（机械制造及其自动化专业论文）装载机驾驶室关键参数设计及人机工程仿真.pdf

i i l ll l ii l lli ii l li lli il y 17 9 0 4 8 5 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt ot h ef a c u l t yo fg r a d u a t es c h o o lo f s h a n d o n gu n i v e r s i t yf o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g k e yp a r a m e t e r s d e s i g na n de r g o n o m i c s i m u l a t i o n o fl o a d e rc a b c a n d i d a t e ：z h a os h u c h u n s u p e r v i s o r ：p r o f d e n gj i a n x i n s p e c i a l t y ：m a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n s h a n d o n gu n i v e r s i t y a p r i l ，2 0 1 0 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 釜雄 日 期：殛4 厶驯 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：鱼垒塑圭毵师签名 1 3 装载机驾驶室柿置的困内外现状8 1 3 1 装载机驾驶室布置的要点8 1 3 2 装载机驾驶室和置的研究现状9 1 3 3 驾驶室人机工程仿真的研究现状l l 1 4 论文的研究内容及方法1 3 第2 章影响驾驶姿势的装载机驾驶室内部布置参数研究1 5 2 1 装载机驾驶室内部布置流程1 5 2 2h 点的确定方法16 2 2 1 相关参数的概念及意义16 2 2 2h 点示意线17 2 3 最佳h 点位置分析l8 2 3 1 基于舒适性的驾驶员坐姿数学模型1 8 2 3 2 最佳h 点位置分析19 2 3 3 对h 点示意线的修j 下2 l 2 4 方向盘布置参数分析2 2 2 4 1 基于舒适性的方向盘布置参数数学模型2 2 2 4 2 方向盘中点与h 点的位置关系2 3 2 4 3 方向盘中点与a h p 点的位置关系2 4 2 5 本章小结2 6 一一 山东人学硕j ：学位论文 第3 章基于驾驶员关节舒适性的装载机操纵杆布置2 7 3 1 装载机操纵杆的布置流程2 7 3 2 操纵杆布置位置与驾驶员上肢关节角度的关系2 8 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 1 3 4 装载机操纵杆布置位置分析3 3 3 4 1 驾驶员上肢关节力矩舒适度评估模型3 3 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 4 3 装载机操纵杆舒适布置位置分析3 6 3 5 本章小结3 7 第4 章装载机驾驶室视野设计。3 9 4 1 视野设计概述3 9 4 2 眼椭圆4 l 4 2 1 眼椭圆的概念4 1 4 2 2 眼椭圆的定位4 2 4 3 前方垂直视野设计4 4 4 3 1 垂直视野范围4 4 4 3 2 驾驶员的头部转动角度4 5 4 4 前方水平视野设计4 7 4 4 1 水平视野范围4 7 4 4 2 驾驶员的头部转动范围4 8 4 5 视野盲区设计4 9 4 5 1 立柱的双眼障碍角4 9 4 5 2 仪表盘盲区4 9 4 6 本章小结5 l 第5 章装载机驾驶室人机工程仿真及分析 5 3 5 1d e l m i a 人机仿真功能概述5 3 5 2 驾驶姿势舒适性仿真5 5 5 2 1 舒适驾驶姿势的定义5 5 5 2 2 建立虚拟仿真环境5 7 5 2 3 驾驶姿势仿真方法5 7 5 3 驾驶员操作舒适性仿真6 1 5 3 1 快速上肢评价6 l 5 3 2 驾驶员操作动作仿真实例6 2 5 4 驾驶员视野仿真6 3 5 4 1 装载机中眼椭圆的定位6 3 5 4 2 自订方垂直视野分析6 4 5 4 3 前方水平视野分析6 5 5 4 4 立柱双眼障碍角分析6 6 5 4 5 仪表盘盲区分析6 7 5 5 本章小结6 8 结论6 9 参考文献7 l 致谢7 5 c o n t e n t s co n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e l a b s t r a c tl ne n g l i s h 1 1 1 1 i n t r o t u c t i o n 1 1 1r e s e a r c ho b j e c t i v ea n ds i g n i f i c a n c e 1 1 2v e h i c l ee r g o n o m i c st h e o r ya n ds t a t e 1 1 2 1o v e r v i e wo f v e h i c l ee r g o n o m i c s 1 1 2 2s t a t eo ft h e a r tp o s t u r ec o m f o r t 3 1 2 3s t a t eo ft h e a r to p e r a t