ao681电动车人机工程座椅及踏板布置校核毕业论文(编辑修改稿)

ao681电动车人机工程座椅及踏板布置校核毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

40～ 80mm, 小车小一些 , 到方向盘中心 Y 向距离为 40～120mm,制动踏板离离合器踏板约为 100～ 160mm, 油门踏板离制动踏板水平距离为60～ 120mm, 设计时可以参照同类车型尺寸 . 人体统计尺寸在汽车设计中的应用 通过 人体测量获取大量数据，经统计分析得出相应部分的各种百分位值 ，然而这些统计数据在产品设计中还不能 还拿来就用，还必须根据实际情况加以修正。 同样，有了这些数据，我们可以建立起人体的三维几何模型，这就需要对人体进行适当的简化。 人不同于机械，机械运动是有规律的，大小是分系列的，二人的运动是无规律的，人体尺寸也是千差万别的。 因此，对于人体的研究只能采用统计的方法，从概率中寻求规律，以满足茶品设计的需要。 模型关节点的确定和人体分块简化 人体本身由头颈，躯干，四肢几大部分 组成，各组生部分以关节相连结，构成一个有机的整体。 而人体实际就是以骨骼系统为支架，再加上肌肉等软组织构成的。 关节的简化 做作为关节在人体解剖学和生物力学中都有具体描述，各在结构和功能上也多不相同。 尤其对于工程应用来说，要模拟各关节复杂的运动和结构是比较困难的，也不太必要，设计者所关心的只是在对肢体运动及构造简化的前提下，对人体静态动态空间进行客观的描述，如人体的高度和关节的活动范围。 而我国至今还没有成熟的人体天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业 论文 8 关节简化数据，在这种总情况下只能参照国外相应资料并进行某些适当的假设。 本文使用的人体 模型是参照德国 DIN334416和 DIN334402标准有关人体模版关节位置和体表尺寸间的比例关系，并假设这种比例关系也适合中国人体尺寸。 这种假设是建立在以下认识上的：即各民族，国家的人体在尺寸分布及结构比例（如坐高 /身高）上存在差异，但在同一部位如肩宽与肩关节点中心位置之间的比例关系上应该是相差很小的。 基于这种认识，根据德国人在模版设计中心位置与人体相应部位的比例，作为计算中国人体关节中心位置的依据。 如有以下计算公式： 中国人体关节中心距 =中国人体肩宽 德国人体肩宽肩关节中心距 (21) 关于关节转动角度直接引用 DIN33408中有关内容，这是基于关节角度方面国际上比较一致的观点：即不同种族间在人体尺寸方面有较大差距，但人体关节活动角度仅限于正常范围其数值相差较小，可以认为基本上相同。 在模型中，用关节点来表示整个关节，但模型没有采用全部关节点，而只用了以下 11个：左右肩关节点，颈关节点，左右肘关节，左右髋关节点，左右膝关节点，左右踝关节点，忽略了腕关节点和胸腰关节点。 人体简化分块 模型建立中将整个人体分为颈，躯干， 左右上臂，左右前臂（包括手），左右大腿，左右小腿，左右脚共 12块，分别用曲面加以描绘，然后再通过关节点把相应部分（块）连接起来，构成整个几何模型，如图 23和 24，下面分别讨论各块的简化。 图 23 图 24 1 头颈部 2 躯干 3 上臂 4前臂和手 5 大腿 6 小腿 7 脚 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业 论文 9 在模型建立中把手和前臂作为一个整体加以简化。 原因如下：在胳膊的正常工作姿势下手心（握心），腕关节，肘关节，基本在同一直线上，也就是说手相对前臂基本不发生弯曲动作，因此就忽略了手绕腕关节的转动，把手和前臂作为一个整体，定义成一个块如图 24 中的 4。 手的姿势简化，手是人体结构较为灵活的部分，结构复杂关节众多。 由于模型并不是用来检验手的灵活性，只考虑了两种在驾驶员操纵部件时两种常用姿势如图 25所示，一是握手柄和方向盘的，另一种是拔按开关，按钮的。 模型中针对这两种情况考虑手的长度变 化。 图 25 上为抓握姿势 下为抓捏姿势 驾驶员在操纵踏板时，脚着工作鞋，整个脚部就像一个整体一样，几乎不变形。 在建立模型时对脚趾关节活动的考虑也没有多大意义，因此在建立本文模型时，把脚同鞋子一起作为一整体对待。 使其只绕踝关节做转动。 躯干部分是几大部分中最为复杂的，自由度大。 