基于人机工程学的汽车驾驶室座椅设计研究

山西中北大学机械与动力工程学院　鄢亚辉　王凡

基于人机工程学的汽车驾驶室座椅设计研究

山西中北大学机械与动力工程学院鄢亚辉王凡

通过研究人体舒适坐姿，建立人体多刚体系统运动学模型，详细阐述了驾驶室座椅设计的理论依据，运用CATIA软件建立座椅模型，结合JACK软件对座椅设计尺寸进行评价分析。

人机工程学；驾驶室座椅；JACK

1引言

驾驶室座椅设计是汽车设计中非常重要的部分，设计是否合理直接影响到驾驶员的安全、开车效率和舒适度。人机工程学理论和计算机技术的发展为依据人机工程学理论和利用计算机手段进行驾驶室设计提供了条件，使设计方法程序化，缩短了设计周期，使设计的结果更加合理。

2人体模型和座椅模型的建立

2.1人体数据和人体模型

人体数据是通过人体测量学得到的不同人体百分位的线性和角度尺寸，不同群体的人体尺寸都服从正态分布，国际通用的是用人体测量百分位数P5、P50、P95来表示。国标GBl0000—88《中国成年人人体尺寸》提供了我国成年人人体尺寸的基础数据，为我国人机系统设计提供了依据。主要尺寸见表1所示。

表1　人体主要尺寸

人体模型在分析时为多刚体系统运动学模型，随着计算机技术的发展，现在有很多的软件自带有人体模型，如CATIA、JACK等，本文使用的人体模型就是JACK中的。

2.2座椅模型

图1　人体舒适角度

设计驾驶室座椅先要研究驾驶员坐姿，最舒适的坐姿要保证腰曲弧线和腰背肌肉处于正常状态，具体姿势如图1所示。各舒适角度是大量实验得到的。国家对工作座椅有具体的要求，见表2所示。

表2　工作用座椅设计要求

3计算机建模

人体建模主要是运用JACK软件，通过查询表1人体主要尺寸，在Human菜单下Custom功能建立人体模型，如图2所示。

图2　人体模型

图3　座椅模型

图4　OPT分析结果

4人机工程学分析

将CATIA中做好的座椅模型导入到JACK中，使用JACK 的OPT分析模块中的Comfort Assessment工具进行分析，分析结果如图4所示，图中的方块均落在关节角度的舒适域中，说明驾驶员的驾驶姿势舒适，座椅的尺寸设计很好。

5结论

本文运用人机工程学原理和计算机先进技术，紧紧围绕人—机相适宜的思想，结合国内外驾驶室设计的基本情况，建立了驾驶室座椅的设计原则和方法，为驾驶室座椅设计更科学、更有效率、更合理提供了思路。具体研究总结如下：

（1）通过对人体尺寸和模型的研究，详细地阐述了舒适坐姿的理论，并建立了人体多刚体系统运动学模型，为驾驶室座椅的设计奠定了理论基础。

（2）结合人机工程学原理，运用CATIA软件建立座椅模型、运用JACK软件建立人体模型并对人的驾驶舒适度进行分析，以确定驾驶室座椅设计尺寸的合理性。

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