i o nc o m f o r t 6 1 3s t a t eo fl o a d e rc a bl a y o u t 8 1 ：；1k e yp o i n t so fl o a d e rc a bl a y o u t 8 1 3 2s t a t eo ft h e a r tl o a d e rc a bl a y o u t 9 1 3 3s t a t eo ft h ea r te r g o n o m i c ss i m u l a t i o n 11 1 4r e s e a c hc o n t e n t sa n dm e t h o d s l3 2 r e s e a r c ho fp a r a m e t e r sa f f e c td r i v e r s p o s t u r e 1 5 2 1p r o c e s so fl o a d e rc a bl a y o u t 15 2 2h - p o i n t 16 2 2 1c o n c e p ta n ds i g n i f i c a n c eo fr e l e v a n tp a r a m e t e r s 16 2 2 2h p o i n tr e f e r e n c el i n e 17 2 3a n a l y s i so fo p t i m u mh - p o i n tp o s i t i o n 18 2 3 1m a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h ed r i v e rs i t t i n gb a s e do nc o m f o r t 18 2 3 2a n a l y s i so fo p t i m u mh - p o i n tp o s i t i o n 19 2 3 3a m e n d m e n to f h p o i n tr e f e r e n c el i n e 2 1 2 4a n a l y s i so fs t e e r i n gw h e e lp o s i t i o n 2 2 2 4 1m a t h e m a t i c a lm o d e lo fs t e e r i n gw h e e lp o s i t i o nb a s e do nc o m f o r t 2 2 2 4 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc e n t r eo f t h es t e e r i n gw h e e la n dh - p o i n t 2 3 2 4 3r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc e n t r eo ft h es t e e r i n gw h e e la n da h p - p o i n t 2 4 2 5s u m m a r y 2 6 3 l a y o u to f j o y s t i c kb a s e do nj o i n tc o m f o r t 。2 7 v 3 1p r o c e s so f j o y s t i c kl a y o u t 2 7 3 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e nj o y s t i c kl o c a t i o na n dj o i n t a n g l eo f t h eu p p e rl i m b 一2 8 3 3e v a l u t i o nm o d e lo f d 矗v e r s j o i n tm o m e n tc o m f o r t 31 3 4r e l a t i o n s h i pb e t w e e nj o i n tm o m e n t j o i n ta n g l ea n dm a n i p u l a t ef o r c e 3 3 3 4 1e v a l u t i o nm o d e lo f d r i v e r s j o i n tm o m e n tc o m f o r t 3 3 3 4 2e f f e c to f j o i n ta n g l ea n dm a n i p u l a t ef o r c eo fd r i v e r s j o i n tm o m e n t 3 4 3 4 2a n a l y s i so fl a y o u td i m e n s i o n st oj o y s t i c k 3 6 ：；5s u m m a r y 3 7 4 v i s i o nd e s i g no fl o a d e rc a b 3 9 4 1o v e r v i e wo fd r i v e r sf i e l dd e s i g n 3 9 4 27 1 1 h ee y e l l i p s e 4 1 4 2 1c o n c e p to f t h ee y e l l i p s e 4 1 4 2 2l o a c t i o no f e y e l l i p s e 4 2 4 3d e s i g no f v e r t i c a lf i e l di nd