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基于关节力矩的驾驶员操纵不舒适度研究

陈子昂  
【摘要】:随着汽车技术和人们生活水平的不断提升,人们对于汽车操纵舒适性的要求也不断提高。早期对不舒适度的研究主要是基于驾驶员关节角度的不舒适度评估,这种方法需要大量统计数据才能减小受试者主观感受差异带来的影响,而且难以解释驾驶疲劳和运动损伤等深层次问题。论文针对该问题,从生物力学角度出发,对驾驶员转向操纵过程和踏板操纵过程中人体的关节力矩进行研究,分析特定关节力矩与不舒适度的关系,为汽车驾驶室的设计提供参考依据。首先对人体尺寸进行预测。由于人群中人体尺寸各有差异,因此准确、具有代表性的人体尺寸是产品设计的前提。人体尺寸预测即从总人群中选取特定人体尺寸,使不舒适度评价模型能满足一定适应度。本文采用蒙特卡洛法仿真生成容量为10000的样本作为驾驶员姿势预测的人体尺寸数据库,通过主成分分析对诸多人体尺寸变量进行降维处理,提取对原始数据解释性最大的三个主成分,以此建立置信区间为0.95的置信边界球面,选取边界上的三种典型人体模型作为本文研究基础。其次对驾驶姿势进行预测。准确的驾驶姿势是进行汽车人机工程校核的基础,本文借助CATIA建立虚拟驾驶室,设定不同的驾驶室布置参数,选取特定百分比人体并利用RAMSIS进行驾驶姿势预测,对驾驶员操纵过程中上肢和下肢姿势进行仿真,得到不同驾驶室布置参数下的驾驶员关节角度,并研究驾驶室布置参数对关节角度的影响。在此基础上,结合转向操纵过程和踏板操纵过程操纵力测定,提出一种基于关节力矩的驾驶员操纵不舒适度评价方法。通过构建人体上肢、下肢动力学模型,计算人体各关节关节力矩,结合前人对关节力矩的研究成果,提出局部不舒适度和整体不舒适度评价方法,并与RAMSIS中不舒适度评价模型进行对比,验证了本研究的合理性和有效性。课题研究结果为操纵不舒适度的客观评价方法提供思路,也为驾驶室的优化布置提供参考。


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