1.1 研究目的及意义

20 世纪后期，新技术革命层出不穷，特别是以信息技术及其产业化为核心的高科技产业的迅速发展，将人类社会带入了以知识与信息为核心资源的知识经济与信息时代，设计领域的信息化及其网络化是时代发展的要求，其中，虚拟设计便是设计的信息化和网络化的产物^[1]。虚拟设计是以虚拟现实技术为基础,以机械产品为对象的设计手段,借助这样的设计手段设计人员可以通过多种传感器与多维的信息环境进行自然地交互,实现从定性和定量综合集成环境中得到感性和理性的认识,从而帮助深化概念和萌发新意^[2]。

汽车驾驶室设计是车辆研发的的重要内容，其设计的好坏直接决定车辆的驾驶舒适性、乘坐舒适性。在新车型开发的概念设计阶段，通过对汽车驾驶室进行人机工程仿真分析，定量评价驾驶员模型的驾驶操作舒适性，可以在汽车总布置设计的前期就能提供合理的驾驶室设计方案，为详细设计阶段提供指导性建议^[3]。

车辆人机工程学是人机工程学在地面机动车辆这一特定领域的应用分支,它以人-车-环境系统为对象,以改善驾驶员的劳动条件和车内乘员的舒适性为核心,以人的安全、健康、舒适、高效为目标,使整个系统的总体性能达到最优^[4]。随着汽车的普及和车速的提高，以人为本的设计理念使得人机工程学在汽车设计中的作用日益明显。能否很好的结合人机工程学进行车身总布置设计，成为现代汽车企业成功研发新车型的关键^[5]。为此，本文以人机工程学理论为依据，采用虚拟设计方法，对汽车驾驶室进行研究，以期缩短汽车驾驶室设计周期和减少驾驶员驾驶疲劳，为汽车驾驶室的系统设计提供理论参考。

1.2 国内外研究概况

国外对汽车人机工程学的研究起始于上世纪五十年代，并且已经做了大量的测绘分析和基础性研究工作。特别是在发达国家，他们对汽车开发中设计的人机工程要素十分重视，在设计开发新车型时不仅要做相应的人机工程检查和校核，并且抽取不同的人群进行主观评价^[6]。德国汽车业联合开发的用于汽车人机仿真模拟分析的RAMSIS软件，该软件内置从德国、日韩、中国到美国等国家并提供各种年限参考人体尺寸，用户可以根据自己设计需求建立详细的三维人体模型，并完成一系列汽车设计和评价操作^[7]。美国机动车协会提出的适用于汽车室内设计的推荐性标准，如三维人体模型、眼椭圆工具理论等，大多已被国际标准组织所采用^[8]。在英国，研发了一款关于车辆驾驶室的 SAMMIE软件，它主要是建立 1:1 的驾驶室三维人体模型，根据不同人的身材，就需要建立不同的人体模型参数。通过分析不同的人群在模型车中驾驶动作，就可以总结出不同人群驾驶室操作舒适范围，再使用SAMMIE软件模拟这一系列的驾驶动作，对不同的驾驶人群的操作动作、手伸的范围以及驾驶员姿势舒适度进行分析，最终提出了适合这类人群的驾驶室改进建议^[9]。

由于我国汽车行业本身的发展相对滞后,国内对汽车人机工程学的研究也起步较晚。直到上世纪年代末,我国汽车企业仍主要沿用手工方式,使用二维人体模板进行人机工程设计,而人机工程评价则多以图纸或者实物模型的方式进行。伴随我国汽车工业的迅速发展,近年来国内对汽车人机工程学的研究也是方兴未艾^[10]。如湖南大学的潭浩等人提出的面向复杂交互情境的汽车人机界面设计研究，该研究主要分析了在面对对复杂人车交互情境下，人车交互的主要认知问题分心、驾驶负荷和情境感知进行分析的基础上，针对显示和控制2个人机交互设计基本问题，即显控协调性问题，突出了汽车人机界面中的多通道显示和自然交互模式设计的解决方案，并通过正在进行的概念电动汽车的人机界面设计案例进行验证应用^[11]。又如国防科技大学余江鸿等人提出一种基于神经网络的预测驾驶座椅主观舒适度的方法, 预测的输入变量为12个体压分布变量以及2个人体变量,输出变量为整体舒适度指数,研究的成果有助于降低当前汽车制造企业提高汽车座椅舒适性过程中的成本，并缩短制造时间^[12]。

本文拟基于我国相关标准采用CATIA建立相关的三维人体虚拟模型，并利用H点位置对汽车驾驶室布置进行设计，再对座椅进行动态仿真分析，根据结果做出相应的结构与尺寸的改进，最后对驾驶室进行舒适性检验及评价，并进行相应的优化工作。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究基本内容：

（1）人体模型的分析和汽车驾驶室的合理布置