AO681电动车人机工程座椅及踏板布置校核本科毕业论文Word格式.docx
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在学习和分析座椅及踏板布置设计中的设计规则和经验知识的基础上，主要以大型工程软件UnigraphicsNX（简称UG）为设计平台，进行座椅及踏板布置设计，研究了如何利用UG中的三维造型技术——知识熔接，来实现轿车座椅及踏板布置设计的自动化、智能化的理论和方法，并在此基础上进行座椅及踏板布置的校核。
赋予计算机一定的创意能力更强大可靠的虚拟设计环境
关键词：
电动汽车；
座椅及踏板布置；
UnigraphicsNX；
ABSTRACT
Withthedevelopmentofelectricvehiclesathomeandabroad,peoplehavecertainrequirementsofautobodyshapes.Intheseatbeltandtreadlecollocationdesign,thecombinationofGod'
simage,productionprocesses,technologyandotherfactorsconnectedtothedesignandcomponentsofthematching.
Electricvehiclesthebodyshapehasthesamerequirementsofthetraditionalautomotive.Thepreliminarydesignincludescollectionofseveralbrandsoftheworldcarenginehoodinformation.Compiledsomebasiccarenginehoodofthetechnicalparameters,andapreliminaryanalysis,tounderstandthebodycontourdesignofthedevelopmentstatusandtrends.Duringthestudydesignandanalysisofthehoodinthedesignrulesandknowledgeonthebasisofexperience,adoptthelarge-scaleengineeringsoftwareUnigraphicsNX（referredtoUG）forthedesignplatform.Duringthehooddesign,usingthethree-dimensionalmodelingtechniquesofUGWeldknowledgetoachievethecarhooddesignautomation,intelligenttheoriesandmethods.andonthisbasistocoverthetwo-dimensionalgraphicsenginetomap.Thecomputergivethecreativecapacityofmorepowerfulandreliablevirtualdesignenvironment.
KeyWords：
ElectricVehicle；
EngineHood；
UnigraphicsNX
1绪论
1.1汽车发展简介
随着我国经济的快速发展，汽车工业在国民经济中的地位越来越重要，将逐渐成为我国的支柱产业，并对经济和社会进步产生深远的影响。
在我国，尽管汽车业发展的势头很好，但汽车产品与国际先进水平差距还很大。
面对竞争激烈的国市场，我国汽车工业仍存在诸多问题，如民族品牌缺乏，自主开发能力不强等。
生产厂家为了能在市场竞争中立于不败之地，就必须提高产品质量，降低生产成本，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率，所有这些迫使设计者不断地寻求智能化的设计工具和先进的设计方法。
在汽车发展的百余年中，汽车车身结构也经历了从无到有、从简单到复杂、从单方面到多方面的发展过程。
在此过程中，汽车车身的性能不断增强、安垒性不断提高、外观设计不断改进，形成了独具特色的现代汽车车身。
1）、车身结构设计发展简史
在汽车工业发展的幼年时期，汽车车身实际上就是从马车结构直接转化而来，所谓的“车身工程”在当时还是木匠的事情，只是为了使车身的各组件能大批量生产，将木匠的工艺加以改进而已。
