項目研究和實驗的目的、內容和要解決的主要問題
研究目的：
本項目是在汽車人機工程學基礎上，通過對人、機具、環境之間相互關系規律的研究，優化FSC車架的設計。采用實測法，測量研究人的形體與環境之間的關系，采用模擬仿真法，對人-車-環境進行計算機模擬仿真。最后，結合有限元分析、拓撲優化，設計完成車架。這些研究將為優化FSC車架及其他組件設計提供重要的參考。
具體的預期實驗目標為：
1、設計FSC人機實驗方案，制作實驗所用的測量工具；
2、實驗獲得人機參數、分析數據提出車架優化方案，建立仿真模型；
3、以仿真模型為參考，根據FSC大賽規則，設計出FSC車架。
內容：
1、基于汽車人機工程學設計并完成FSC人機實驗
本項目將從人體特性（人體形態特征參數、人的感知特性以及人在勞動中的心理特征等）、人機系統入手，運用人體測量學、生物力學理論知識進行分析，結合已有的汽車人機試驗方法，設計出合理的FSC人機工程實驗方案。具體實驗內容包括：
（1）實驗所用的測量工具的開發
 
 
 
 
 
（2）確定實驗數據的參考標準
以我國的國家標準GB/T10000-1988 《中國成年人人體尺寸》（按照人機工程學的要求提供的基本數據）為參考，結合現有汽車人機工程學測量標準，制定本實驗獲得數據的標準要求。
圖1 國家標準GB/T10000-1988 《中國成年人人體尺寸》靜態示意圖
圖2 操縱件的手腳伸及性 圖 3 駕駛者的舒適性
（3）根據實驗方案完成實驗，獲得實驗數據
2、實驗數據的分析及仿真模型的建立
基于實驗數據，分析出人在最舒適、操作最佳條件下的人機參數（包括：駕駛姿勢、座椅結構、踏板及方向盤的距離和角度等）。測量統計所有車手人體參數，取其平均值，作為人體模型的基本參數。
運用UG軟件，對其三維人體模型及汽車設計工具進行二次開發。借鑒國內外以往設計經驗，基于實驗數據，將參數導入UG人體模型工具中，得到與實際人體基本相同的模型，并且實現人體在三維空間的旋轉、彎曲與伸展、內收與外展運動。結合UG汽車設計工具，對人-車-環境進行仿真，獲得視野、座椅曲線、手可觸及區等數據。
3、研究FSC車架設計優化方案
基于實驗數據結果和仿真分析結果，根據大賽規則和本賽季賽車總布置要求，討論車架的設計優化方案。優化方向包括：車架的主環和前環的高度、寬度、傾角；座椅的高度、寬度、靠背弧度；賽車踏板位置、角度；方向盤高度、具體位置等。
在優化方案確立后，搭建簡易的物理模型來檢驗優化方案的可靠性，進一步改進優化方案。
4、設計完成FSC車架
在以上數據的前提下，設計完成FSC賽車的車架、座椅等。將車架模型導入ANSYS軟件中，對其進行力學、動力學分析。具體包括：結構強度分析；滿載時的彎曲、扭轉、制動及高速過彎工況下的分析；模態分析。對分析結果進行研究，進一步改進車架設計，提高車架的扭轉剛度，且實現輕量化。
主要問題：
1、實驗測量工具制作問題
由于人體特征參數繁多、FSC賽車與乘用車的差別，采用傳統的人機工具開
發方法難以設計本實驗測量工具。如何在保證測量工具科學準確性情況下，減少工具開發的周期、減少從開發成本？如何調試測量工具保證其可操作性？如何提高工具的使用效率？
2、參數的標準化問題
由于本實驗參考的標準是普通乘用車人機參數標準，外加規則“滿足95%男
性人體特征”的要求，此乘用車參數標準難以滿足本項目目的。確立一套針對于FSC的人機工程參數標準是一個需要解決的關鍵問題。
3、計算機軟件分析與實際的差別
本項目運用MATLAB仿真、ANSYS有限元分析等計算機軟件，當使用這些軟件進行數據分析時，其數據結果與實際情況存在不可避免的誤差。如何減少計算機軟件分析與實際數據的誤差，是將理論與實踐結合的關鍵。
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