【正文】 ，肘關節(jié)點，目標點 在三維空間中對肘關節(jié)點的求解比較麻煩，可能用到坐標平移及旋轉(zhuǎn)變換矩陣的，本文對此采用了 Auto CAD軟件中的幾個功能組合在一起來 解決這個問題。在這個局部坐標內(nèi)以 o為原點，以 UAL為長度轉(zhuǎn)動 aˊ大小，得一點坐標 P（ x,y,z）。 天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 14 圖 210（ 2） S、 A、 H分別表示肩關節(jié)點，肘關節(jié)點，目標點 2） D2= AL2 即目標點在球面上如圖 210，此時目標點，肘關節(jié)點，肩關節(jié)點共線。即靠背角（ AL40）數(shù)值依次減少 1186。當然這種循環(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)。對于腿上這三個關節(jié)點的位置，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在同一垂直平面內(nèi)為前提，計算出膝蓋關節(jié)點的位置。他是在已知踵點和踏平面角度后計算而得到的。利 用以下公式求出踏平面角 ? 的值。 求出 ? 值后同 ? 值相對比從而求出踵點位置。 1） ? ? 踵點于踏板支點保持接觸，即將踏板于地面的焦點作為踵點。 ? ， ? 的角度值，支點 坐天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 15 標值，利用三角幾何關系即可求得踵點坐標值。 圖 211 求出踝關節(jié)點坐標后，已知大腿長 TL，小腿長 LL后，利用求肘關節(jié)點相同的方法即可求得膝關節(jié)點的坐標。依照前面所述建立局部坐標的方法，建立起相應的局部坐標秒，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，在相應位置加以顯示，從而構成一個邊疆的三維人體模型。如圖 圖 212 棍棒模型 天津工程師范學院 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。它主要包括乘坐姿勢和操縱機構的合理安排，座椅的布置，內(nèi)部空間設計和 視野設計等，下面分別對乘坐姿勢、操縱機構、空間尺寸確定加以討論。在汽車行駛過程中，駕駛員由于操作或疲勞等因素需要調(diào)節(jié)姿勢，所以駕駛員的坐姿是動態(tài)的，而這種動態(tài)的姿勢改變基本上以人體的髖關節(jié)點連線為軸前后彎曲。可以說是以同一姿勢駕駛天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 17 汽車的。 圖 215 駕駛姿勢舒適角度 人在站立時，身體呈直立狀態(tài)下，脊椎呈自然 S形，但在坐姿時，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，從而導致內(nèi)臟受壓迫， 所以座椅的設計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。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。 ,同時還要求座椅高度小一些，這樣駕駛員操作時比較舒適。反之，則只能靠手臂部分的肌肉施加力量。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，本能的使頭部處于位置，這樣的話，若靠背過大，就會導致頸部彎曲較嚴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）、儀表板位置和視野要求都對座椅位置的確定有影響。然而由以上分析可天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 18 知，這是比較困難的。如圖 216 所示為 A類車，圖 217 為 B類車的。下面簡要介紹一下其測量推導過程。此時記錄下有關坐姿的數(shù)據(jù)。結果符合正態(tài)分布，得出不同百分位的實驗值，將每種車的 H點相對于拇指基準點的位置，按不同百分位，作為 H點高度（ H30，指 H點到踵點的垂直距離），采用二次多項式對相應百分位的數(shù)據(jù)加以擬合，得出式 41所示的曲線方程，對于 B類車過程基本同 A類車，但由于所測數(shù)據(jù)較少，只采用了直線擬合得直線方程如式 21。拇指基準點見圖 218。設計時在已知 H點高度和適應級后，即可由公式算得適宜的 H點水平行程，如要求設計達到 90%的適應級，把 H點高度值 Z代入式中，求出和 X95和 X5兩值即可作為最后 H點和最前 H點到踵點的水平距離。對于 A類車基準點由第 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。 確定操作區(qū)域 當汽車高速行駛時，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)，這時就要求駕駛員的操作方便準確，并能防止誤操作，以確保安全性。為此國際標準化組織（ ISO）規(guī)定了手伸及界面，要求各種手操縱件都合理的布置在手伸及 界面內(nèi)，這是車身設計中必須遵守得一條重要原則。而駕駛天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 22 室內(nèi)部結構尺寸的影響則由駕駛室尺寸綜合因子 G的不同加以反映。表格形式見表 比例和 G因子簡要說明一下。對于轎車則直接采用國際標準中的 50/50。 G因子的推導不走基本是首 先統(tǒng)計出同類汽車的相當尺寸的均值和標準差。 G因子的計算表達式如下： G= ++++ 其中 HZ為最后 H點至踵點的垂直距離，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的垂直距離， WX為方向盤中心至踵點的水平距離，γ為軀干同大腿夾角。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。最后用于試驗對比的 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。下面介紹一下 ISO3958標準中給出的駕駛室內(nèi)操作 鈕件布置合理性的檢驗方法。～ 33186。～ 70186。 2）計算出 G因子的值 3）按下述公式算出手伸及界面 前后方向上的基準面 HR離踵點的水平距離 d,確定該基準面得位置 d=786?D99?G 若（ dHX） 0,則該基準面 HR縱向位于踵點之后 d處。 