在整个20年代，汽车车身在全金属结构的基础上只发生了一些小的变化，它们都是为了满足顾客的舒适需要而变化的。
30年代后期，世界汽车工业进入一个新的时期，出现了所谓的“概念车”。
概念车的设计和生产向车身生产商提出了新的要求：
车身的设计和制造必须与汽车的整体设计融为一体。
80年代，当世界车工业的竞争进入全球化的时候。
汽车市场进入又一轮外观设计的竞争，这给汽车车身的设计在新材料、一体化等基础上又增添了新的焦点。
20世纪90年代初，轿车车身外部造型设计的主流主要是柔性与刚性的特点相呼应，构成棱角分明的外形。
车身造型显得朴实含蓄、线条明晰优美。
这种外形与现代发展起来的车身制造工艺很适应。
由于空气动力学是影响车身造型的最重要因素，根据节约能源、减小风阻系数和提高空气动力性能等原理而推出的楔形造型，后来也一度十分盛行，亦即：
长头短尾，车头前端低矮，线条前低后高，尾部保持丰满并向上翘起的造型风格。
近年来，因为棱角分明的外形很难大幅度地降低风阻系数，故汽车外部造型逐步突破棱角分明而趋向圆滑，尤其重视完美的局部造型以及加装各种导流板。
事实上，这种圆滑、飘逸型的造型风格已博得广大消费者的理解和喜爱，并成为今天的车身造型主流。
总的来说车身结构也出现了如下个不同特点：
●轻型化：
由于节油是当代汽车发展的主要课题之。
作为汽车主要总成之一的汽车车身的轻型化是大势所趋。
为此，世界汽车工业的主要供应商们都“挖空心思”地开发出了各种轻型化汽车车身。
●联合化：
当今大的汽车生产商的设计与生产已经出现了上下一条龙的联合化趋势。
这种联合化趋势给汽车车身生产商以更多的设计创造、生产革新等方面的自主权。
●优质化：
汽车车身的设计和制造的优质化体现在三个方面：
首先，汽车车身的实际使用中的结构强度必须完全符合有关方面的安全标准，以彻底消除汽车受到撞击后车身变形、车内人员受到直接的撞击力；
其次，汽车车身的生产工艺的发展不再独立化，它必须能够不断适应汽车外形设计发展的需要：
最后，汽车车身在设计变得复杂的同时其结构却变得简单了。
2）、未来汽车车身结构设计的发展方向
汽车当今的市场竞争和技术发展推动了设计思想和设计手段的革新，这无疑在不远的将来会得到进一步的发展。
汽车产业内部、汽车整车制造商与其上下零部件供应商之间、汽车企业之间的联合化发展的前提条件就是设计工具、生产手段的自动化。
随着计算机软硬件技术的迅速发展出现了专门的二维/三维辅助设计/工程软件汽车设计迈入了数字化时代其核心是在设计过程中使用计算机辅助设计软件CATIA、PRO/E、UG等建立车身的数学模型。
1.2本文研究的内容及意义
汽车是人的代行工具，与人在日常生活中息息相关，己形成独特的汽车文化。
“一堆冰冷的钢铁”是无法满足现代人精神和文明需要的。
车身造型设计必须以人为本，体现人机协调，使用操作方便、舒适，使汽车适应人的各种生理和心理要求，从而提高工作效率、保障安全、维护健康。
未来的车身造型设计将在车身外观设计、人机工程以及室内环境等方面更加注意人性化的发展。
人机工程学在对人的特性进行详细研究的基础上设定了一系列的设计准则，用来指导汽车产品的设计，主要是人和汽车之间的界面设计。
其中与汽车设计相关的主要有
1）基于人体感官的界面设计
例如，人的视觉有视角、视野、可视光波长范围、颜色分辨力、视觉灵敏度、定位错觉、运动错觉、视觉疲劳等特性，汽车的挡风玻璃、仪表板和仪表的设计就要充分考虑这些特性，使驾驶者能够得到足够的视区，能够迅速辨认各种信号，减少失误和视觉疲劳。
交通标志的设计也应该采用大多数人能明辩的颜色和不易产生错觉的形状。
2）基于人体形态的界面设计
不同地区和人种、不同年龄和性别都具有不同的身体尺寸，为不同地区和群体设计的汽车就要参考特定对象的人体参数，在现代社会条件下，以一种产品规格想占有不同地区的市场是很难的。
人在生活和劳动中又具有各种不同的形态，人体在不同的姿态下工作，全身的骨头和关节处于不同的相对位置，全身的肌肉处于不同的紧张状态，心脏负担不同，疲劳程度也不同。
设计一台机器首先要考虑采用什么身体形态来操纵，选定姿态后，还要考虑以最舒适的方式对人体进行支撑，并适当地布置被操作对象的位置，从而减少疲劳和误操作。
例如司机在驾驶汽车的时候采用坐姿，坐椅的设计要符合人体骨骼的最佳轮廓，仪表的布置应在易于看到的地方，操纵杆/板的位置要在人体四肢灵活运动的范围内。