i r e c tv i s i o n 4 4 4 3 1v e r t i c a lf i e l di nd i r e c tv i s i o n 4 4 4 3 2d r i v e r s h e a dr o t a t i o na n g l e 4 5 4 4d e s i g no f h o r i z o n t a lf i e l di nd i r e c tv i s i o n 4 7 4 4 1h o r i z o n t a lf i e l di nd i r e c tv i s i o n 4 7 4 4 2d r i v e r s h e a dr o t a t i o na n g l e 4 8 4 5d e s i g no f o b s t r u c t i o n si nt h ed i r e c tf i e l d 4 9 4 5 1o b s t r u c t i o na n g l ef r o mp i l l a r s 4 9 4 5 2o b s t r u c t i o nf i e l df r o ms t e e r i n gw h e e l 4 9 4 6s u m m a r y 51 5 e r g o n o m i c ss i m u l a t i o na n da n a l y s i so fl o a d e rc a b 。5 3 5 1o v e r v i e wo fd e l m i a ss i m u l a t i o nf u n c t i o n 5 3 5 2s i m u l a t i o no f d r i v i n gp o s t u r ec o m f o r t 5 5 5 2 1d e f i n i t i o no f p o s t u r ec o m f o r t 5 5 5 2 2e s t a b l i s ht h ev i r t u a ls i m u l a t i o ne n v i r o n m e n t 5 7 5 2 3s i m u l a t i o nm e t h o do fd r i v i n gp o s t u r e 一5 7 5 2 4s i m u l a t i o ne x a m p l e so fd r i v i n gp o s t u r e 5 9 5 3s i m u l a t i o no fo p e r a t i o nc o m f o r t 6 1 5 3 1r a p p i du p p e rl i m ba s s e s s m e n t 6 1 5 3 2s i m u l a t i o ne x a m p l e so f d r i v i n go p e r a t i o n 6 2 5 4s i m u l a t i o no f v i s i o n 6 3 5 4 1l o a e t i o no f e y e l l i p s ei nl o a d e rc a b 6 3 5 4 2a n a l y s i so f v e r t i c a lf i e l di nd i r e c tv i s i o n 6 4 5 4 3a n a l y s i so f h o r i z o n t a lf i e l di nd i r e c tv i s i o n 6 5 5 4 4a n a l y s i so fo b s t r u c t i o na n g l ef r o mp i l l a r s 6 6 5 4 5a n a l y s i so f o b s t r u c t i o nf i e l df r o ms t e e r i n gw h e e l 6 7 5 5s u m m a r y 6 8 c o n c l u s l o n sa n dp r o s p e c t s 6 9 r e f e r e n c l e s ；7 l a c k n o w l e d g e m e n t s 7 5 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( s a e ) 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、方向盘三者之问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和置过程中，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( s 水p ) 的确定提供了依据。 根据j 下向运动学理论建立了操纵杆稚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仰置方案 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。 