微型轿车后备箱人机工程评价.doc
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微型轿车后备箱人机工程评价.doc
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微型轿车后备箱人机工程评价
杜子学,郭庆祥
(重庆交通大学机电工程学院,重庆400074)
摘要:
以立姿状态下驾驶员在常态时取用后备胎为例,利用RAMSIS人体模型,在轿车数字模型上进行人机工程布置,计算驾驶员的操作力与不舒适性指标值,进行人机工程分析。
为提高评价的科学性,运用了模糊综合评价方法来分析驾驶员的舒适性,使评价结果更加清晰、全面、合理。
关键词:
轿车后备箱;RAMSIS;人机工程;模糊综合评价
中图分类号:
TP391.9文献标志码:
A文章编号:
1674-0696(2011)01-0000-00
ErgonomicEvaluationtoCarTrunk
DUZi-xue,GUOQing-xiang
(SchoolofMechanicElectronics&AutomotiveEngineering,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China)
Abstract:
Thispaperintroduceamethodtoevaluatetheergonomicanalysis,withthetypicalexamplethatbyuseofRAMSIStocalculatethedriver’soperatingscaleanduncomfortingindexwhenheaccessestothesparetireinnormalstandingstate,withtheaidofRAMSIShumanbodyandcarmodel.Andontheotherhand,fuzzycomprehensiveevaluationmethodisalsousedtoanalysisthedriver'scomfortindextoimprovethescientificandaccurateoftheevaluation,andsoontomaketheevaluationmorecomprehensive,clearandreasonable.
Keywords:
theluggagecompartment;RAMSIS;ergonomics;fuzzycomprehensiveevaluation;
前言
在新车型的开发中,为获得高效安全的人机系统,保证驾驶员的舒适性,探索一种全面客观的评价方法非常重要。
本文对驾驶员立姿取用物品进行舒适性评价,目前国内在汽车开发中对驾驶员坐姿的人机工程分析比较深入,但对驾驶员立姿的研究还不够,特别是在短时间内驾驶员处于恶劣环境下的人机工程操作性分析,还没有一个明确的标准,因此本文利用RAMSIS软件对某公司新开发轿车进行立姿人机工程分析,并运用模糊综合评价方法进行了人机工程评价。
1.轿车的建模
运用CATIAV5R18软件对轿车建立适合人机工程的数学模型。
该轿车是针对于中国的二三级市场开发的经济型轿车产品。
总体尺寸达到4110mm×1630mm×1450mm,轴距2400mm,整车及后备箱建模如下图1。
图1轿车整车数模
收稿日期:
2010-11-08;修订日期:
2010-11-24
作者简介:
杜子学(1962-),男,河北邯郸人,教授,博士,主要从事现代汽车设计方法与理论、人机工程学、汽车空气动力学方面的研究。
E-mail:
dzxdzxl@;电话023-62650377。
Fig.1CarsCADmodel
2.驾驶员取用备胎舒适性及操作力分析
2.1驾驶员人体模型的选取[1]
根据校核项目、产品满足度要求和产品使用对象的要求,分别选取第5百分位、第50百分位及第95百分位的RAMSIS中国男性人体模型,对驾驶员使用后备箱进行人机工程校核分析。
由于选用尺寸范围越大,产品设计难度就越大,因此没有考虑女性取用后备胎的情况。
2.2工作环境
利用RAMSIS软件,分析驾驶员从汽车后备箱取用轮胎的舒适性。
驾驶员的工作环境为处于站立姿势从后备箱取出轮胎,其中轿车后备箱主要数据如图2。
图2轿车后备箱相关尺寸
Fig.2Cartrunksizes
2.3操作力分析原理与结果
应用RAMSIS人体模型,取用轮胎的操作力分析结果按maximum100%(最大力)、permanent15%(持续力)、tolerable60%(可忍受力)3种力的类型情况以图表形式显示,图3为50百分位左手maximum100%情况下操作力情况,用户可以清楚地看到驾驶员的操作力的数值。
同理可以得出其他3种情况下不同百分位的人体操作力的数值简化表,如表1。
在立姿操作时,手臂处于不同角度和不同方位时的推力及拉力是不同的。
由图4说明,手臂的最大推力在肩上方0º方向上,而最大拉力在肩下方180º方向上。
人体在前臂伸直时,向侧面的推力值略小于向前的推力值。
因此,应该尽量将推拉形式的操作装置布置在有利于发挥最大操纵力的方向和位置上[2]。
表1驾驶员操作力情况
Tab1Driver'soperationforce
人体模型
5%人体模型
50%人体模型
95%人体模型
操作力类型
最大力
持续力
可忍受力
最大力
持续力
可忍受力
最大力
持续力
可忍受力
左手最大力(N)
最大消极力[N]
148.3
22.2
89.0
189.2
