【基于人机工程学的驾驶室座椅人体尺寸参数确定分析案例2100字】

基于人机工程学的驾驶室座椅人体尺寸参数确定分析案例人体模型建立的基础是人体尺寸，所以保证人体尺寸数据准确性是十分重要[50-52]。人体由多个可动部位组成，可以处于不同姿势，使人—机—环境中的分析更加复杂。适宜的人体尺寸不仅能保证人体模型的精确度，更能体现人—机—环境之间的互相协调的关系。在玉米联合收获机驾驶室座椅的人机工程设计过程中，使用对象通常是特定的一组目标群体。为了提高座椅的普适性，不能以某个单独的人体尺寸为参考，必须考虑一定范围内的人体尺寸参数[53]。鉴于人体尺寸测量工程巨大，一般通过对人群样本经过统计分析得到的具有代表性的一定范围的人体尺寸数据，通过这样的数据建立起的人体模型才能够指导驾驶室座椅的设计，满足目标群体需求[54]。人体尺寸测量项目包含内容如图1.21所示。图1.21人体尺寸测量项目Figure1.21Humandimensionmeasurementproject通常情况下，用百分位数来表示人体尺寸。常用的有5%、50%、95%三个百分位数人体尺寸分别表示小身材、中等身材、大身材[55]，如图1.22所示。图1.22三种百分位人体模型示意图Figure1.22Schematicillustrationofthreepercentilehumanmodels我国国标中给出47项人体尺寸基础数据，包括不同性别，不同年龄段所对应的不同人体百分位的成年人人体尺寸。本文选取了14个与坐姿有关的人体数据，整理后如图1.23和表1.2所示[56]。图1.23人体坐姿模型示意图Figure1.23Schematicillustrationofthreepercentilehumanmodels表1.2三种百分位坐姿人体的尺寸项Table1.2Revisedthesizeitemsofthelastthreepercentilesofthehumanbody序号名称（mm）男性（18~60岁）女性（18~55岁）5%50%95%5%50%95%A坐高858908958809855901B坐姿颈椎点高615657701579617657C坐姿眼高749798847695739783D坐姿肩高557598641518556594E坐姿肘高228263298215251284F坐姿大腿厚112130151113130151G坐姿膝高456493532424458493H小腿加足高383413448342382405I坐深421457494401433469J臀膝距515554595495529570K坐姿下肢长9219921063851912975L坐姿臀宽295321355310344382M坐姿两肘间宽371422489348404478N最大肩宽398431469363397438通过人体结构和坐姿人体尺寸项我们可以建立三维数字人体建模，与试验研究相比较，三维模型不但可以有效表示人体形态和力学特征，而且更加节约成本、减少时间、容易发现设计初期的问题，是驾驶室座椅设计、校核、仿真分析的强有力的工具[57-58]。根据调查，玉米联合收获机驾驶员基本为男性，女性驾驶员占比极低，因此本文根据我国男性的人体尺寸建立人体仿真模型。三个百分位体模型的关键尺寸数据如表1.3所示。表1.3三种百分位人体模型的关键尺寸数据Table1.3Keydimensiondataofthreepercentilemanikin名称（mm）5%成年男性人体尺寸50%成年男性人体尺寸95%成年男性人体尺寸身高158316781775体重（kg）485975上臂长289313338前臂长216237258大腿长428465505小腿长338369403手长170183196手宽768289足长230247264足宽8896103考虑到人体实际结构十分复杂，为便于控制和调整人体模型各部位尺寸，先省略其不必要的部位，如手指、耳朵、眼睛等，再建立人体几何模型。图1.24为建立的第50%成年男性三维人体模型示意图，其中包括头颈部、胸部、腰腹部、臀部、四肢。图1.2450%中等身材三维人体模型示意图Figure1.24Schematicdiagramof50%mediumbuild3Dhumanbodymodel1.5基于人体尺寸的座椅参数确定人体尺寸与座椅参数之间关系的研究比较复杂，二者之间不都是一一对应的，座椅参数也会受到多个人体尺寸共同影响[59]。由人体坐姿时各部位尺寸测量数据，结合座椅相关设计要求以及人机工程学对各部分参数进行确定。由人机工程学中对于产品尺寸的确定方法可知，各部分尺寸同样由人体95百分位数以及功能修正量和心理修正量共同确定，人体与座椅的关系为：(1.13)式中，—座椅尺寸；—人体百分位尺寸；—尺寸修正量。座椅参数与人体尺寸修正量如表1.4所示。表1.4座椅参数和人体尺寸之间的关系以及修正量Table1.4Therelationshipbetweenseatparametersandbodysizeandthecorrection座椅参数人体尺寸尺寸修正量/mm修正原因靠背高度坐姿肩高5衣厚靠背宽度最大肩宽15衣厚靠背腰部高度坐姿肘高8衣厚靠背腰部宽度坐姿两肘间宽20衣厚、肘部弯曲座高度小腿加足高25膝盖弯曲、鞋高座深坐深5衣厚座垫宽度坐姿臀宽13衣厚（1）合理的靠背高度便于驾驶员观察外部环境以及机器工作状态，否则极易产生盲区。靠背过高或者过低会影响到头枕位置和肩部支撑问题，因此参考大身材男性坐姿肩高尺寸作为靠背高度，经修正取值为580mm。（2）靠背宽度须大于驾驶员人体最大肩宽，起到对背部的保护作用且包含侧翼，参考大身材男性最大肩宽，经修正取值为490mm。（3）靠背倾角为靠背与水平面的夹角，取值的参考范围在95°～115°，靠背应对脊柱起到支撑和包裹作用，综合考虑取值为100°。（4）座高是从座垫顶面到驾驶室地面的纵向距离。地面与小腿夹角处于105°～115°时，人体下肢处于合理角度，还要确保驾驶员足部能轻松地控制踏板，参考男性坐姿小腿加足高，经修正取值为410mm。（5）座深即为座垫的前后距离，座深过短则无法保证臀部得到有效支撑，座深过长则导致腰背无法得到靠背的支撑，为使座椅适应大部分人，参考中等身材男性座深，经修正取值为440mm。（6）座宽即为座垫的左右距离，必须保证座宽大于人体最大坐姿臀宽且包含侧翼，参考大身材女性的坐姿臀宽，经修正取值为470mm。（7）座面倾角为座面与水平面夹角，目的是防止驾驶员滑出座面，取值的参考范围在0°～5°，合考虑取值为5°表1.5驾驶室座椅设计尺寸表Table1.5Optimaldesignsizetableofcabseat项目名称选取数值（mm）项目名称