关键词：装载机驾驶室；关键参数；舒适性；人机仿真 a b s t r a c t a b s t r a c t c o m f o r th a sb e c o m ea ni m p o r t a n tf a c t o ri nt h e t h el o a d e rc a b si nc h i n aa r ea l m o s td e s i g n e di n d e s i g no fl o a d e rc a b s c u r r e n t l y , a c c o r d a n c e w i t ht h es o c i e t yo f a u t o m o t i v ee n g i n e e r s ( s a e ) h o w e v e r , s a ed o e sn o tt a k ei n t oa c c o u n tt h eh u m a n c h a r a c t e r i s t i c so fc h i n e s e s ot h e s el o a d e rc a b sc a n n o tm e e tt h er e q u i r e m e n to fd r i v e r s c o m f o r t i nt r a d i t i o n a lc a bd e s i g n ，t h ec o m f o r te v a l u a t i o no n l yc a nb ea c c o m p l i s h e d a f t e rm a k i n gt h ep h y s i c a lp r o t o t y p e s o ，t h ep r o d u c td e v e l o p m e n tc y c l ei sv e r yl o n ga n d c o s t l y i nl o a d e rc a b ，t h ep o s i t i o nr e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e a t ，p e d a la n ds t e e r i n gw h e e li s t h ek e yf a c t o rf o rd r i v e r s p o s t u r ec o m f o r t t h ej o y s t i c ki st h em o s tf r e q u e n t l yu s e d p a r t sf o rl o a d e rd r i v e r s d r i v e r s f i e l do fv i e wi sd e t e r m i n i n gt h e i rv i s i o nc o m f o r ta n d o p e r a t i o ns e c u r i t y t h e r e f o r e ，t h el a y o u tp a r a m e t e r so ft h e s ec o m p o n e n t sa r et h ek e y p a r a m e t e r sf o rl o a d e rc a bl a y o u t t h i sp a p e rf o c u s e so nt h em e t h o df o rd e t e r m i n i n g t h e s ek e yp a r a m e t e r s a n dt h ee r g o n o m i cs i m u l a t i o nw a sa l s oi n t r o d u c e dt ol o a d e rc a b i n l a y o u t ，w h i c hh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c en o to n l yt oi m p r o v ed r i v e r s sc o m f o r tb u ta l s o t os h o r t e np r o d u c td e v e l o p m e n tc y c l e sa n dr e d u c et h ec o s to fl o a d e rc a b i nd e v e l o p m e n t a c c o r d i n gt o c h i n e s ed r i v e r s a n t h r o p o m e t i cm e a s u r e m e n t s ，e s t a b l i s h e dt h e p o s t u r em o d e l t o o kt h ec o m f o r ta n g l eo fe a c hj o i n ta sr e s t r i c t i o na n da n a l y z e dt h e l o c a t i o nr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep a d d l e ，t h es e a ta n dt h es t e e r i n gw h e e l t h e n ，f i t t e d t h ef o r m u l a sf o rt h i sr e l a t i o n s h i pa n dt h e s ef o r m u l a sc a nb eu s e da sb a s i so fd e t e r m i n i n g t h es g r pp o i n tw h e nl a y o u tt h ec a b b a s e do nf o r w a t dk i n e m a t i ct h e o