基于人机工程学的2D人体模型座椅仿真设计实现

基于人机工程学的2D人体模型座椅

仿真设计实现

李月凤,王晨光，高强

(天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津300384)

摘要：本文结合人机工程学，给出了利用UG开发软件对汽车模型座椅进行仿真设计的方法和实现。文中首先阐述了结合人机工程学原理对汽车座椅进行的参数化设计，还分析了UG的参数化及建模方法和2D人体模型建立的仿真平台，运用人体舒适坐姿的角度参数，达到汽车座椅人性化设计的要求，最后完成了2D人体模型座椅仿真分析。

关键词：UG软件；人机工程学；模型座椅；参数化建模；仿真设计

2D seat simulation design of the human body model

based on Ergonomics

Li Yue-Feng，Wang Chen-Guang，Gao Qiang.

(Tianjin Key Laboratory for Control Theory & Applications in Complicated Systems, Tianjin

University of Technology, Tianjin, 300384, China)

Abstract: A simulation of model chair which is combined with ergonomic under the UG software development environment is simulated .This simulation analyzed the combination of ergonomic and human engineering of the car seat to design parameters. Followed by the completion of the UG and parametric modeling and describing the simulation platform of 2D human body model, using the Angle parameters of Human comfortable sitting .So designing user-friendly design of car seat for achieving the purpose and requirements .Finally realized how to complete 2D human body model seat Simulation under the UG software development environment .

Keywords: UG software;Ergonomics;Parametric modeling;Simulation design

引言

随着汽车行业的蓬勃发展和日益普及，驾驶健康和安全问题受到越来越多的关注。为了满足不断发展的用户需求和健康安全的需要，汽车人性化设计已成为当今发展的重要研究课题。人机工程学[1]是实现汽车人性化设计的重要手段之一[10]。在汽车设计流程中，人机工程设计能充分考虑操作者的生理、心理等完备的人类因素，以及人一汽车一环境系统[2]的整体状态和动态作业过程，是实现汽车人性化设计的重要手段。人机工程设计使汽车设计适应于人，保证人的操作简便省力、迅速准确、安全舒适，提高人机系统的整体和谐性，充分发挥人机效能，获得最佳的经济效益和社会效益。从某种意义上讲，人机工程设计的好坏直接决定了汽车人性化设计水平的高低。

1.人机工程学

1.1 定义及其研究的方向

人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的科学。该科学在其自身的发展过程中，打破了各学科之间的界限，并有机地融合了各相关学科的理论，不断的完善自身的基本概念、理论体系、研究方法以及技术标准和规范，从而形成了一门研究和应用都极其广

泛的综合性边缘学科。因此，它具有现代各门新兴边沿学科共有的特点。

据对英、美等国家的人机工程学研究，可把人机工程学研究的方向归纳如下：

（1）工作负荷研究，包括体力活动、智力活动、工作紧张等因素引起的生理和心理负荷；

（2）工作环境研究，包括高空、深水、地下、加速、高温、低温和辐射等异常工作环境下的生理效应，以及一般工作环境中振动、噪音、空气、照明等因素的人机工程研究；

（3）工作场地、工作空间、工具装备的人机工程研究；

（4）信息显示的人机工程学问题，特别是计算机终端显示中人的因素研究；

（5）计算机设计与使用的人机工程学研究；

（6）工作成效的测量与评定；

（7）机器人设计的智能模拟等；

（8）人际系统研究。

1.2 汽车座椅的功能与要求

汽车座椅的功能就是支撑驾驶员及乘座者的身体，缓和路面不平传给人体的冲击和衰减由此而引起的振动，给乘座者制造舒适、安全的乘座条件，便于驾驶者有良好的驾车环境与条件。其要求是:

(1)应该设计制造成舒适的产品，使驾驶员和乘员的疲劳限制在最小的程度。

(2)应当安全可靠，能承受较大的压力。

(3)应当富有弹性，减振性能好。

(4)应当美观大方，透气性、触感性要好。

(5)还要适合不同身材、不同体型、不同体重的驾驶员使用。

根据人机工程学理论，驾驶员腰锥要承受人的上体全部重量，同时承受因人体运动的弯腰等活动，致使腰曲超出正常脊柱生理弧型而产生腰曲变形。所以腰椎部分最易受到损伤。为了使坐姿下的腰曲变形最小，需要根据人体的腰椎结构来设计满足腰椎所能够承受的最大压力[8]。

图1：座椅的体压分布图2：表示座椅尺寸的主要参数

2 座椅设计与人机工程学结合

在设计座椅时通常结合人机工程学中坐姿人体尺寸，主要从以下五个方面进行设计：

(1)椅面高度：是指座椅的座面与地面的垂直距离，椅面高度应保证座者不因椅面过高而使人腿肌肉受压，又保证不因椅面过低而增加背部肌肉负荷。在人机工程学中由于椅面常向后倾斜，通常椅面高度掌握在380～450mm为宜。

(2)椅面深度：是指椅面的前沿至后沿的距离。椅面深度尺寸应满足三个条件：臀部得到充分的支持；腰部得到靠背的支持；椅面前沿与小腿之间留有适当的距离，保证小腿可以自由活动。因此座椅设计中，椅面深度要适中通常椅而深度应取于350～430mm为宜。

(3)椅面宽度：需根据人的坐姿及动作来分析，一般呈前宽后窄的形状。一般椅面宽度在允许的条件下，以宽为好，以方便就坐者变换姿势。一般可取400～450 mm。对于有扶手的靠椅来说.要考虑人体手臂的扶靠，以扶手的内宽作为椅面宽度的尺寸。一般不小于500mm。