汽车人机工程虚拟仿真.

21世纪全国高等院校汽车类创新型应用人才培养规划教材《汽车人机工程学》配套课件课件制作：任金东2010年9月第七章汽车人机工程虚拟仿真目录7.1CATIA人机工程模块简介7.2人体模型的建立7.3汽车人机工程虚拟仿真7.1CATIA人机工程模块简介3CATIAV5•CATIA（ComputerAidedTri-dimensionalInterfaceApplication）是法国DassaultSystem公司开发的世界主流的产品CAX/PDM/PLM一体化软件系统•其集成解决方案覆盖几乎所有的产品设计与制造领域•CATIAV5版本是IBM和DassaultSystem在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶，对产品概念设计、详细设计、工程分析、工艺和制造、以及产品整个生命周期中的使用和维护提供了一整套解决方案4CATIA人机工程模块•CATIAV5中的人机工程模块是商业人机工程软件Safework的简化版本5CATIA人机工程模块•根据一般应用要求，分成了4个部分：–人体建模（HumanBuilder）•在虚拟环境中建立和管理数字人体模型，并对产品进行简单的人机工程分析–人体模型尺度编辑（HumanMeasurementsEditor）•通过对人体测量学参数进行编辑，使人体模型的尺度（群体、性别、人体尺寸、质量）符合用户使用要求–人体姿势分析（HumanPostureAnalysis）•对关节自由度范围和当前姿势进行编辑，设置首选角度及其得分，并对姿势进行分析和优化–人体活动分析（HumanActivityAnalysis）•对人从事某种工作的特定活动行为进行分析67.2人体模型的建立建立目标群体人体数据建立用于分析的人体模型设置人体模型的属性77.2.1建立目标群体人体数据•在缺省情况下，CATIA人机工程模块中包含美国、加拿大、法国、日本和韩国的人体数据•如果产品面向的目标群体是其他的国家和地区，并且目标群体与上述国家的人体数据有明显差别，则应该根据目标群体的人体数据建立人体数据文件，并将其加入到CATIA系统中87.2.1建立目标群体人体数据第一步•创建一个新人体数据文件（扩展名为“.sws”），如：Chinese.sws第二步•在人体数据文件中输入目标群体人体数据特征第三步•将所建立的人体数据文件添加至CATIA中97.2.1建立目标群体人体数据•数据格式–每一个人群数据文件最多包含“MEAN_STDEVM”、“MEAN_STDEVF”、“CORRM”、“CORRF”四个字段，字段后面为数据，其格式为：人体尺度变量均值标准差人体尺度变量1人体尺度变量2相关系数–数据文件格式示例（表中人体尺寸数据的单位是cm）：10MEAN_STDEVMus100177.06.1MEAN_STDEVFus100165.05.9CORRMus2us1250.772CORRFus2us1250.773END7.2.1建立目标群体人体数据•当人体数据文件已经建立之后，在CATIA主菜单中选择“工具”→“选项”菜单，弹出选项对话框。单击“Safework\HumanMeasurementsEditor”选项，出现“Anthropometry”属性页117.2.2建立用于分析的人体模型•进行产品的人机工程分析，建立合适的人体模型至关重要•考虑一般应用情况，通常将群体分为男子和女子两部分；对于每种性别，则根据身高的百分位、坐高和腰围划分为不同的类型；据此建立一组用于分析的人体模型127.2.2建立用于分析的人体模型•典型情况下–RAMSIS将每种性别的人分为5th、50th和95th百分位三种身高（甚至是五种）–将坐高（躯干长度）分为高、中等、矮三种–将腰围分为大、中、小三种–单一性别的群体总共生成27个（或45个）人体模型137.2.2建立用于分析的人体模型•当分析内容和目的明确的条件下，从中能够进一步选出用于分析的人体