28.4
113.5
194.1
29.1
116.5
最大肌肉力[N]
124.4
18.7
74.6
87.2
13.1
52.3
73.9
11.1
44.3
支撑力[N]
-5.1
13.0
19.5
-5.1
13.0
19.5
-5.1
13.0
19.5
-11.1-28.2
-42.1
-11.1-28.2
-42.1
-11.1-28.2
-42.1
25.6
-65.4
-97.6
25.6
-65.4
-97.6
25.6
-65.4
-97.6
右手最大力(N)
最大消极力[N]
184.3
27.6
101.6
156.9
23.5
94.1
121.5
18.3
72.9
最大肌肉力[N]
121.8
18.3
73.1
105.0
15.8
63
90.6
13.6
54.3
支撑力[N]
-13.3-34.0
-50.8
-13.3-34.0
-50.8
-13.3-34.0
-50.8
-11.1-28.2
-42.1
-11.1-28.2
-42.1
-11.1-28.2
-42.1
-6.6
-16.8
-25.1
-6.6
-16.8
-25.1
-6.6
-16.8
-25.1
人体处于立姿且手臂水平向前伸直的情况下,一般男性的平均瞬时拉力可达689N;手做前后方向的运动时,推力小于拉力,连续操作的拉力约294N,平均的瞬时拉力可达1078N。
手做左右方向的运动时,则拉力小于推力,最大推力可达392N。
根据工作环境要求,取用备胎属于短时行为,所以只考虑最大操作力要求,即Maximum(100%)情况下的操作力,由表1可看出,第50百分位中国男性左手最大肌力和最大消极力分别是189.2N和87.2N,右手最大肌力和最大消极力分别是156.9N和105N,由此可推断50百分位的人体操作力符合要求。
同理可以得出5百分位和95百分位人体操作力也符合要求。
图3左手maximum100%情况下的50百分位人体模型的操作力情况Fig.3Lefthandoperateforceof50%humanunderthemax100%
图4立姿手臂伸直时的操纵力的分布
Fig.4Standingpositionunbendarmandoperatingforcedistribution
图5应用RAMSIS软件布置假人模型图650百分位的舒适性图
Fig.5LayoutmodelbyRAMSISSoftwareFig.650%bodycomfortdiagram
表2驾驶员取用备胎不同百分位舒适性简化表
Tab2Differentbodyofcomfortsimplifiedtable
各百分位人体模型
5百分位人体模型
50百分位人体模型
95百分位人体模型
舒适性
整体不舒适感
疲劳度
4.5
4.6
4.4
不舒适感
5.2
5.3
5.1
身体部位不舒适感
劲部
5.1
5.1
4.8
肩膀
5.2
5.7
5.5
背部
2.4
2.3
2.4
臀部
1.2
1.4
1.5
左腿
5.1
4.8
4.9
右腿
5.3
5.3
4.7
左臂
3.5
3.6
3.0
右臂
3.1
3.0
3.2
健康指数
脊柱健康指数
4.7
4.3
4.2
2.4舒适性分析原理与结果[3]
RAMSIS假人模型取用轿车后备箱轮胎姿态如图5。
由于轿车数模数据较大,为提高计算速度,只保留轿车后备箱以及部分侧围数模,而将轿车其它部分隐去。
采用RAMSIS舒适性分析工具对人体模型取用轮胎舒适性进行分析,其显示结果以图表形式显示,图6为50百分位的舒适性图表,用户可以清楚地看到代表驾驶员的舒适性指标的数值。
利用相同方法可以得出其他百分位的数值,简化后如表2。
从表2可看出第5、50、95百分位男性人体模型的各不舒适性指标值均在较大的范围,只有颈部、臀部在可接受范围。
但是,对于驾驶员立姿取用备胎状态,属于在恶劣环境下操作且短时行为,仅仅使用软件对驾驶员舒适性进行评价不够全面。
所以本文应用模糊评价法进一步评价驾驶员的舒适性情况。
3.驾驶员取备胎舒适性模糊综合评价
3.1模糊综合评价基本原理
模糊综合评价分为单级模糊评价和多级模糊综合评价法;多级模糊综合评价法多应用于解决复杂问题。
考虑到舒适性的影响因素比较复杂,因此对驾驶员取用备胎的舒适性评价,采用二级模糊综合评价模型。
二级模糊综合评价模型依据的基本原理是将众多要考虑的因素为成两层,并保证各层里包含较少的影响因素,首先评价第一层中因素,再依据第一层的评价结果对第二层进行综合评价。
所以,根据二级模糊综合模糊评价的基本原理,将驾驶员取用轮胎舒适性评价分为2层:
第一层评判驾驶员舒适性因素为第95百分位、第50百分位及第5百分位男性驾驶员;第二层进行综合评判[4]。
舒适性的模糊综合评价,必须确定出能够反映舒适性的评价集、因素集、权重集和隶属函数。
3.1.1因素集
在第一级评价中,立姿舒适性的因素集由人体的各舒适性指标值来组成,由此,可确定其子因素集为{X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11},其中X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11依次代表疲劳程度、不舒适程度、劲部舒适度、肩膀舒适度、背部舒适度、臀部舒适度、左腿舒适度、右腿舒适度、左臂舒适度、右臂舒适度及脊柱健康指数。
在二级评价中,因素集是由人体
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