由于主要组成部分胸腰两块以脊柱为连结。 为了简化起见，在建立模型时，仍把躯干作为一个整体来对待。 图 24中的 2。 头颈的结构稳定，几乎不变形，在驾驶 时姿势基本保持不变的情况，而把头颈作为一个整体来加以简化如图 24 中的 1 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业 论文 10 上臂，大腿，小腿这几部分由于其结构比较单一，大多是一根大的骨骼贯穿其中，故把他们简化成不同的独立整体。 如图 24所示。 三维人体几何模型的建立 人体可以看成是复杂的运动机构，各部分由相应关节连结而构成一个运动链。 通过对人体的简化分块，对各组成部分建立对应的局部坐标系，在各自的局部坐标系中，对各块进行描述。 这样对人体处于某一姿势时，在三维空间中确定出各块的局部坐标系，然后再在各局部坐标系中，描绘出各组 成块，就可构成整个三维人体几何模型。 如图 26所示以上就是建立几何模型的基本思路。 具体过程如下：。 发法如下： x轴方向为长度或高度方向， y方向为厚度方向。 （注：长度、高度、厚度方向都以人们通常习惯所指一致）原点 o在该部分转动所绕的关节点上， z轴方向由右手定则定出。 如图 27 所示。 例如躯干部分的局部坐标系的确定。 以 H点为原点， HSc为 x轴，垂直朝向背为 y轴。 图 26 图 27 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业 论文 11 各部分的局部坐标系却确定后，建立各块的三维曲面模型如图 24所示各块。 由局部坐标系的 确定方法可知，在建立各局部坐标时，必须已知各相应关节点的位置（三维坐标值）。 下面就主要讨论如何确定模型建立中要使用的各关节点在车身坐标系中的坐标值。 车身坐标系以前后方向为 X轴，向后为正方向，高度方向为 Z轴，向上为正，宽度方向为 Y轴，向右为正。 一般情况下，已知驾驶员的 H点，左右手触及点（或手握中心点）左右踵点的坐标值，这样就是求解左右 H点，左右膝关节点，左右踝关节点，左右肩关节点，左右肘关节及颈关节点，左右髋关节点，连线中心点的坐标值，下面分别讨论。 模型建立时，只考虑 躯干绕过左右 H点连线前后摆动的情况，对躯干的左右侧倾和扭转不加考虑，这样的话，就可知左右 H点连线平行于 y轴，脊柱线 HSc平行于 XOZ平面，左右肩关节点连线平行于 y轴（以上各轴平面皆指车身坐标系），那么计算躯干部分各关节点坐标就简单了。 设已知 H点在车身坐标系的坐标值（ XH YH ZH） ,靠背倾斜角 L40 ,左右 H点距离 HB，左右肩关节点 SB， H点到肩关节点连线中心点 Sc的距离 SH（本文长度单位为 ： mm,角度所用单位为 ： 角度）。 图 28 躯干在车身坐标系中的位置示意图（左视 ） 图 29 躯干部分各关 节在车身坐标系中的位置示意图（后视 ） 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业 论文 12 左 H点 HL的坐标为： XHL=XH YHL=YHHB/2 ZHL=ZH 右 H点 HR的坐标为： XHR=XH YHR=YH+HB/2 ZHR=ZH 左右关节点连线中心的坐标 为： XSC=XH+SH•sin(L40) YSC=YH ZSC= ZH+SH•cos(L40) 左肩关节点的坐标为： XSL=XSC YSL=YSC+SB/2 ZSL=ZSC 左肩关节点的坐标为： XSR=XSC YSL=YSCSB/2 ZSR=ZSC 3．颈关节点的位置计算 在模型建立时，总使 头部保持在垂直状态，这主要从视觉方面看，驾驶员总希望自己的视线几乎垂直于被观察目标，况且模型也不用于视觉方面的设计，所以对头颈部的摆动扭转皆不加考虑。 这样就假设颈关节点直接位于肩关节中心的垂直向上的位置上。 已知肩关节中心点到颈关节点的长度为 NL，则颈关节点的坐标为： XNC=XSC YNC=YSC ZNC=ZSC+NL 胳膊上依次有肩关节点，肘关节点，腕关节点，由上节的简化可知忽略了腕关 节点，且把手触及点（手握点）看作同肘关节点。 腕关节点在同一直线上。 这样对于胳膊上这三个点依次相连结，可以构成一个三角形（特殊情况下，三点在同一直线上）。 我们已知了肩关节点和手触及点的位置。 剩下就是如何确定肘关节点的位置问题。 这是比较难的，关键是无标准或推荐方法可以依据。 