装载机驾驶室关键参数设计及人机工程仿真

论文摘要

舒适性已成为装载机驾驶室设计的重要因素,目前国内装载机驾驶室基本都是按照美国机动车协会(SAE)推荐的方法进行布置的,由于没有考虑中国驾驶员的人体特征,导致国内的装载机驾驶室无法满足驾驶员的舒适性要求。并且在传统的驾驶室设计中,需要在制作出物理样机后再对其舒适性进行分析,导致产品的开发周期较长、成本较高。在装载机驾驶室中,座椅、脚踏板、方向盘三者之间的位置关系是决定驾驶员是否能够处于舒适驾驶姿势的重要因素,操纵杆是装载机驾驶员使用频率最高的手操纵件,驾驶室的视野范围则决定着驾驶员的视野舒适性及作业的安全性,因此这些布置参数是装载机驾驶室内部布置的关键参数。本文重点研究了这些关键参数的确定方法,将人机仿真校核引入装载机驾驶室布置过程中,可有效缩短产品研发周期和降低研发成本。根据中国驾驶员的人体特征,建立了驾驶员在装载机驾驶室内的驾驶姿势数学模型,以各关节的舒适角度范围为约束,分析了驾驶员在舒适坐姿下座椅、脚踏板、方向盘之间的位置关系,并拟合了三者位置关系的公式,为装载机驾驶室布置时座椅参考点(SgRP)的确定提供了依据。根据正向运动学理论建立了操纵杆布置位置与驾驶员上肢关节角度的关系公式,然后将驾驶员的上肢简化为杆系结构并建立了驾驶员上肢关节力矩与上肢关节角度及操纵力的关系公式,最后基于驾驶员的关节力矩舒适度评估模型,对装载机操纵杆的布置位置进行了分析,用于指导装载机驾驶室操纵杆的布置。将眼椭圆理论应用于装载机驾驶室的视野设计中,分析了驾驶员的眼椭圆在驾驶室内的定位方法,根据人的视野特点讨论了装载机前方垂直视野、前方水平视野、视野盲区的确定方法,并推导了目标物体在驾驶员自然视野之外时头部的转动角度公式,为装载机驾驶室布置时风窗玻璃、立柱等参数的确定提供了依据。利用人机仿真软件对两种驾驶室布置方案的驾驶员驾驶姿势舒适性、操纵舒适性、视野舒适性进行了分析,结果表明,根据本文方法确定的驾驶室布置方案在驾驶员驾驶姿势舒适性及操纵舒适性方面具有明显提高,并且完全满足驾驶员的视野舒适性要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.2 车辆人机工程理论和研究现状
• 1.2.1 车辆人机工程理论概述
• 1.2.2 姿势舒适性研究现状
• 1.2.3 动作舒适性研究现状
• 1.3 装载机驾驶室布置的国内外现状
• 1.3.1 装载机驾驶室布置的要点
• 1.3.2 装载机驾驶室布置的研究现状
• 1.3.3 驾驶室人机工程仿真的研究现状
• 1.4 论文的研究内容及方法
• 第2章 影响驾驶姿势的装载机驾驶室内部布置参数研究
• 2.1 装载机驾驶室内部布置流程
• 2.2 H点的确定方法
• 2.2.1 相关参数的概念及意义
• 2.2.2 H点示意线
• 2.3 最佳H点位置分析
• 2.3.1 基于舒适性的驾驶员坐姿数学模型
• 2.3.2 最佳H点位置分析
• 2.3.3 对H点示意线的修正
• 2.4 方向盘布置参数分析
• 2.4.1 基于舒适性的方向盘布置参数数学模型
• 2.4.2 方向盘中点与H点的位置关系
• 2.4.3 方向盘中点与AHP点的位置关系
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于驾驶员关节舒适性的装载机操纵杆布置
• 3.1 装载机操纵杆的布置流程
• 3.2 操纵杆布置位置与驾驶员上肢关节角度的关系
• 3.3 驾驶员上肢关节力矩与上肢关节角度及操纵力的关系
• 3.4 装载机操纵杆布置位置分析
• 3.4.1 驾驶员上肢关节力矩舒适度评估模型
• 3.4.2 上肢关节角度及操纵力对驾驶员上肢舒适性的影响
• 3.4.3 装载机操纵杆舒适布置位置分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 装载机驾驶室视野设计
• 4.1 视野设计概述
• 4.2 眼椭圆
• 4.2.1 眼椭圆的概念
• 4.2.2 眼椭圆的定位
• 4.3 前方垂直视野设计
• 4.3.1 垂直视野范围
• 4.3.2 驾驶员的头部转动角度
• 4.4 前方水平视野设计
• 4.4.1 水平视野范围
• 4.4.2 驾驶员的头部转动范围
• 4.5 视野盲区设计
• 4.5.1 立柱的双眼障碍角
• 4.5.2 仪表盘盲区
• 4.6 本章小结
• 第5章 装载机驾驶室人机工程仿真及分析
• 5.1 DELMIA人机仿真功能概述
• 5.2 驾驶姿势舒适性仿真
• 5.2.1 舒适驾驶姿势的定义
• 5.2.2 建立虚拟仿真环境
• 5.2.3 驾驶姿势仿真方法
• 5.2.4 驾驶姿势仿真实例
• 5.3 驾驶员操作舒适性仿真
• 5.3.1 快速上肢评价
• 5.3.2 驾驶员操作动作仿真实例
• 5.4 驾驶员视野仿真
• 5.4.1 装载机中眼椭圆的定位
• 5.4.2 前方垂直视野分析
• 5.4.3 前方水平视野分析
• 5.4.4 立柱双眼障碍角分析
• 5.4.5 仪表盘盲区分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表