fsae赛车车架的人机工程设计

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1、FSAE赛车车架的人机工程设计赵帅,隰大帅,王世朝,王达,姜莽吉林大学【摘要】在赛车开发过程中，人机工程设计是及其重要的设计工作。FSAE赛车是单人驾驶的方程式赛车，在满足大赛规则规定的前提下，应尽量保证车手具有合适的驾驶姿势、可以方便地进行各项驾驶操作，并合理安排赛车驾驶舱的空间布置，使整辆赛车紧凑而高效。在本次FSAE赛车的设计过程中，吉林大学FSAE车队依照V字形开发流程，主要利用CATIA软件进行初步设计并搭建木条模型完成设计工作。【关键词】FSAE，车架，人机工程设计ErgonomicsDesignforFSAERaceCarFrameZhaoSh

2、uai,XiDashuai,WangShichao,WangDa,JiangMangJilinUniversityAbstract:Duringtheprocessofdesigningaracecar,ergonomicsisaveryimportantpart.ConsideringFSAEracecarisforoneracer,weshouldensurethattheracerhasarightposturetocontrolexpediently.Ontheotherhand,amorereasonablecabin-spacelayoutcan

3、makethewholecarcompactandefficient.BasedontheVdesignflow,JLUracingteamfinishedtheworkbyDassaultCATIAengineeringsoftwareandmanualwoodenmodel.Keywords:FSAE,Frame,Ergonomics1引言FSAE赛车的人机工程主要关系到赛车车架的结构设计。车队从大赛的相关规则规定入手，同时满足车手的驾驶条件，利用CATIA软件逐步设计出满足最低条件的车架模型，之后通过搭建1:1木条模型进行修改完善，最终确定车架的人机结

4、构。开发流程如图1。大赛的基本要求确定车架的结构和尺寸①车手的驾驶姿势多次完善修改②驾驶舱的空间布置③腿部空间搭建1:1……木条模型满足条件的车架模型图1V字形开发的基本流程1.1《中国大学生方程式汽车大赛规则》（以下简称《规则》）相关规定（1）《规则》3.9：当车手正常乘坐并且在车手约束系统的约束下，一个第95百分位男性和该车队所有车手的头盔：a）必须与前环顶端和主环顶端的连线有至少50.8毫米(2英寸)的距离（图2a）b)如果主环支撑置后，头盔必须与主环顶部和主环支架底端末尾连线至少有50.8毫米的间距（图2b）c）如果主环支撑置前，头盔不可以超过主环后

5、表面。（2）《规则》3.17：车手的双脚必须完全包裹在框架的主体结构之中。当车手的脚接触踏板时，从侧面和前面看，车手脚的任意部分都不准伸出或高于车架之外。（3）《规则》4.1：驾驶舱开放规定，为了给驾驶舱的开口有足够的尺寸，大赛模板将被插入开放的驾驶舱内。（4）《规则》4.2：驾驶舱内部横断面规定，一个自由垂直的横断面允许大赛模板可以被水平的通过从驾驶舱内距离踏板后端面之后100mm处的内操纵舱的位置，并且在其整个长度内都要保持这个状态。（5）《规则》4.7：车手视野规定，车手必须具有车前面与车侧面良好的可见度。当车手坐在正常位置时，他的视角需为200度（左

6、右各100度）。要求的视角可以包括车手转头或使用反视镜所看到的角度。图2a图2b2车手的驾驶姿势车手模型使用1988年中国95百分位男性和5百分位女性人体尺寸数据制作，考虑可容纳95%男性模型（身高178cm）。（1）H30：H30是人机工程设计的最基本参考点，取为H点（胯部关节点）到AHP（踵点，脚跟与车内地板接触点）的垂直距离。根据乘用车推荐数据，跑车的H30为120mm～170mm，考虑到赛车垂直方向上空间紧张，选定H30=120mm。（2）踏平面角度：踏平面角度是加速踏板在未踏下时，与地板平面所成夹角。可以通过H30代入公式求得。本例中，以H30=1

7、20mm计算得，踏平面角度74.86deg。（3）踏板位置：经过人体模型推移定位，可以确定加速踏板、制动踏板和离合器踏板的中心点坐标。以整车坐标系原点为基准，三个踏板的中心坐标分别是：（-300，100）（-290，30）（-295，-80）。（4）踏板行程：根据舒适范围计算得，所有踏板踏到底的踏平面角度不能低于45deg。（5）方向盘位置L6：L6表示方向盘中心到AHP的水平距离，根据总布置酌情选取。在方向盘不干涉人体的情况下，选定L6=595±10mm。（6）方向盘倾角：根据眼椭圆倾角，方向盘平面与水平面之间的夹角应为78±2deg.（7）方向盘尺寸：方

8、向盘外缘直径不可大于330mm（13inch）。（8