3）基于力特性的界面设计
人体在不同的姿态下，用力的疲劳程度不同，操纵机器所需的力量应该选择在对应姿态下不易引起疲劳的范围内。
例如转向助力器就是为了减轻操纵力而设计的。
人体在不同的姿态下最大拉力、最大推力也不相同，例如坐姿下人腿的蹬力在过臀部水平线下方20度左右较大，操纵性也较好，所以刹车踏板就安装在这个位置上。
人体在不同的姿态使用不同的肌肉群进行工作，动作的灵活性、速度和最高频率都不相同，例如腿的反复伸缩具有较低的频率，而手指则可以用较高的频率进行敲击。
因此，对应不同的操纵频率应采用不同的动作方式来完成。
4）基于人脑特性的界面设计
人脑对事物的认识和反应有自己的特点，体现在他的行为和对外界的反应中。
人喜欢用直觉处理事情，不善于烦琐过程和精确的计算。
对于协助人脑进行工作的计算机，如何进行人机界面的设计一直是热门的论题。
无论是从低级语言到高级语言，到面向对象、面向任务的编程方式的发展，还是图形终端、鼠标定位、窗口系统、多媒体、可视化、虚拟现实等方面的进展，都体现了这个主题。
近年来，人工智能已经在汽车上应用，车载电脑可以协助驾驶者认路、换档、避碰……。
可以毫不夸张地说，现代社会中，凡成功的机器产品，不能缺少人机工程学的理念。
也正因为如此，越来越多的汽车公司在设计产品的时候都将人机工程作为设计考虑一大要素。
近年来，纯电动汽车无论在国外，还是在国内，均得到了较大的发展。
从当前中国经济发展水平和国民收入的情况来看，纯电动汽车不仅适合国情，而且是能够快速进入中国家庭的车型。
目前，国内的纯电动汽车设计水平与国外相比，还有比较大的差距。
国内成批量生产的纯电动汽车大多是与国外厂家合资生产的，自主开发的整车几乎是空白。
所以提高的纯电动汽车设计水平和自主开发能力是我们迫切需要解决的问题。
而汽车车身属于汽车的4大总成之一，在汽车设计中占有极其重要的地位。
汽车座椅以及脚踏板的布置设计直接影响汽车的美观和安全性。
随着汽车工业的高速发展，全球汽车总保有量不断增加，汽车所带来的环境污染、能源短缺，资源枯竭等方面的问题越来越突出。
当今世界节能和环保日益引起关注，因此电动汽车正在加速发展。
电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等显著优点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势，因此它是解决上述问题的最有效途径。
目前电动汽车技术的研发已成为各国政府和汽车行业的热点。
电动汽车势必成为21世纪重要的绿色交通工具。
电动汽车指全部或部分用电能驱动电动机作为动力系统的汽车。
它包括蓄电池电动汽车即纯电动汽车（AO681）。
如图1-1：
图1-1AO681纯电动汽车电能驱动系统
本文针对纯电动汽车的座椅及踏板布置设计主要研究内容如下：
首先，通过搜集人体测量的实际数据来确定乘坐姿势的舒适性和安全性。
其次，搜集几款世界上各品牌（包括中国本土）的轿车座椅及踏板布置的资料，把它们的技术参数作一个整理，进行一些初步地分析。
最后，进行座椅及踏板布置设计并对设计好的座椅及踏板进行校核。
2汽车座椅及踏板布置的设计与校核
2.1布置设计要求
2.1.1座椅布置要求
驾驶座椅的布置是轿车总布置的关键之一。
驾驶座椅的调整应能够使驾驶员相对方向盘、操纵杆、踏板等操纵机构及前档风玻璃，在纵向及铅垂方向的位置应能够满足绝大多数驾驶员群体的各类人身体特征。
座椅的平行移动及高度调整范围根据人体标准模型的肢体夹角来确定。
座椅安装位置的尺寸是很重要的，它直接影响到使用者的便利性和舒适性。
座椅布置要体现出人体工程学的要求。
驾驶座椅是最关键的座椅。
它的基本要求是布置合理，操纵方便，即乘坐时驾驶者对方向盘、操纵杆和踏板的良好可及性。
座椅设计时应同时满足以下五点基本要求：
1.座椅的合理布置；
2.座椅外形要符合人体生理功能；
3.座椅应具有调节机构；
4.座椅有良好的振动特性；
5.座椅必须十分安全可靠。
2.1.2座椅的人机工程学要求
1）各部贴合感：
要求座椅靠背和坐垫的形状与人体背部、臀部及大腿底面的形状相贴合。
贴合感强的座椅将有利于改进接触面积和部位。
2）横向稳定性：
汽车转弯时，人体承受横向加速度，为了提高乘员的身体保持性，要求座椅的侧面稍加高，以便两跨和大腿部能轻轻支承身体。
