【正文】 考桿圖41 SAE J826人體模板根據(jù)人體的舒適坐姿和汽車設(shè)計(jì)對(duì)人體的布置要求，對(duì)座椅進(jìn)行布置并確定座椅與操縱裝置的相對(duì)位置；按舒適坐姿選擇座椅的座面高度、座寬、座深、座面傾角、靠背的高、靠背與座面夾角；按汽車中利用人體樣板進(jìn)行人體布置的原則，來(lái)確定座椅與操縱裝置的相對(duì)位置，確定出座椅與方向盤和加速踏板的相對(duì)位置，同時(shí)確定座椅的水平調(diào)節(jié)量和垂直調(diào)節(jié)量。人體與座椅之間的壓力分布稱為坐姿的體壓分布，坐姿的體壓分布是影響乘坐舒適性的重要因素。人就坐時(shí)，身體重量的大部分(約80％)經(jīng)過(guò)臀部、背部隆起部分及其附著的肌肉壓在座椅面上。座椅各部位的受力分布如圖42。每塊長(zhǎng) cm圖42座椅各部位的受力分布 座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計(jì)座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計(jì)須考慮的因素很多，可以概括為以下基本原則：1 )座椅的形式和尺度與其功用有關(guān)；2 )座椅的尺度必須參照人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)確定；3 )座椅可適當(dāng)?shù)蚬?jié)，以滿足坐姿變換：4 )座椅所使用的材料應(yīng)適應(yīng)人體的舒適性；5 )座椅的位置要與其作業(yè)空間相協(xié)調(diào)，便于人員作業(yè)。由坐姿生物力學(xué)分析，最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略向上后傾斜，保持上體與大腿間角在90186?！?15186。同時(shí)，小腿向前伸，大腿與小腿、小腿與腳掌之間也應(yīng)達(dá)到一定角度，如圖5所示。另外，根據(jù)駕駛室的微氣候環(huán)境，調(diào)整座椅表面的溫濕度特性，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)人圖43 舒適的坐姿關(guān)節(jié)角度體代謝，達(dá)到減輕疲勞的目的。如提高座椅材料的呼吸能力，增加材料的透氣性，在不同的季節(jié)條件、溫濕環(huán)境下使用不同的座椅面料，以及在中高檔汽車中采用主動(dòng)通風(fēng)式座椅，消除駕駛員在座墊表面和背部表面所產(chǎn)生的熱量，使人體與座椅接觸區(qū)保持適宜的溫濕度等措施均能改善座椅表面的溫濕度特性，減輕駕駛疲勞。由于汽車駕駛的特點(diǎn)，在駕駛座椅設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮座椅與空間的協(xié)調(diào)問(wèn)題，駕駛空問(wèn)以坐姿活動(dòng)空間為依據(jù)。圖44列出了駕駛作業(yè)空間設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。10186。θ1120186。 15186。θ235186。 80186。θ390186。90186。θ4115186。 100186。θ5120186。 85186。θ695186。 圖 43 舒適的坐姿關(guān)節(jié)角度圖44 駕駛作業(yè)空間設(shè)計(jì) 座椅的動(dòng)態(tài)舒適性設(shè)計(jì)駕駛用座椅動(dòng)態(tài)舒適性主要與振動(dòng)特性有關(guān)。對(duì)于有懸架的座椅系統(tǒng)，影響其動(dòng)態(tài)特性的因素有：座墊的剛度和阻尼系數(shù)，懸掛系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度和阻尼系數(shù)以及座椅系統(tǒng)連接件的摩擦；對(duì)于懸架座椅系統(tǒng)主要考慮坐墊的剛度、阻尼以及座椅鋼架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能。