模型，以减少分析工作量•例：分析轿车前方视野和头部空间14分析内容人体模型性别身高等级坐高前方视野上视野男95th百分位高下视野女5th百分位矮头部空间男95th百分位高7.2.3设置人体模型的属性•为了应用方便，以及功能上的需要，通常要设置人体模型的属性•在CATIA图形界面内，鼠标右键单击产品树上的某个人体模型，弹出右键菜单；选择“属性”菜单项，弹出“属性”对话框•该对话框中的人体模型属性包括名称、外观颜色、显示、视野、人体测量学、基准点、IK特性、关节角度极限、首选关节角度、绑定等157.2.3设置人体模型的属性16属性项内容和选项显示渲染选项杆状肢体段、椭圆断面线、曲面、分辨率视野显示视线、视野、视锥其它选项显示重心、显示基准点视野视野类型双眼、左右单眼总视野、左单眼、右单眼、立体视野极限水平双眼、水平左右单眼总视野、垂直上极限、垂直下极限、视锥视野距离焦距人体测量学人群美国、加拿大、法国、日本、韩国性别男、女身高百分位体重百分位IK特性视线和头部保持视线方向脊椎胸椎、腰椎骨盆水平移动、垂直移动、横向转动、纵向转动优化姿势得分、RULA得分注视手平衡骨盆运动4.汽车人机工程虚拟仿真人体模型的定位姿势评估其它分析177.3.1人体模型的定位•人体模型的位置和姿势是影响工效分析结果的重要因素–一方面，位置和姿势要根据设计参数来定位，并与设计要求和意图相符，不合适的人体位置和姿势描述的作业空间却与设计意图不符–另一方面，姿势的差异导致分析结果可能大相径庭，不准确的姿势会使视野、操作力等分析结果和优化方向偏离正确的方向–此外，姿势还必须与真人的姿势和习惯接近187.3.1人体模型的定位1.自动定位–利用人体建模模块的“VehicleOccupantsAccommodation”工具栏中19建立布置环境乘员定位7.3.1人体模型的定位1.自动定位–建立布置环境207.3.1人体模型的定位1.自动定位–建立布置环境217.3.1人体模型的定位2.手动定位–手动定位可以采用两种方法：正向运动学（ForwardKinematics，FK）方法和反向运动学（InverseKinematics，IK）方法–这两种功能的按钮位于人体模型姿势工具栏（ManikinPosture）上227.3.1人体模型的定位2.手动定位–正向运动学方法–方式1237.3.1人体模型的定位2.手动定位–正向运动学方法–方式2247.3.1人体模型的定位2.手动定位–反向运动学方法在运用正向运动学方法调节姿势时，如果初始姿势和目标姿势差别较大，则需要不断地反复调整肢体，比较麻烦，这时可以利用反向运动学方法反向运动学是给定末端肢体位姿，自动求解其它关节自由度的方法。反向运动学功能按钮位于“InverseKinematics”工具栏上257.3.1人体模型的定位2.手动定位–反向运动学方法267.3.2姿势评估1.姿势评估原理–姿势评估之前，首先定义要评估的身体部位各关节自由度的首选角度（PreferredAngle）及其得分值–在评估该部位姿势的时候，CATIA姿势分析模块会根据当前姿势下各自由度所处的角度及其分值进行插值和加权运算，最后得出各部位的评估分数277.3.2姿势评估2.首选角度的定义–选择CATIA的“开始”菜单，进入姿势分析模块。–单击关节角度限度（AngularLimitations）工具栏上的按钮，选择人体模型上的相关肢体，就进入该肢体的首选角度定义状态287.3.2姿势评估2.首选角度的定义297.3.2姿势评估3.姿势评估–鼠标单击姿势得分“PosturalScore”工具栏的按钮，弹出姿势得分分析对话框。该对话框中能够以数值和直方图两种形式显示出身体部位姿势的得分307.3.3其它分析•在将人体模型定位好的基础上，还可以进行视野分析、伸及能力分析、操作力分析等•这些分析内容与人体模型的姿势密切相关，姿势稍有差异，分析结果可能差别很大•这些分析的具体操作并不复杂，可参照CATIA帮助或者相关资料学习31本章结束