3）背部和腰部的合理支承：
汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支承，第一支承位于人体第5～6胸椎之间的高度上，作为肩靠能减轻颈曲变形；
第二支承设置在腰曲部位，作为腰靠，能保证乘坐姿势下近似于正常的腰曲弧线。
4）各部合适的软硬感：
座椅最重要的作用是支撑乘员的身体，不能只是一把安乐椅，表面硬一些的座椅不易使人疲劳，但与身体不是特别贴合的硬座椅会压迫身体的某一部分，使疲劳感倍增。
5）振动舒适性：
需要设计好座椅的静态刚度、共振频率及衰减特性。
2.1.3脚踏板布置要求
（1）踏板排列。
从驾驶员位置观察时,踏板应按以下次序自左至右排列:
离合踏板、制动踏板、加速踏板。
（2）踏板间距。
踏板间距以两个踏板在参考平面P上投影之间的最小距离来测量,图2-1所示,踏板之间的最小距离是指加速踏板和制动踏板及制动踏板和离合踏板之间的最小距离。
图2-1脚踏板布置示意图
（3）离合踏板在参考平面P上的投影至被P平面所截的车身内饰板截面之间的最小距离,如图2-2所示。
图2-2离合踏板与车身固定距离
（4）操作单个踏板的最小侧向间距。
紧挨踏板左右侧向有碍于踏板操作的两障碍物,在参考平面P上投影之间的最小距离。
除相邻踏板外,还应考虑转向柱及固定装置等。
具体数值见表1所列。
表1踏板间距推荐值（mm）
ECE法规DIN73001
最大最小推荐值
E1005070
F-5060
G-50130
H-130170
J-160260
因此，为了使离合器踏板到新设计的轮包的最小距离符合标准，必需将离合器踏板在原来位置的基础上再向内移动。
由于转向管柱略向前倾，所以离合器踏板同转向管柱是交错的，没有干涉问题的存在。
可适当向内移一些,但要考虑驾驶舒适性.一般离合器踏板到侧边距离为40～80mm,小车小一些,到方向盘中心Y向距离为40～120mm,制动踏板离离合器踏板约为100～160mm,油门踏板离制动踏板水平距离为60～120mm,设计时可以参照同类车型尺寸.
2.2人体统计尺寸在汽车设计中的应用
通过人体测量获取大量数据，经统计分析得出相应部分的各种百分位值，然而这些统计数据在产品设计中还不能还拿来就用，还必须根据实际情况加以修正。
同样，有了这些数据，我们可以建立起人体的三维几何模型，这就需要对人体进行适当的简化。
人不同于机械，机械运动是有规律的，大小是分系列的，二人的运动是无规律的，人体尺寸也是千差万别的。
因此，对于人体的研究只能采用统计的方法，从概率中寻求规律，以满足茶品设计的需要。
2.3模型关节点的确定和人体分块简化
人体本身由头颈，躯干，四肢几大部分组成，各组生部分以关节相连结，构成一个有机的整体。
而人体实际就是以骨骼系统为支架，再加上肌肉等软组织构成的。
2.3.1关节的简化
做作为关节在人体解剖学和生物力学中都有具体描述，各在结构和功能上也多不相同。
尤其对于工程应用来说，要模拟各关节复杂的运动和结构是比较困难的，也不太必要，设计者所关心的只是在对肢体运动及构造简化的前提下，对人体静态动态空间进行客观的描述，如人体的高度和关节的活动范围。
而我国至今还没有成熟的人体关节简化数据，在这种总情况下只能参照国外相应资料并进行某些适当的假设。
本文使用的人体模型是参照德国DIN334416和DIN334402标准有关人体模版关节位置和体表尺寸间的比例关系，并假设这种比例关系也适合中国人体尺寸。
这种假设是建立在以下认识上的：
即各民族，国家的人体在尺寸分布及结构比例（如坐高/身高）上存在差异，但在同一部位如肩宽与肩关节点中心位置之间的比例关系上应该是相差很小的。
基于这种认识，根据德国人在模版设计中心位置与人体相应部位的比例，作为计算中国人体关节中心位置的依据。
如有以下计算公式：
中国人体关节中心距=中国人体肩宽
德国人体
（2-1）
关于关节转动角度直接引用DIN33408中有关内容，这是基于关节角度方面国际上比较一致的观点：
即不同种族间在人体尺寸方面有较大差距，但人体关节活动角度仅限于正常范围其数值相差较小，可以认为基本上相同。
在模型中，用关节点来表示整个关节，但模型没有采用全部关节点，而只用了以下11个：
左右肩关节点，颈关节点，左右肘关节，左右髋关节点，左右膝关节点，左右踝关节点，忽略了腕关节点和胸腰关节点。