剛度決定座椅的共振頻率，而阻尼系數(shù)決定座椅的振動(dòng)衰減特性。雖然座椅系統(tǒng)的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)連接的摩擦?xí)绊懻麄€(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但由于質(zhì)量和摩擦受其他因素限制而不會(huì)變化太大所以，剛度參數(shù)于阻尼系數(shù)就成為影響整個(gè)座椅系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的主要因素。影響駕駛疲勞的振動(dòng)主要是行駛中因道路凹凸不平而引起車輛隨機(jī)振動(dòng)和車輛本身的機(jī)械振動(dòng)，以及繞這三個(gè)方向的角振動(dòng)。其中垂直振動(dòng)和繞縱、橫坐標(biāo)軸的角振動(dòng)對(duì)人體的影響較大。振動(dòng)通過(guò)座椅傳遞到人體的臀部、后背部而引起全身性振動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)汽車座椅時(shí)應(yīng)盡量隔離人體敏感的振動(dòng)。在座椅設(shè)計(jì)中可采取如下措施：減小座椅共振頻率，降低對(duì)人體最有影響的高頻區(qū)；降低共振時(shí)的振動(dòng)傳遞率；降低乘員10Hz附近的振動(dòng)傳遞率，以減輕彈簧以下的共振的影響和減少來(lái)自座椅靠背的高頻振動(dòng)；把路面一輪胎、懸架、座椅一人三者看作一個(gè)整體大動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，尋求在各種路面隨機(jī)輸入情況下使乘員不易疲勞的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。另外，對(duì)于座椅的動(dòng)態(tài)特性按照傳入人體的能量最小、使人體在感頻率區(qū)域動(dòng)態(tài)響應(yīng)最小、傳給人體的加速度均方根值最小等目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，與汽車的其他減振系統(tǒng)相匹配，使人體處于更合適的振動(dòng)環(huán)境，這些都是減輕駕駛疲勞的重要措施。綜上所述，人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于汽車座椅設(shè)計(jì)，能使座椅符合人體需求，從而保證乘坐和駕駛的舒適性和行車安全性。能提高人車接口的設(shè)計(jì)水平。隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用的不斷深入，人機(jī)工程應(yīng)用在汽車設(shè)計(jì)中的方法也更加精確，人機(jī)工程學(xué)將更注重人的信息處理能力，更注重人一機(jī)一環(huán)境的完整研究，并運(yùn)用系統(tǒng)論、信息論等新興科學(xué)來(lái)研究這個(gè)新的系統(tǒng)，以創(chuàng)造出更適合于人類使用的汽車，使人機(jī)系統(tǒng)的綜合效能達(dá)到最佳水平。 對(duì)人體坐姿實(shí)際情況進(jìn)行校核人機(jī)工程是上世紀(jì)50年代迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科,它主要研究工程技術(shù)設(shè)計(jì)如何與人體尺寸、生理和心理特性相適應(yīng)的問(wèn)題, 因此,又稱宜人設(shè)計(jì)法、人類工程學(xué)或人體工程學(xué)等。人機(jī)工程的最大特點(diǎn)是把人看成是系統(tǒng)中的一個(gè)組成元素,以人為主體來(lái)詳細(xì)分析人與機(jī)器之間的相互協(xié)調(diào)的工作, 使整個(gè)系統(tǒng)工作達(dá)到最優(yōu)化。這就要求設(shè)計(jì)機(jī)器和環(huán)境時(shí)要考慮人的因素,即要適宜于人體尺寸、生理和心理特性, 適宜于人的使用和操作, 給人創(chuàng)造一個(gè)舒適、安全可靠的工作環(huán)境,保證高效率工作。