r y , e s t a b l i s h e dt h em a t h e m a t i c a lr e l a t i o nb e t w e e n t h ej o y s t i c kl o c a t i o na n dt h ej o i n ta n g l e s i m p l i f yt h ed r i v e r su p p e rl i m bt of l a m e s t r u c t u r ea n de s t a b l i s h e dt h em a t h e m a t i c a lr e l a t i o nb e t w e e nj o i n ta n g l e ，m a n i p u l a t e f o r c ea n dj o i n tm o m e n t b a s e do ne v a l u a t i o nm o d e lo fj o i n tm o m e n t ，a n a l y z e dt h e l a y o u tl o c a t i o no f j o y s t i c k t h e s ec a nb eu s e da sb a s i so f j o y s t i c kl a y o u t e y e l l i p s et h e o r yi sa p p l i e dt o t h ev i s i o nd e s i g no fl o a d e rc a b a n a l y z e dh o wt o l o c a t et h ee y e l l i p s ei nt h el o a d e ra n dd i s c u s s e dt h em e t h o do fd e t e r m i n et h ev e r t i c a l f i e l di nd i r e c tv i s i o n t h eh o r i z o n t a lf i e l di nd i r e c tv i s i o na n dt h eo b s t r u c t i o n si nt h e d i r e c tf i e l d b e s i d e s ，d e d u c e dt h ef o r m u l ao fh e a dr o t a t i o na n g l ew h e nd r i v e r sc a n n o t s e eo b j e c t sw i t h i nt h e i ro p t i m a le y er o t a t i o na n g l e t h e s ec a nb eu s e da sb a s i so fd e s i g n w i n d s h i e l d sa n dp i l l a r so ft h el o a d e rc a b c o m p a r e dt w ol a y o u ts c h e m e so fc a bi nt h ea s p e c t so ft h ed r i v i n gp o s t u r ec o m f o r t ， t h eo p e r a t i o nc o m f o r ta n dt h ev i s i o nc o m f o r t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em o d i f i e d c a b i nl a y o u ts c h e m ei m p r o v e dt h ed r i v i n gp o s t u r ec o m f o r ta n dt h eo p e r a t i o nc o m f o r t s i g n i f i c a n t l y i ta l s om e tt h er e q u i r e m e n t so fd r i v e r sv i s i o nc o m f o r t k e y w o r d s l o a d e rc a b ；k e yp a r a m e t e r s ；c o m f o r t a b l e ；e r g o n o m i cs i m u l a t i o n l v 第l 章绪论 1 1 课题的研究目的和意义 舒适性在装载机驾驶室设计中起着越来越重要的作用。由于装载机驾驶员在 驾驶室内操作的时间比较长( 经常超过8 小时天) ，使得驾驶员容易在肩部、颈部 及低背处产生疲劳及不舒适感【i - 3 】。产生这些疲劳及不舒适感的原因是多方面的， 包括驾驶室内部御置的合理性、振动、噪声及空气质量等。其中，驾驶室内部饰 置是否合理对驾驶员的舒适性具有非常重要的影响【4 】。对装载机驾驶室内部命置而 言，座椅、脚踏板、方向盘三者之间的位置关系决定驾驶员是否能够处于一个舒 适驾驶姿势，操纵杆是装载机驾驶员使用频率最高的手操纵件，所以操纵杆的和 置位置是否合理对于驾驶员的操纵舒适性具有重要意义，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，因此这几个部件的布置参数是装载机 驾驶室内部布置的关键参数。 汽车驾驶室的布置理论及方法已经比较成熟，美因机动车协会( s a e ) 制定了一 系列汽车驾驶室布置的标准。