西安交通大学数字化设计与制造研究组

承担课题

基于生物力学特性的个性化人车界面设计方法研究

项目来源	国家自然科学基金	起讫日期	2005.01-2007.12
项目状态	已结题	项目类别	面上项目
项目编号	50475090	项目经费	26万元
责任单位	西安交通大学	承担角色	主持
参与单位	中国人民解放军空军工程大学、长安汽车（集团）有限责任公司汽车工程研究院

课题简介：

1. 课题总任务及目标：

本项目的主要任务包括人体几何模型和生物组织参数化模型的建立，以及建模过程中的关键技术的研究；建立有限元生物力学模型，进行人—车接触界面和人—车操纵界面的有限元仿真模拟，研究体压分布规律及肌肉应力的变化规律；构造汽车乘驾生物力学实验平台，进行生理学实验的研究，验证有限元分析；结合仿真与实验提出人—车接触界面和人—车操纵界面的优化设计准则，并在此基础上进行人—车界面优化设计方法研究，建立指导车辆人—车界面设计的技术路线，最后进行设计方法的实验验证与评价。

2. 课题组承担任务及目标

研究任务一：生物组织建模及其关键技术研究

研究人体生物组织建模的断层重构技术；研究人体生物组织建模的数据精简技术；研究人体生物组织建模的坐标归一化技术，从而提出了角度－弦高联合判别法的数据精简技术和用三点定位的坐标归一技术，利用人体的CT和MRI数据完成了人体生物组织的建模工作。

研究任务三：生物力学特性的有限元仿真分析研究

建立了非线性有限元生物力学模型；采用有限元方法研究了人－车操纵界面下静态操作姿势对肌肉特性、血流特性的影响规律和人－车接触界面的三维形貌对乘驾舒适性的影响规律。

研究任务五：生物力学特性规律的实验研究

为了验证有限元分析的结果，开展包括人－车操纵界面下静态操作姿势对肌肉硬度、肌电信号和血流特性的影响规律的实验研究，人－车接触界面下体压特性影响规律的实验研究。

研究任务六：基于生物力学的人体静态操纵评分准则的研究

构建人车操纵界面舒适性评价准则和人车接触界面舒适性评价准则。

任务八：案例应用

进行了骑式通用型摩托车人机工效设计分析、新款摩托车座椅形貌优化设计、办公室硬面座椅形貌优化设计。

取得成果：

1. 发表论文12篇

[1] BODY PRESSURE DISTRIBUTION OF AUTOMOBILE DRIVING HUMAN MACHINE CONTACT INTERFACE

[2] 面向设备操控件布局设计的人体静态姿势评价准则研究

[3] 汽车人机接触界面体压分布的试验与评价研究

[4] 汽车乘驾体位生物力学实验台的设计分析

[5] 人体静态操作姿势与血流特性关系的实验研究

[6] 人体就座时臀—腿部软组织应力分布研究

[7] 基于生物力学的汽车人机界面人体上肢位姿建模与优化研究

[8] 机械系统人机界面生物力学特性测定研究

[9] 基于生物力学人车操控界面的人体上肢位姿优化研究

[10] Biomechanics-based Evaluating Criteria on the Ergonomic Performance in Vehicle Driving

[11] Body Pressure Distribution of Automobile Driving Human-Machine Contact Interface

[12] Optimization of human upper limb posture in human-car driving interface based on biomechanics

2. 已授权发明专利2项

[1] 汽车乘驾体位生物力学特性测试平台，申请号：200510042881.4，公开号：CN1731102，公开日期：2006.2.8

[2] 一种座椅优化设计的实验系统，申请号：200510124532.7，公开号：CN1803067，公开日期：2006.7.19

技术支持：维程互联