基于人机工程学的装甲车驾驶室优化设计研究

摘要

目前我国装甲车的应用越来越广泛,受各种条件所限，装甲车驾驶室的布置设计未能充分运用人机工程学理论，导致驾驶室存在舒适性不高、视野较差、人机工程性能不好等问题，在驾驶中驾驶员的疲劳强度较大，长此以往将对驾驶员身心健康造成损害，对驾驶安全也造成了严重影响。由于各国人体尺寸参数和车辆使用环境的差异，国外驾驶室的设计方法和标准并不完全适用于我国装甲车驾驶室。因此，亟需利用车辆人机工程学原理和中国人体尺寸特征对装甲车驾驶室的布置设计进行改进、优化，提高驾驶室的人机性能。
　　通过问卷调查和实车测量的方法获得了驾驶室内各重要部件的具体尺寸参数，结合问卷结果对所测的尺寸参数进行分析总结，得到影响驾驶室人机性能的关键尺寸参数。对驾驶室布置设计的基础工具：人体模型、H点、眼椭圆、四肢伸及界面、膝部包络线等的功能和建立方法进行了理论研究。针对SAE推荐的H点位置线存在的不完全适用于中国人体尺寸特征的局限性，以驾驶姿势舒适关节角度和中国男性人体尺寸特征为基础进行H点位置线优化，利用MATLAB软件编程计算，拟合得到优化后的舒适H点位置线计算式。根据装甲车的使用特点和设计经验，选定H点高度，利用优化后的H点位置线计算式计算得到不同百分位驾驶员H点的空间位置。在H点优化的基础上，建立H点与驾驶员眼椭圆、方向盘中点等的数学模型。参考相关设计标准和设计经验，利用所建立的数学模型对驾驶室内的踏板、座椅、方向盘、仪表板等进行人机工程学优化设计，并在 CATIA软件中建立上述部件的三维模型，对各部件进行装配设计建立装甲车驾驶室模型。设定相应约束条件，在RAMSIS中建立虚拟仿真环境，选定合适的人体模型对优化后的驾驶室设计方案从驾驶姿势舒适性、可伸及性、驾驶视野三个主要方面进行了仿真校核，对驾驶室前窗进行了优化。
　　仿真结果表明，相对于原设计方案，优化方案的驾驶舒适性有了很大提高，总体不舒适度从5.9降到4.5，驾驶员身体各部位不舒适度均在最理想或可接受范围内，各操纵部件的伸及性也满足要求，仪表板视野校核满足视野要求，表明驾驶室优化设计方案合理可行。按照原设计方案进行前方视野校核发现，装甲车驾驶室前方上下和左右视野都不满足视野要求，根据驾驶员最优视区理论和校核标准对前窗相关尺寸参数进行了优化，将前窗上、下横梁距地板面的高度分别改进为1308mm和870mm，宽度优化为590mm，长度优化为534mm，此时装甲车驾驶室前方视野满足视野要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文研究技术路线

第二章 驾驶室人机工程设计理论研究

2.1 驾驶室

2.2 驾驶室人机工程学研究中的人体模型

2.3 人体H点

2.4 驾驶视野

2.5 驾驶空间

2.6 本章小结

第三章 装甲车驾驶室内部布置设计模型的建立

3.1 装甲车驾驶室内部布置设计存在的问题

3.2 H点的确定与优化

3.3 驾驶室内部布置设计模型

3.4 本章小结

第四章 基于人机工程学的装甲车驾驶室内部布置设计

4.1 踏板设计

4.2 驾驶员座椅的布置设计

4.3 方向盘的布置设计

4.4 仪表板的布置设计

4.5 本章小结

第五章 装甲车驾驶室人机工程学仿真分析

5.1 RAMSIS仿真软件

5.2 驾驶室人机工程学仿真环境的建立

5.2 驾驶姿势舒适性仿真分析

5.3 驾驶员可伸及性仿真分析

5.4 驾驶视野仿真分析

5.5 驾驶室优化后的尺寸参数总结

5.6 本章小结

结论与展望

结论

不足与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