽車工業(yè)發(fā)展的幼年時期，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。這種聯(lián)合化趨勢給汽車車身生產(chǎn)商以更多的設(shè)計 創(chuàng)造、生產(chǎn)革新等方面的自主權(quán)。 3）基于力特性的界面 設(shè)計 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)。所以提高的純電動汽車設(shè)計水平和自主開發(fā)能力是我們迫切需要解決的問題。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。 圖 22 離合踏板與車身 固定距離 (4) 操作單個踏板的最小側(cè)向間距。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。圖 24中的 2。 車身坐標(biāo)系以前后方向為 X軸，向后為正方向，高度方向為 Z軸，向上為正，寬度方向為 Y軸，向右為正。 有了以上假設(shè)，即可計算關(guān)節(jié)點(diǎn)位置，首先必須檢驗可伸及性問題（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。對于腿上這三個關(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，計算出膝蓋關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置。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。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。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。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。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。 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。如圖 228所示。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。另外 SAE J1517中的適應(yīng)性模型是基于