2.3.2人体简化分块
模型建立中将整个人体分为颈，躯干，左右上臂，左右前臂（包括手），左右大腿，左右小腿，左右脚共12块，分别用曲面加以描绘，然后再通过关节点把相应部分（块）连接起来，构成整个几何模型，如图2-3和2-4，下面分别讨论各块的简化。
图2-3图2-4
1头颈部2躯干3上臂4前臂和手
5大腿6小腿7脚
1.左右前臂和手的简化
在模型建立中把手和前臂作为一个整体加以简化。
原因如下：
在胳膊的正常工作姿势下手心（握心），腕关节，肘关节，基本在同一直线上，也就是说手相对前臂基本不发生弯曲动作，因此就忽略了手绕腕关节的转动，把手和前臂作为一个整体，定义成一个块如图2-4中的4。
手的姿势简化，手是人体结构较为灵活的部分，结构复杂关节众多。
由于模型并不是用来检验手的灵活性，只考虑了两种在驾驶员操纵部件时两种常用姿势如图2-5所示，一是握手柄和方向盘的，另一种是拔按开关，按钮的。
模型中针对这两种情况考虑手的长度变化。
图2-5上为抓握姿势
下为抓捏姿势
2.脚的简化
驾驶员在操纵踏板时，脚着工作鞋，整个脚部就像一个整体一样，几乎不变形。
在建立模型时对脚趾关节活动的考虑也没有多大意义，因此在建立本文模型时，把脚同鞋子一起作为一整体对待。
使其只绕踝关节做转动。
3.躯干部分的简化
躯干部分是几大部分中最为复杂的，自由度大。
由于主要组成部分胸腰两块以脊柱为连结。
为了简化起见，在建立模型时，仍把躯干作为一个整体来对待。
图2-4中的2。
4.头颈部分的简化
头颈的结构稳定，几乎不变形，在驾驶时姿势基本保持不变的情况，而把头颈作为一个整体来加以简化如图2-4中的1
5.其他部分的简化
上臂，大腿，小腿这几部分由于其结构比较单一，大多是一根大的骨骼贯穿其中，故把他们简化成不同的独立整体。
如图2-4所示。
2.3.3三维人体几何模型的建立
人体可以看成是复杂的运动机构，各部分由相应关节连结而构成一个运动链。
通过对人体的简化分块，对各组成部分建立对应的局部坐标系，在各自的局部坐标系中，对各块进行描述。
这样对人体处于某一姿势时，在三维空间中确定出各块的局部坐标系，然后再在各局部坐标系中，描绘出各组成块，就可构成整个三维人体几何模型。
如图2-6所示以上就是建立几何模型的基本思路。
具体过程如下：
1.首先是各块的局部坐标的确定。
发法如下：
x轴方向为长度或高度方向，y方向为厚度方向。
（注：
长度、高度、厚度方向都以人们通常习惯所指一致）原点o在该部分转动所绕的关节点上，z轴方向由右手定则定出。
如图2-7所示。
例如躯干部分的局部坐标系的确定。
以H点为原点，HSc为x轴，垂直朝向背为y轴。
图2-6
图2-7
各部分的局部坐标系却确定后，建立各块的三维曲面模型如图2-4所示各块。
由局部坐标系的确定方法可知，在建立各局部坐标时，必须已知各相应关节点的位置（三维坐标值）。
下面就主要讨论如何确定模型建立中要使用的各关节点在车身坐标系中的坐标值。
车身坐标系以前后方向为X轴，向后为正方向，高度方向为Z轴，向上为正，宽度方向为Y轴，向右为正。
一般情况下，已知驾驶员的H点，左右手触及点（或手握中心点）左右踵点的坐标值，这样就是求解左右H点，左右膝关节点，左右踝关节点，左右肩关节点，左右肘关节及颈关节点，左右髋关节点，连线中心点的坐标值，下面分别讨论。
2.躯干部分各有关关节点的位置计算
模型建立时，只考虑躯干绕过左右H点连线前后摆动的情况，对躯干的左右侧倾和扭转不加考虑，这样的话，就可知左右H点连线平行于y轴，脊柱线HSc平行于XOZ平面，左右肩关节点连线平行于y轴（以上各轴平面皆指车身坐标系），那么计算躯干部分各关节点坐标就简单了。
设已知H点在车身坐标系的坐标值（XHYHZH）,靠背倾斜角L40,左右H点距离HB，左右肩关节点SB，H点到肩关节点连线中心点Sc的距离SH（本文长度单位为：
mm,角度所用单位为：
角度）。
图2-8躯干在车身坐标系中的位置示意图（左视）
图2-9躯干部分各关节在车身坐标系中的位置示意图（后视）
左H点HL的坐标为：
XHL=XH
YHL=YH-HB/2
ZHL=ZH
右H点HR的坐标为：
XHR=XH
YHR=YH+HB/2
ZHR=ZH
左右关节点连线中心的坐标为：
XS
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