也就是說(shuō), 人體工程所要研究的任務(wù)是建立最佳的人—機(jī)器—環(huán)境系統(tǒng)。人駕駛汽車在道路上行駛時(shí)所建立的人—汽車—道路系統(tǒng)是典型的人—機(jī)器—環(huán)境系統(tǒng)。因此,在汽車設(shè)計(jì)中,為了使車內(nèi)布置有利于減輕駕駛和乘坐的疲勞程度, 設(shè)計(jì)中必須考慮人體的舒適姿勢(shì)要求。最新的研究成果顯示，影響駕駛坐姿的主要因素包括兩大方面：1）汽車的操作界面結(jié)構(gòu)：它們主要是指汽車方向盤的大小、方向盤與加速踏板制動(dòng)踏板的距離、儀表板各旋紐的布置以及汽車座椅的結(jié)構(gòu)等。2）汽車駕駛者個(gè)人因素：包括駕駛者的身高、腿長(zhǎng)、手臂長(zhǎng)度、駕駛習(xí)慣等等。其中一個(gè)重要的影響因素是駕駛者舒適地操縱各種踏板的位置。根據(jù)假人試驗(yàn)結(jié)果，在安全氣囊展開過(guò)程中，駕駛者受到傷害的程度與駕駛者坐姿距離方向盤距離有密切的聯(lián)系。由于駕駛坐姿方面的原因，在交通事故中：小個(gè)子女性駕駛者比中等個(gè)子的男性駕駛者更容易導(dǎo)致頸部受傷；駕駛時(shí)人的胸部與方向盤的距離大于25cm后，能夠顯著地降低駕駛者在事故中胸部和頸部受傷的比例；駕駛者特別是不使用或不能正確使用安全帶的駕駛者，以及較小個(gè)子的女性駕駛者或年齡較大的老年駕駛者，駕駛時(shí)距離方向盤越近越危險(xiǎn)。　　美國(guó)的兩項(xiàng)研究表明：從駕駛者性別方面看，目前女性駕駛者中至少有10％是身高在154cm以下的小個(gè)子?jì)D女。在駕駛汽車的過(guò)程中，男性駕駛者與女性駕駛者相比，女性更傾向于將胸部靠近方向盤。由于身高等方面的原因，在這些傾向于靠近方向盤的婦女中，65％屬于小個(gè)子?jì)D女駕駛者，她們中有35％的人在駕駛汽車過(guò)程中胸部距離方向盤小于25cm。在身高大于154cm的婦女駕駛者中，常常只有2％左右的人在駕駛時(shí)胸部距離方向盤小于25cm。在那些坐姿過(guò)于靠近方向盤的女性駕駛者中，大部分(66％)人在駕駛過(guò)程中胸部距離方向盤23—25cm，17％的人該距離為20—23cm，另17％小于20cm?！　能囆头矫婵?，汽車的內(nèi)部界面及其結(jié)構(gòu)對(duì)駕駛坐姿的影響是十分顯著的。小個(gè)子?jì)D女在駕駛大型轎車時(shí)，有40％的人的胸部離方向盤的距離小于25cm，而當(dāng)她們駕駛小型轎車時(shí)，只有27％左右的人這個(gè)距離小于25cm?！　榱嗽隈{駛過(guò)程中保證安全，可以采取一系列的措施：　　正確使用安全帶：這有兩層含義，一是要堅(jiān)持使用安全帶，二是要正確使用安全帶?！　≌_調(diào)整座椅的高度和角度：為了滿足座椅的不同要求，現(xiàn)在的汽車座椅具備了多種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。例如，前后滑動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、座椅升降機(jī)構(gòu)、靠背傾斜機(jī)構(gòu)、頭枕高低與前后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、座椅長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。轎車駕駛者特別是小個(gè)子駕駛者應(yīng)該充分利用這些調(diào)節(jié)功能，使自己盡量在駕駛中能夠保持胸部與方向盤距離大于25cm。 在技術(shù)人員的指導(dǎo)下正確調(diào)整方向盤的角度，以既保持舒適的駕駛操縱，又保持正確的坐姿。如果這些措施還不能使您在保持舒適駕駛前提下，讓胸部與方向盤距離大于25cm的話，建議您使用裝備了安全氣囊的小型轎車。人體的舒適姿勢(shì)：人體駕駛的舒適和疲勞程度與設(shè)計(jì)中選擇的人體各關(guān)節(jié)角度所確定的駕駛姿勢(shì)有關(guān)。圖45 給出了駕駛員舒適駕駛姿勢(shì)所要求的人體生理角度范圍。