人體骨骼肌肉系統(tǒng)是人體完成各項(xiàng)活動(dòng)的基礎(chǔ)，對(duì)作業(yè)過程中人體骨骼肌肉系統(tǒng)的研究對(duì)于相關(guān)疾病的預(yù)防和治療有很大的幫助。駕駛員在長(zhǎng)期駕駛過程中會(huì)導(dǎo)致肌肉疲勞和軟組織損傷（如腰椎間盤突出）。以往的研究主要從姿勢(shì)角度和主觀評(píng)價(jià)方面著手，但是往往不能從深層次解釋很多問題，例如姿勢(shì)舒適和疲勞的機(jī)理，因此，研究駕駛員全身生物力學(xué)建模仿真具有很重要的意義。 本課題的來源基于吉林大學(xué)前沿與交叉學(xué)科項(xiàng)目的研究，目的是能夠建立反復(fù)用于乘用車人機(jī)功效分析和優(yōu)化的駕駛員全身骨骼肌肉模型，通過對(duì)駕駛員肌肉和關(guān)節(jié)負(fù)荷的計(jì)算，研究駕駛員的姿勢(shì)舒適性。 本文的研究借助于生物力學(xué)建模軟件Anybody Modeling System（AMS）平臺(tái)。在AMS中建立了人體全身骨骼肌肉模型和駕駛室模型，確定了駕駛員和駕駛室之間的邊界條件，并對(duì)邊界條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立了參數(shù)化的人-車模型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，設(shè)置不同的駕駛室布置參數(shù)，研究了人體生物力學(xué)參數(shù)隨著駕駛室布置參數(shù)的變化情況。通過對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究了駕駛員下肢姿勢(shì)的選擇機(jī)理，并且建立了基于人體生物力學(xué)參數(shù)的姿勢(shì)舒適度模型。具體來講，本文的研究可以歸納為以下幾方面： 建立了駕駛室的模型和人體肌肉骨骼模型，其中人體骨骼肌肉模型可以通過縮放準(zhǔn)則來選取不同身高、體重以及肢體長(zhǎng)度的個(gè)體；研究了駕駛員與駕駛室的邊界條件，并對(duì)人-車環(huán)境的邊界條件進(jìn)行了簡(jiǎn)化，同時(shí)對(duì)駕駛員的上肢、軀干、下肢姿勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)；對(duì)肌肉負(fù)荷的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究，為了方便應(yīng)用，根據(jù)身體部位的原則對(duì)肌肉進(jìn)行了劃群處理，從肌肉群的角度來研究對(duì)肌肉負(fù)荷對(duì)人體舒適性的影響。 對(duì)影響駕駛員作業(yè)效能的駕駛室關(guān)鍵布置參數(shù)進(jìn)行了研究；選取了駕駛員姿勢(shì)舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括各肌肉群的平均肌肉活動(dòng)，各主要關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)扭矩和駕駛員對(duì)于座墊的切向力；然后根據(jù)布置方案參數(shù)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，選取仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)象，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)；對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了分析，分析了靠背傾角、座墊傾角、H點(diǎn)高度和摩擦系數(shù)對(duì)于駕駛員肌肉關(guān)節(jié)負(fù)荷的影響；研究了駕駛姿勢(shì)角度和生物力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系。 對(duì)于駕駛員下肢姿勢(shì)的選擇機(jī)理進(jìn)行了研究。分別選取了5、50、95身高百分位美國男子為仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)象，從肌肉關(guān)節(jié)負(fù)荷的角度進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：駕駛員在選擇下肢駕駛姿勢(shì)時(shí)，會(huì)選擇預(yù)測(cè)均值附近的駕駛姿勢(shì)，從而減少肌肉疲勞；同時(shí)，不同的個(gè)體會(huì)依據(jù)自身?xiàng)l件選擇合適的駕駛姿勢(shì)，即使相對(duì)于均值附近會(huì)有少許的不舒適。 通過對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果顯示身體各部分關(guān)節(jié)扭矩和累計(jì)肌肉活動(dòng)以及座墊切向力的相關(guān)性較大，因此，采用提取主成分的方法來建立舒適度模型，總共提取了五個(gè)主成分，通過回歸分析的方法建立了基于主成分的姿勢(shì)舒適性線性回歸模型；同時(shí)建立了基于姿勢(shì)變量的姿勢(shì)不舒適度模型，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析選取了五個(gè)回歸模型，為了能夠較好的對(duì)駕駛員全身舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以選擇姿勢(shì)角度較多的模型。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：R318.01;U471.3
【部分圖文】：

來輔助實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，通過研究究適合應(yīng)用在以韓國為主要消了性別的不同，研究得出韓國M.Grujicic[24-25]等人（2010）通過及駕駛員在不同布置條件下肌員的影響，并且建立了長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)（Cumulative muscle activi（Contact shear force）。Ras的角度對(duì)飛機(jī)經(jīng)濟(jì)艙的座椅設(shè)ATIA 平臺(tái)仿真模擬的方法，對(duì)]建立了基于多體力學(xué)的駕駛員舒適度和關(guān)節(jié)扭矩存在關(guān)系，

2.5 生物力學(xué)模型的建立及邊界條件的確定2.5.1 駕駛室環(huán)境模型駕駛室環(huán)境主要包括座椅、方向盤和踏板，通過多剛體系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。座椅包括靠背和座墊。頭枕靠背之間的連接通過鉸接來實(shí)現(xiàn)，可以繞著鉸接的軸轉(zhuǎn)動(dòng)；靠背和座墊之間也是通過鉸接來實(shí)現(xiàn)，可以調(diào)節(jié)座墊和靠背之間的夾角。所建立的駕駛室模型如圖 2.2 所示。本文為了研究不同參數(shù)的變化對(duì)于人體生物力學(xué)參數(shù)指標(biāo)的影響，在編制程序的時(shí)候?qū)⒄麄�(gè)模型做成參數(shù)化模型，這樣通過輸入?yún)?shù)，可以輸出所需要的結(jié)果。

圖 2.3 通過縮放準(zhǔn)則生成的不同百分位的個(gè)體人體模型與駕駛室環(huán)境的配合能夠反映駕駛員在駕駛時(shí)候的狀態(tài)，需要對(duì)駕駛員人體模型和駕駛條件進(jìn)行設(shè)定，兩者主要的接觸界面有靠背、座墊、歇腳板、踏板和邊界條件參見表 2.1。由于 AMS 是一個(gè)基于多剛體系統(tǒng)的軟件，在該外部環(huán)境的接觸是通過一系列的支撐點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，而不是用面接觸，處的反力，而不是人體壓力分布。這些支撐點(diǎn)的設(shè)置可以參見圖 2.4表 2.1 邊界條件的施加內(nèi)容 邊界條件背部與座椅靠背 通過一系列的支撐點(diǎn)，摩擦系數(shù)（0.2~0.5大腿與座墊 通過一系列支撐點(diǎn)，摩擦系數(shù)（0.2~0.5）

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2815199