试议人机35100型矿用自卸车驾驶室人机工程优化设计

论文导读：、仪表板视野以及后视镜视野。（4）把人机仿真软件RAMSIS引入到自卸车驾驶室设计中，利用RAMSIS软件的自动姿态计算、疲劳浅析和视野浅析等功能，在设计初期利用少量CAD数据进行大量的人机工程性能浅析,全面校核自卸车驾驶室的姿态舒适性、手足可伸及性以及视野性，并验证前面驾驶室优化案例的可靠性。关键词：自
摘要：汽车的人机工程性能已成为设计师考虑的重要不足，现阶段国内汽车驾驶室设计基本是按照美国机动车协会（SAE）推荐的策略进行，并不完全适应于中国人体基本特点，同时国内对于矿用自卸车这样的大型载货汽车，人机工程学探讨较少，导致国内自卸车驾驶室设计水平普遍不高。但是对于矿用自卸车驾驶员来说，操纵机器时间通常比较长,工作环境比较恶劣，操纵动作单一而且频率较高，这些因素都直接导致驾驶员的疲劳现象。所以自卸车甚至比普通汽车有更高的人机性能要求。为了全面提升车辆的人机工程性能，需要改善驾驶室设计的某些关键参数，使之适应于目标驾驶员的人体特点以及自卸车的结构特点。本论文以35100型300t电动轮矿用自卸车为探讨对象，针对该车有着的姿态舒适性、操纵轻便性和视野优良性等不足，全面优化驾驶室设计，并利用人机工程仿真软件RAMSIS校核驾驶室设计案例的可靠性。本论文的主要探讨内容有：（1）首先在人体关节角度处于舒适位置的基础上，进行驾驶员H点位置优化，改善SAE中H点的传统示意线法，使之适用于矿用自卸车结构及中国人体特点，并在H点优化的基础上，分别建立座椅参考点SGRP点以及方向盘中点W相对于踵点(AHP点)的数学模型，为驾驶室设计提供论述基础。（2）把生物力学中基本概念—关节力矩引入到驾驶室操纵杆和脚踏板的设计之中，并通过Kane动力学方程求解操作操纵杆及脚踏板历程中的关节力矩，然后结合NASA力量模型，介绍了力矩舒适度的概念，除了关节角度之外，关节力矩也是衡量姿势舒适性的一个重要因素，本论文依据关节力矩舒适度和关节角度舒适度两个方面的因素来优化矿用自卸车操纵杆和脚踏板的设计。（3）介绍了驾驶员眼椭圆的概念，并阐述了矿用自卸车驾驶员眼椭圆形状以及中心位置的确定策略，而眼椭圆的眼椭圆形状和位置则决定了驾驶员视线位置，然后在眼椭圆的基础上进一步设计驾驶室视野，全面优化驾驶员前方视野、仪表板视野以及后视镜视野。（4）把人机仿真软件RAMSIS引入到自卸车驾驶室设计中，利用RAMSIS软件的自动姿态计算、疲劳浅析和视野浅析等功能，在设计初期利用少量CAD数据进行大量的人机工程性能浅析,全面校核自卸车驾驶室的姿态舒适性、手足可伸及性以及视野性，并验证前面驾驶室优化案例的可靠性。关键词：自卸车论文人机工程论文舒适性论文生物力学论文仿真论文
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Abstract5-10
第1章 绪论10-18

1.1 探讨背景和作用10-12

1.2 车辆人机工程学探讨概况12-16

1.2.1 国外车辆人机工程学探讨概况12-14

1.2.2 国内车辆人机工程学探讨概况14-16

1.3 本论文主要探讨内容16-18

第2章 驾驶室人机工程学基本论述18-30

2.1 人机工程学探讨策略18-19

2.2 人体模型19-21

2.1 人体尺寸百分位19-20

2.2 人体模型分类20-21

2.3 H 点定义21-22

2.4 驾驶员视野22-25

2.4.1 驾驶员舒适视野范围22-23

2.4.2 驾驶员视野盲区23

2.4.3 眼椭圆定义23-25

2.5 头廓包络线25

2.6 驾驶员手伸及界面25-26

2.7 驾驶室设计流程26-27

2.8 驾驶舒适度27-28

2.9 人机校核软件 RAMSIS 介绍28

2.10 本章小结28-30

第3章 基于 H 点优化的驾驶舒适性设计30-39

3.1 人体舒适关节角度30-31

3.2 踏平面角θ的确定31-32

3.3 传统 H 点示意线求解法32-33

3.4 H 点优化33-35

3.4.1 舒适 H 点位置33-34

3.4.2 H 点示意线修正34-35

3.5 座椅设计35-36

3.6 方向盘设计36-38

3.6.1 方向盘中点位置 W 的数学模型37

3.6.2 方向盘中点 W 点舒适范围37-38

3.7 本章小结38-39

第4章 基于生物力学的操纵轻便性优化设计39-54

4.1 运动生物力学基本论述39-40

4.

1.1 关节力矩基本概念39-40

4.

1.2 运动生物力学建模策略40

4.2 KANE 策略的基本原理40-42

4.

2.1 广论文导读：

义速率41 4.

2.2 偏速度和偏角速度41

4.

2.3 广义主动力41-42

4.

2.4 广义惯性力42

4.

2.5 Kane 方程42

4.3 NASA 力量模型42-44

4.4 人体模型的建立44-46

4.1 人体上肢生物力学模型44-45

4.2 人体下肢生物力学模型45-46

4.5 操纵杆轻便性优化设计46-49

4.5.1 操作力 F 对关节力矩的影响46-47

4.5.2 kane 动力学模型的验证47-49

4.5.3 上肢操纵轻便性评价与浅析49

4.6 脚踏板轻便性优化设计49-52

4.6.1 踏板力 F 对关节力矩的影响50

4.6.2 单关节操纵轻便性浅析50-51

4.6.3 下肢操纵轻便性评价与浅析51-52

4.7 本章小结52-54

第5章 驾驶室人机工程仿真及视野设计54-69

5.1 RAMSIS 人机仿真步骤54-57

5.

1.1 人体模型的建立55

5.

1.2 自卸车模型的建立55-56

5.

1.3 建立虚拟仿真环境56-57

5.

1.4 RAMSIS 舒适度评价57

5.2 H 点优化前后舒适度仿真57-59

5.3 矿用自卸车驾驶室视野设计59-68

5.

3.1 眼椭圆形状和位置确定59-61

5.

3.2 前方视野浅析61-63

5.

3.3 仪表板布置及盲区校核63-64

5.

3.4 后视镜视野设计64-68

5.4 本章小结68-69
结论69-71
参考文献71-76
致谢76-77
附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录77-78