汽车操纵部件作为与驾驶员交互最多的部分,其布置参数的设计直接决定了驾驶员的驾驶姿态,从而影响驾驶员的驾驶体验感和驾驶舒适性。而目前国内乘用车主要是按照国际自动机工程师学会(SAE)的标准进行布置设计的,缺乏针对中国人体征进行人机参数设计以提升汽车驾驶舒适性的研究。目前国内外学者对于人机交互性能主观评价方法虽然很多,但尚无客观的方法对这一主观感觉进行量化分析,得出可应用于实车设计的具体人机布置参数。针对这一问题,本文将从骨肌力学特性的角度出发,结合仿真与台架实验结果,利用主客观综合评价方法获得定量化的舒适性评价指标,开发面向中国人人体体征的汽车人机数据库,并对各个百分位驾驶员的最优人机布置参数进行预测。具体研究内容如下:第一,在Anybody软件中建立处于驾驶姿态下的驾驶员全身骨骼肌肉模型,导入座椅模型和操纵部件模型,并根据实际驾驶员姿态约束各关节的角度和自由度,模拟真实驾驶员处于不同操纵部件布置参数下的骨骼肌肉受力情况。搭建出的仿真模型可以通过对人机布置参数和人体尺寸等数据的修改,从而输出相应的人体生物力学参数。第二,结合SAE汽车总布置设计标准以及汽车操纵部件的布置参数范围调研结果,进行4因子5水平的中心复合试验设计,优化实验次数。选取人机交互设计舒适性相关的评价指标,包括人体部位主观打分、主要关节角度值、各肌肉群激活程度值。选取12名驾驶员样本在六自由度柔性试验台架上进行实验,进行肌电信号的采集和主观评价打分,并完成相应的仿真对比试验。结合骨肌力学特性机理分析、仿真和台架实验结果,选取出驾驶员操纵状态下的主要工作肌肉群,包括肱肌、斜方肌(上部)、三角肌(中部)、腘绳肌、胫骨前肌和腓肠肌,将其肌肉激活程度作为汽车操纵部件布置舒适性的主要客观评价参数。第三,通过对比仿真与台架实验数据,验证了仿真与台架实验具有较高的一致性。分别利用层次分析法和主成分分析法,以6块肌肉的激活程度和身体部位舒适度评分为指标建立主客观舒适性评价函数,并根据评价函数获得95、90、50、10百分位男性驾驶员和50、5百分位女性驾驶员的最优人机布置参数范围。对各百分位驾驶员的舒适关节角度范围和各块肌肉激活程度范围进行分析,得出各百分位驾驶员的躯干的舒适姿态基本相同,而上下肢舒适姿态随着身高的增长而逐渐舒展,并且上肢主要发力肌肉为肱肌,下肢主要发力肌肉为胫骨前肌和腘绳肌。第四,通过对6个百分位驾驶员的响应曲面分析,建立人机布置参数与舒适性指标的多元回归方程,并结合响应优化器,求取最优舒适性指标下的人机布置参数。在舒适人机布置参数范围内,对24个不同身高尺寸的驾驶员模型进行仿真实验,通过曲线拟合建立身高尺寸与人机布置参数之间的量化映射关系,获得最优人机布置参数的预测模型,并将结果与台架实验获得的6个百分位驾驶员的数据进行对比,证明本文建立的模型对5百分位女性与95百分位男性之间的驾驶员的最优人机布置参数进行预测是有效可行的。