面向小尺度电动汽车的人机动力学行为耦合与建模方法研究

Extremely lightweight and ultra-miniature electric vehicles (EV) with Energy Efficieny and Environmental Protection will have a huge market with big potential and broad prospects in future urbanization traffic.However,because of the relative scale effect,the Coupling Dynamic Behavior effect between human body and EV would be manifested once the mass and structure size scale of the EV are close to the human body.Dynamic behaviors of human body in sitting posture will exert a notable effect on the motion stability of the Small Scale EV.High stability、high safety design of the Small Scale EV require a deeply study on the modeling、analyzation and resolving methods of the Coupling Dynamic Behavior.Under the guidence of the Human-Machine Integration Movement Control idea and Human-Machine Dynamics concept,a whole set of Structured Modeling and Behaviors Coulping analysis theories and methods of the Human-Machine system of the Small Scale EV from the Dynamics aspect will be proposed in this project.By means of the human movement measurement analysis and simulation tests,the habits of human body in sitting posture、Mechanical mechanism of typical behavior and statistical measurement model,the Multi- dimensional Dynamics Human-Machine Interfaces character,parametric recognition and Comprehensive expression method will be studied deeply.On That Basis,assembly modeling method、Solving Algorithm and the empirical test of Human-Machine Dynamic system with human body Dynamic behavior input will be studied, and the Dynamic Behaviors Coulping Mechanism will be explored, which will establish the solid theoretical and the technical application foundation for the research and development of the bran-new Small Scale EV in the future of China.

在未来城市化道路交通中，极其轻量化、微型化、节能环保的小尺度电动汽车具有广阔的市场前景。然而当质量和结构尺度小到接近人体后，由于相对尺度效应，小尺度电动汽车与人体的动力学行为耦合作用将显现出来，坐姿人体的动态行为对其运动稳定性具有显著影响。面向未来小尺度电动汽车高稳定性、高安全设计要求，需要深入研究它们之间的动力学行为耦合建模、分析和解算方法。为此本项目将在人机一体化运动控制思想和人机动力学概念导引下，提出一整套从动力学角度对小尺度电动汽车人机系统进行结构化建模和行为耦合分析的理论和方法。基于人体运动测量分析和模拟试验，将深入研究汽车中的人体坐姿变动习惯、典型行为的力学机制和统计度量模型；多维度人机动力学界面特性、参数识别和综合表达方法；具有人体动行为输入的汽车人机动力学系统装配建模方法、求解算法和实证试验，探索动力学行为耦合机理，为我国未来小尺度电动汽车研究开发奠定坚实的理论和技术基础。

在未来城市化道路交通中，极其轻量化、微型化、节能环保的小尺度电动汽车具有广阔的市场前景。然而当小尺度电动汽车的质量和结构尺度小到接近人体后，由于相对尺度效应，与人体的动力学行为耦合作用将显现出来，坐姿人体的动态行为对其运动稳定性具有显著影响。面向高稳定性、高安全设计要求，本项目研究了未来小尺度电动汽车与人体之间的动力学行为耦合的建模、分析和解算方法。在人机一体化运动控制思想和人机动力学概念导引下，提出从动力学角度对小尺度电动汽车人机系统进行结构化建模和行为耦合分析的理论、试验和计算方法。本项目建立了多维度人体与汽车相互作用的12自由度(含36个参数)的动力学理论模型，并在ADAMS环境下开发了用于分析计算和评价动力学耦合作用的虚拟样机；开发出探究坐姿人体-座椅人机界面多向相互作用的试验台和测试系统，并对不同人体尺寸、重量的32位志愿者进行了面向小尺度电动汽车人机动力学耦合试验，编制相应的程序软件进行了其人椅界面动力学的参数识别。深入研究了小尺度电动汽车中多维度人机动力学界面特性，特别是表达多维度人体与汽车座椅相互作用的人机动力学模型、人椅参数识别和综合表达方法；探索了其动力学行为耦合机理。研究表明：随着微车整车质量的减小，人机动力学耦合作用对汽车行驶稳定性的影响越加明显；微型汽车中的人机动力学耦合作用将延长车身侧倾响应的反应时间、增大侧倾响应的稳态值和超调量以及侧倾运动的周期。上述成果在国内外发表高水平论文18篇(SCI:6篇,EI:7篇，其它5篇)，申请和获权国家专利8项(发明申请5项/获权1项；实用新型获权2项)；培养博士和硕士毕业生11名（优博1名），为我国未来小尺度电动汽车研究开发奠定了一定的理论和技术基础。

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