但对于面向中国用户的装载机驾驶室来说，完全按 照这些标准进行装载机驾驶室的开发，会存在不能很好地满足中国驾驶员舒适性 要求的问题。首先s a e 标准是s a e 根据美国人体特征来制定的，并不能完全适用 于我国人体特征；其次装载机由于在用途及使用环境上与汽车存在很大的区别， 所以s a e 的标准也不能完全适用于装载机驾驶室的丌发。并且目前国内企业在装 载机驾驶室丌发过程中对人机工程仿真方面的应用还不成熟，一般还需要等到生 产出物理样机之后对驾驶室的舒适性进行主观评价，这样一方面会导致研发成本 的增加，另一方面也使得研发周期比较长，降低了产品在市场上的竞争力。 本文的研究目的是基于人机工程学理论，研究如何确定影响驾驶员驾驶姿势 的关键参数，并建立相关数学公式，用以指导开发人员进行装载机驾驶室室内布 置时快速确定这些布置参数的范围，然后研究装载机驾驶室的人机工程仿真方法， 从而使产品开发人员能够在产品设计的初期阶段就能对驾驶室的舒适性进行评 估。因此本课题对于企业缩短产品的开发周期，降低产品开发成本具有重要意义。 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 人机工程学是从人的生理学和心理特点出发，研究人、机、环境相互关系和 相互作用的规律，以优化人一机一环境系统的- - f - j 新兴的边缘性学科【5 l 。而车辆人 l 机工程学是指以人一车一环境为对象，以改善驾驶员的劳动条件和车内乘员的舒 适性为核心，以人的健康、安全、舒适、高效为目标，使整个系统的总体性能达 到最优【6 1 。驾驶室设计问题是典型的车辆人机工程学问题，几乎覆盖了所有人机工 程学理论的核心内容。车辆人机工程学的研究内容可以分为理论研究及应用研究 两个方向。理论研究方面的趋势是研究的内容越来越细化，而应用方面的研究则 逐步朝着虚拟化智能化的方向发展，如图1 1 所示。 瓣 ：车辆人町程篡黜 细化 + ， 到能化 ： 一 7 - ： 。一 j 7 理论研究f+ 应用研究 !蓁；萋|霎萎蓁：，霉萎蒌 姿作 m 野候 盖 椅 = 适 舒：舒舒舒宜 z ：，的圣 性 适适适适人 篮 没 装 评 ：性性性忭性 ” 计譬价 土客 观观 评评 价价 静动腰 态态造潍减 预预型支嶷 测测撑 图1 1 车辆人机i ：样学的研究内容及趋势 在车辆人机工程学中，无论是理论研究还是应用研究，首先要解决的问题均 是驾驶员舒适性的定义问题。这是因为车辆人机工程学是以人的舒适性为核心的， 只有明确了人对舒适性的需求，特别是人对舒适性的定量需求，才能将理论研究 的成果有效用于知道开发人员开发更加舒适的驾驶室产品。然而影响人的舒适性 的因素是多方面的，驾驶员的舒适性可以分为：坐姿舒适性、操作舒适性、空间 舒适性、视野舒适性、气候宜人性等，驾驶员的舒适性是上述各舒适性综合作用 的结果。同时驾驶员的舒适性很多时候受心理作用的影响也是非常大的，所以要 同时满足驾驶员各种舒适性的需求是一个复杂的系统工程，驾驶室开发人员需要 综合考虑各方面的因素才能设计出令人满意的产品。 由于人的生理状态与心理状态存在差异，并且舒适性本身就是一个比较主观 的概念，所以要想完全定量的去定义驾驶员的舒适性需求是不现实的。但是驾驶 2 噪声 守气质量 温度 振动控制策略 舒适视野俺饼功态接触压力 眼椭嘲理论 振动传递特性生物力学特性-；：人体振动特性 _!舒适体压分机 静态舒适性： 一舒适火节角莨 室开发人员丌发新产品时却需要车辆人机工程学理论能对其设计方案给予定量的 指导，比如丌发人员需要了解驾驶员在多大振动加速度下是可以忍受的、座椅各 设计参数为多少时坐姿是舒适的等等。为了解决这一矛盾，研究人员对驾驶员的 舒适性定义问题做了大量的研究，尽管依然无法完全解决舒适性的定量定义问题， 但是其中的一些研究成果对驾驶室的开发具有比较重要的指导意义。这其中与本 文密切相关的两个方向为：驾驶员的姿势舒适性与动作舒适性。 1 2 2 姿势舒适性研究现状 驾驶员的姿势舒适性是指驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅上，身系安全带， 双脚置于脚踏板上，双手握住转向盘时驾驶员对身体姿势感觉的舒适程度。对于 装载机驾驶员来说，还需要完成下列动作： 1 ) 观察装载机外部的环境情况； 2 ) 观察装载机内部各个仪表的状态； 3 ) 双手( 有时是单手) 操作装载机的方向盘： 4 ) 双脚操作装载机的脚踏板； 5 ) 单手操作装载机的操纵杆及其它操纵件。 围绕以上驾驶任务，可知道影响驾驶员驾驶舒适性的因素主要包括驾驶任务 对姿势的约束、人体特征对姿势的约束、生理因素、心理因素等【7 1 ，如图1 2 所示。 其中驾驶室内的各布置参数及驾驶员的人体特征直接决定着驾驶员在操作装载机 时的生理因素，包括体压分布、关节角度、肌肉疲劳度等。所以驾驶员的体压分 布、关节角度及肌肉疲劳度一般被用来作为评价驾驶员姿势舒适性的评价指标。 驾驶室内部布置： i ! f 1 2 驾驶员驾驶姿势的选择过程 驾驶姿势f 一一j 3 对驾驶室的设计者来说，更关心的是在驾驶室设计的初级阶段就能提前知道 其没计方案的舒适性，这也就是所谓的驾驶姿势的预测。但是体压分布、肌肉疲 劳度及心理因素指标一般都是在物理样机制作完成之后才能进行测量与验证的， 所以在设计初期阶段更多的是考虑利用驾驶员的关节角度来预测设计方案的舒适 性。为了明确驾驶员的舒适关节角度范围，各国学者做了大量的研究试验，试验 的方法是大同小异的。 试验过程如下：1 ) 研究人员均是先建立一个物理仿真驾驶平台，平台一般包 括座椅、踏板、方向盘，并且三者的参数均是可调的；2 ) 选取一定