人體骨骼肌肉系統(tǒng)是人體完成各項活動的基礎(chǔ)，對作業(yè)過程中人體骨骼肌肉系統(tǒng)的研究對于相關(guān)疾病的預防和治療有很大的幫助。駕駛員在長期駕駛過程中會導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角度和主觀評價方面著手，但是往往不能從深層次解釋很多問題，例如姿勢舒適和疲勞的機理，因此，研究駕駛員全身生物力學建模仿真具有很重要的意義。 本課題的來源基于吉林大學前沿與交叉學科項目的研究，目的是能夠建立反復用于乘用車人機功效分析和優(yōu)化的駕駛員全身骨骼肌肉模型，通過對駕駛員肌肉和關(guān)節(jié)負荷的計算，研究駕駛員的姿勢舒適性。 本文的研究借助于生物力學建模軟件Anybody Modeling System（AMS）平臺。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，并對邊界條件進行簡化，建立了參數(shù)化的人-車模型。根據(jù)實驗方案設(shè)計，設(shè)置不同的駕駛室布置參數(shù)，研究了人體生物力學參數(shù)隨著駕駛室布置參數(shù)的變化情況。通過對仿真實驗所獲得的數(shù)據(jù)進行分析，研究了駕駛員下肢姿勢的選擇機理，并且建立了基于人體生物力學參數(shù)的姿勢舒適度模型。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則來選取不同身高、體重以及肢體長度的個體；研究了駕駛員與駕駛室的邊界條件，并對人-車環(huán)境的邊界條件進行了簡化，同時對駕駛員的上肢、軀干、下肢姿勢進行了預測；對肌肉負荷的評價方法進行了研究，為了方便應用，根據(jù)身體部位的原則對肌肉進行了劃群處理，從肌肉群的角度來研究對肌肉負荷對人體舒適性的影響。 對影響駕駛員作業(yè)效能的駕駛室關(guān)鍵布置參數(shù)進行了研究；選取了駕駛員姿勢舒適性的評價指標，包括各肌肉群的平均肌肉活動，各主要關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)扭矩和駕駛員對于座墊的切向力；然后根據(jù)布置方案參數(shù)進行了仿真實驗的設(shè)計，選取仿真實驗對象，并進行了仿真實驗；對仿真實驗的結(jié)果進行了分析，分析了靠背傾角、座墊傾角、H點高度和摩擦系數(shù)對于駕駛員肌肉關(guān)節(jié)負荷的影響；研究了駕駛姿勢角度和生物力學參數(shù)之間的關(guān)系。 對于駕駛員下肢姿勢的選擇機理進行了研究。分別選取了5、50、95身高百分位美國男子為仿真實驗對象，從肌肉關(guān)節(jié)負荷的角度進行了分析，得到以下結(jié)論：駕駛員在選擇下肢駕駛姿勢時，會選擇預測均值附近的駕駛姿勢，從而減少肌肉疲勞；同時，不同的個體會依據(jù)自身條件選擇合適的駕駛姿勢，即使相對于均值附近會有少許的不舒適。 通過對仿真實驗所采集的數(shù)據(jù)進行分析，分析結(jié)果顯示身體各部分關(guān)節(jié)扭矩和累計肌肉活動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，總共提取了五個主成分，通過回歸分析的方法建立了基于主成分的姿勢舒適性線性回歸模型；同時建立了基于姿勢變量的姿勢不舒適度模型，通過統(tǒng)計學分析選取了五個回歸模型，為了能夠較好的對駕駛員全身舒適度進行評價，實際應用時可以選擇姿勢角度較多的模型。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2013
【中圖分類】：R318.01;U471.3
【部分圖文】：

來輔助實驗的進行，通過研究究適合應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，并且建立了長時間活動（Cumulative muscle activi（Contact shear force）。Ras的角度對飛機經(jīng)濟艙的座椅設(shè)ATIA 平臺仿真模擬的方法，對]建立了基于多體力學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現(xiàn)，可以繞著鉸接的軸轉(zhuǎn)動；靠背和座墊之間也是通過鉸接來實現(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)的變化對于人體生物力學參數(shù)指標的影響，在編制程序的時候?qū)⒄麄�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 通過縮放準則生成的不同百分位的個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候的狀態(tài)，需要對駕駛員人體模型和駕駛條件進行設(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來實現(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，摩擦系數(shù)（0.2~0.5大腿與座墊 通過一系列支撐點，摩擦系數(shù)（0.2~0.5）

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本文編號：2815199