駕駛員的舒適駕駛隨著車型的不同而變化,往往各自選擇的舒適姿勢(shì)下的關(guān)節(jié)角度有較大的差別。對(duì)于轎車,通常腳角A1為87176。,最大不超過(guò)130176。膝角A2從112176?！?18176。為好。人體軀干與大腿的交角A3最小以105176。為宜,在110176?！?15176。的范圍為最理想。背角A4最大不超過(guò)33176。,最舒適為23176。肘角A6最好為105176。圖45 舒適駕駛姿勢(shì)下的人體生理角度范圍 汽車駕駛舒適性評(píng)價(jià)駕駛區(qū)(轎車和微型車)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是三維人體模型在駕駛室內(nèi)的定位,即確定設(shè)計(jì)H點(diǎn)。根據(jù)加速踏板、地板的位置確定踵點(diǎn)AHP,以它作為人體布置基準(zhǔn),分別將95%、50%和5%百分位的人體模型放入,調(diào)整各人體模型的姿勢(shì),使人體的軀干和上、下肢均處于最佳的活動(dòng)范圍。得到3種人體百分位布置的設(shè)計(jì)H點(diǎn)H9H50和H5。由H95和H5確定座椅的水平和垂直調(diào)節(jié)量。根據(jù)95%人體模型畫出人體布置的輪廓形狀曲線。駕駛員駕駛姿勢(shì)校核是對(duì)已有車輛采用三維人體模型進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)方面的驗(yàn)證,其流程如圖46所示,先確定踵點(diǎn)位置,根據(jù)座椅參考點(diǎn)R,95%百分位人體模型的踵點(diǎn)和H點(diǎn)分別與實(shí)際踵點(diǎn)(根據(jù)踏板位置確定)和R點(diǎn)重合,軀干姿勢(shì)由座椅靠背角確定,即可確定人體軀干和下肢的位置,獲得坐姿角。判斷各坐姿角是否在舒適姿勢(shì)或便于施力的角度范圍內(nèi)。圖46 汽車駕駛室乘坐舒適性一般流程在U G平臺(tái)下,利用UG二次開發(fā)工具開發(fā)出對(duì)汽車駕駛區(qū)駕駛員駕駛姿勢(shì)校核, 從而驗(yàn)證汽車布置中腳踏板和駕駛員座椅布置是否合理。利用該校核系統(tǒng), 對(duì)本車進(jìn)行校核, 其校核結(jié)果下如圖所示。參照樣車，確定以下參數(shù)：其中：L31 — 座椅H點(diǎn)X向坐標(biāo)值 1269mmW20 — 座椅H點(diǎn)Y向坐標(biāo)值 325mmH70 — 座椅H點(diǎn)Z向坐標(biāo)值 572mmA40 — 座椅靠背角 20186。其中：L8 — 腳踏板的踵點(diǎn)X向坐標(biāo)值 469mmH8 — 腳踏板的踵點(diǎn)Z向坐標(biāo)值 247mmA7 — 腳踏板的平面角度 51186。其中：L11 — 腳踏板的踵點(diǎn)至方向盤中心X向坐標(biāo)值 460mmH17 — 腳踏板的踵點(diǎn)至方向盤中心Z向坐標(biāo)值 650mmA18 — 方向盤角度 22186。W9 — 方向盤最大外直徑 380mm根據(jù)以上參數(shù)，我們選用95百分位人體樣板模型，布置出腳踏板的位置如下圖： 檢查結(jié)果如下：即我們所布置的人體坐姿滿足SAE標(biāo)準(zhǔn)，符合操作舒適性要求。 儀表板以及操縱件和操縱手柄的位置布置為使駕駛員操縱方便，手控制件和操縱手柄應(yīng)布置在駕駛員的手伸及界面之內(nèi)，而且是最省力的部位，一般在H點(diǎn)以上178mm～203mm的范圍是人體操縱的舒適點(diǎn)。通過(guò)對(duì)人體的操縱范圍進(jìn)行測(cè)量，得到影響駕駛員手伸及界面位置的主要因素是駕駛員座的最后H點(diǎn)位置，而此點(diǎn)的位置確定與加速踏板的位置直接有關(guān)，又是布置座椅的依據(jù)。因此，將手操縱件布置在手伸及界面內(nèi)，也就是使踏板位置、手操縱件位置以及座椅位置相互有機(jī)地形成一個(gè)駕駛區(qū)域整體，從而保證駕駛員方便操縱。由于儀表板上的手操縱件的位置就是儀表板表面的位置，考慮到儀表板的橫向布置和板面整體造型、風(fēng)格、以及組合儀表座的造型，便可確定儀表板的斷面形狀和位置。