4）用以下三個正交平面建立坐標系，基準面 HR，駕駛員座椅對稱面及通過最后 H點的水平面（如圖 220） 5）測出車輛上欲檢驗的操作件在上述 4）中建立的坐標系的坐標值。找到 ISO3958中對應表格。若前者小于后者，則認為該手操部件布置合理，可以伸及，否則認為不合理，需重新布置。 首先對駕駛員手伸及界面進行扥去，如圖 222所示 圖 222 基準平面：是指與汽車縱向?qū)ΨQ平面平行的，座椅參考點（設計 H點）左 右各 50mm天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 24 的平面。 a)平行于方向盤平面且向上相距 20mm的平面。 c)沿方向盤輪圈外緣向外擴展 100mm的圓柱面，內(nèi)緣向內(nèi)擴展 130mm的圓柱面，兩圓柱面中心線同方向盤軸線共線。和 130186。 c）以方向盤軸線為中心，以 50mm為半徑的圓柱面。 確定踏板布置區(qū)域 腳部操作區(qū)域的安排直接影響踏板操縱的輕便性，準確性在汽車的整個行駛過程中，幾乎要一直操縱油門踏板，其位置合理與否，對駕駛員的舒適性有較大影響。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。 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。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。初步確定駕駛員中心線同方向盤中心線相重合，將模型按給定的最后 H 點放好，采用第 95 百分位的人體尺寸，做出相應的頭廓包絡線，考慮到頭部與門上框表面間都要有足夠的間隙，并參考初步確定的車身側圍寬度，確定出車門上框位置。 頭廓包絡線 腹部包絡線 膝部包絡線 頭廓包絡線， 腹部包絡線 ， 膝部包絡線 都是統(tǒng)計曲線，為相應的空間尺寸確定提供了依據(jù)，下面分別對它們加以說明 。由頭廓包絡線的形成方法可知，包絡線有許多條，本文設計時采用了 H點水平行程為 127mm 的第90和第 95 百分位的頭廓包絡線，作為 設計和校核用。 圖 226 不可調(diào)節(jié)式座椅用頭廓包絡線側視圖（上圖） 可調(diào)節(jié)式座椅用頭廓包絡線側視圖（下圖） 圖 227 平均頭廓線側視圖（左）；平均頭廓線后視圖（右） 載貨汽車的膝部包絡線 天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 28 載貨汽車的膝部包絡線，駕駛室儀表盤下方的膝部空間設計應以統(tǒng)計得出的膝部包絡線為依據(jù)。膝部特征點 K 定義在脛關節(jié)和踝關節(jié)連線的垂直線上，該垂直線通過脛關節(jié)中心， K 點至脛關節(jié)點的距離為 。由攝影法獲得的位置數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計分析后得知，兩膝特征點的分布圖形皆為橢圓。如圖 228所示。左膝部包絡線（離合器踏板）的圓弧半徑為 。它們的圓心在車身圖上的定位由男女駕駛員比例不同各有如下規(guī)定： 右膝部包絡線圓心相對于定位參考點的偏移量。 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為圓心到定位基準點的水平距離（向后為正）， Z為圓心定位基準點的垂直距離（向上為正）， H30 為最后 H 點到踵點的垂直距離。 載貨汽車的腹部包絡線 載貨汽車駕駛員的胃部包絡線，此包絡線對方向盤與駕駛員座之間的尺寸及座椅安全帶結構方案有作用。胃部包絡線應該通過這兩個特征點。其圓心按男女比例不同分別由以下偏移量確定。 天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 31 3 H 點的計算 H點 (HIPPOINT)位置是汽車車身設計以及座椅設計中的重要參考位置，本文從舒適性的角度，結合中國人的人體尺寸對 H點研究， 給座椅設計以及 H點位置布置提供一些參考。汽車 H點是與操作方便性及坐姿舒適性相關的車內(nèi)尺寸的基準，表示汽車駕駛員入座后胯關節(jié)中點在汽車中的位置。此外，在駕駛過程中，一切操縱裝置都應布置在駕駛員的手伸及界面內(nèi)，以確保舒適和安全。 汽車座椅 H點 (參考點 R)是將三維 H點裝置安裝在制造廠規(guī)定的座椅的正常駕駛或乘坐姿勢時最后的位置，用 H點標記 測得的，指三維 H點裝置的軀干線和大腿中 心 線的交點。 從上面的三個 H點定義可以看出 H點在汽車座椅設計和評價過程中會多次使用，而不同的定義下的 H點會有很大的差異。 圖 31 不同 H點之間的關系圖 基于人體工程學的舒適 H點區(qū)域計算 對于坐姿舒適性和座椅的舒適性，由于其評價指標帶有主觀性、空間關系復雜性以及實驗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。考慮駕駛員操作的方便舒適，還需要估計駕駛視野和儀表盤的認讀，同時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和計算 H點的位置工作量非常大。 圖 32 二維人體模型 注：α角為腳踏板的傾角；β角為小腿水平傾角；γ角為大腿水平傾角； L1為踵點到腳踝點在踏腳面上的投影距離； L2為小腿加足高； L3為大腿長。 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能力。另外 SAE J1517中的適應性模型是基于 20世紀 6O年代早期美國駕駛員統(tǒng)計樣本研制的，不能適應不同國家或地區(qū)的群體。 為了駕駛時保持一定的舒適工作狀態(tài)，基于人機工程 (POR TER＆ GYI， 1998)人們統(tǒng)計出駕駛姿勢的舒適角度范圍，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。八個關節(jié)連接件分別為頭頸、軀干、大腿、小腿、腳、上臂、前臂、手。 本研究采用的研究方法是從踵點開始自下而上的 H點位置布置方式，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約束條件 (因為駕駛時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 (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 )，同時將腳底置于加速踏板上，在加