由于绕关节点，胳膊有较大的自由度，在手触及点和肩关节点位置已定的情况下，肘关节点位置由于人的随意性，可能出在不同的位置上。 但通常在驾驶员的正常的工作姿势下，有一点是可以肯定的，就天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业 论文 13 是使胳膊处于比较省劲舒适的姿势。 根据这种情况，在建立模型时认为肘 关节处于最低位置上，这样胳膊重心最低，被认为是最省劲的。 几何关系上即肩关节点，肘关节点，手触及点处在同一垂直平面内，俯视图上，此三点在同一直线上。 有了以上假设，即可计算关节点位置，首先必须检验可伸及性问题（以下对手握中心点或手触及点称为目标点）即检查目标点同以肩关节点为中心，胳膊上为半径的球面间的位置关系。 很有可能有三种情况：即目标点在球面内，球面上，球面外。 已知目标点在车身坐标系中的坐标为（ X0 Y0 Z0），上臂长为 UAL，前臂长为 FAL，肩关节点坐标为（ XS YS ZS）， AL=UAL+FAL，则肩 关节点于目标点的距离平方为： D2=(XSX0)2+(YSY0)2+(ZSZ0)2 将 D2同 AL2比较即有前面所述三种情况。 1） D2AL2 即目标点在球面内。 此时目标点，肘关节点，肩关节点接上面的假设在垂直平面内构成一个三角形。 如图 210（ 1） 利用此三角形进行有关计算，可求得肘关节点坐标。 图 210（ 1） S、 A、 H分别表示肩关节点，肘关节点，目标点 在三维空间中对肘关节点的求解比较麻烦，可能用到坐标平移及旋转变换矩阵的，本文对此采用了 Auto CAD软件中的几个功能组合在一起来 解决这个问题。 在三角形 SAH中利用三角函数求得 SA于 SH的夹角 a如下： a=cos1 UALD FALUALD  2 222 把 a转为角度值 aˊ。 在这个局部坐标内以 o为原点，以 UAL为长度转动 aˊ大小，得一点坐标 P（ x,y,z）。 把 P从局部坐标系中转化为车身坐标中，即为所求的肘关节点的坐标。 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业 论文 14 图 210（ 2） S、 A、 H分别表示肩关节点，肘关节点，目标点 2） D2= AL2 即目标点在球面上如图 210，此时目标点，肘关节点，肩关节点共线。 肘关节点坐标由下式可得： ALF A LzzzzALF A LyyyyALF A Lxxxxhssahssahssa/)(/)(/)( (22) 3） D2 AL2 即目标点在球面外，对于这种在给定姿势下（靠背角、 H点已定）不能不能直接伸及的情况下，在程序设计时加入了一个循环过程，每次使躯干向前倾斜 1186。 即靠背角（ AL40）数值依次减少 1186。 ，每次循环后检查目标点是否仍不可伸及，此过程循环进行，直至目标点在手伸及球面上或球面内。 当然这种循环是有条件限制的，程序中给出了两个限制条件：一是保证另一只手的位置不变，二是在躯干前倾角度的舒适范围内。 腿上有髋关节点，膝关节点，踝关节点，在已 知髋关节点和踝关节点的位置及大小腿的各自长度后，即可通过有关计算得到膝关节的位置。 对于腿上这三个关节点的位置，在正常工作姿势下，基本上在同一垂直平面内，因此模型就以此三点在同一垂直平面内为前提，计算出膝盖关节点的位置。 这里首先要说明一下踝关节的计算。 他是在已知踵点和踏平面角度后计算而得到的。 关于踏平面和踵点的位置确定 SAE中给出以下方法，已知踏板支点和踏板装置角 （  为加速踏板在不受压状态时其平面与地板面所成夹角）。 利 用以下公式求出踏平面角  的值。  = 其中 Z为踵点到最后 H点的垂直距离，单位为 :cm.  单位为：角度。 求出  值后同  值相对比从而求出踵点位置。 分别为  ≥  何   两种情况。 1）   踵点于踏板支点保持接触，即将踏板于地面的焦点作为踵点。 2）   此时已知踏平面长度为 203mm（统计长度）。  ，  的角度值，支点 坐天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业 论文 15 标值，利用三角几何关系即可求得踵点坐标值。 求出踵点及踏平面角  后，在已知踝关节点到踏平面的距离 h1和到鞋后跟的距离L1后，即可求得踝关节点在坐标如图 211。