儀表板的上表面高度應(yīng)由5%百分位的人體尺寸來(lái)確定，并與前風(fēng)窗玻璃下沿和上端的高度相協(xié)調(diào)。目前，從擴(kuò)大活動(dòng)空間出發(fā)，將儀表板下降和往前擠，已成為儀表板不知的主流，也有利于加大前方視野。此外，在儀表板前面與方向盤之間要留有足夠的操縱空間。 在車輛的中心對(duì)稱面，駕駛員對(duì)稱面和前排乘客對(duì)稱面等位置處分別作出儀表板的斷面輪廓線和組合儀表座的輪廓線。在儀表板的前表面上布置各手控制及顯示裝置和儀表，其橫向位置的確定應(yīng)服從重要性原則。即各按鈕、開關(guān)以及裝備應(yīng)按其在使用中的重要性來(lái)布置。重要的和常用的按鈕、開關(guān)和儀表應(yīng)布置在最佳的手操縱區(qū)域或最佳的視野范圍內(nèi)。組合儀表不僅要布置在視野的正前方，儀表板與視線垂直，而且各表的布置也要符合最重要性原則。這將有利于提高操縱方便性、準(zhǔn)確性、安全性和減少駕駛疲勞。對(duì)于組合儀表座的遮光罩設(shè)計(jì)，要符合造型和遮光作用。其形狀大小要能遮住從儀表表面發(fā)出的光線經(jīng)前風(fēng)窗玻璃的反射不能達(dá)到駕駛員眼睛所在的位置，或遮擋外界光線直接照射在儀表表面上產(chǎn)生的反射光線對(duì)駕駛員視覺(jué)的干擾。在儀表板的前面開設(shè)通風(fēng)口，一般設(shè)置4個(gè)。其中兩側(cè)各有1個(gè)為前排乘員提供風(fēng)量，而中間2個(gè)則為后排乘員提供風(fēng)量。此外，在儀表板表面上設(shè)置除霜吹氣口，在車內(nèi)下部適當(dāng)?shù)胤皆O(shè)置暖風(fēng)出風(fēng)口等。儀表板下面的弧度、形狀和高度，應(yīng)按95％百分位的人體尺寸來(lái)確定，同時(shí)要有足夠的空間來(lái)布置制動(dòng)踏板、離合器踏板等，其極限高度一般以腳踏制動(dòng)器踏板旋轉(zhuǎn)成直立時(shí)腳尖的上限為準(zhǔn)。 校核結(jié)論如上人體校核實(shí)例, 駕駛員坐姿際情況，我們認(rèn)為以上數(shù)據(jù)基本在國(guó)標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)，即在人體坐姿滿足乘坐要求的情況下，各操縱控制件以及各踏板的布置均在該人體模型手臂覆蓋范圍內(nèi)及腳步覆蓋范圍內(nèi)，各儀表均在人體模型視野所及范圍內(nèi)。由此可知，本車總布置駕駛區(qū)內(nèi)尺寸基本滿足國(guó)標(biāo)要求，即符合GB/T 130531991作出的相關(guān)規(guī)定。總 結(jié)本論文以汽車座椅及踏板布置為例，結(jié)合人體測(cè)量的實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)確定乘坐姿勢(shì)的舒適性和安全性等方面因素對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)以及零部件的選配。電動(dòng)汽車的車身內(nèi)部造型的設(shè)計(jì)要求與傳統(tǒng)汽車的要求是一樣的。本次設(shè)計(jì)初步搜集幾款世界上各品牌(包括中國(guó)本土)的轎車座椅及踏板布置設(shè)計(jì)的資料。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(duì)作了初步的分析，了解了車身外形設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。在學(xué)習(xí)和分析座椅及踏板布置中的設(shè)計(jì)規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的基礎(chǔ)上，主要以大型工程軟件Unigraphics NX(簡(jiǎn)稱UG)為設(shè)計(jì)平臺(tái)，進(jìn)行人體模型的建立對(duì)汽車座椅及踏板布置設(shè)計(jì)進(jìn)行校核，研究了如何利用UG中的三維造型技術(shù)——知識(shí)熔接，賦予計(jì)