一种农机装备驾驶室的操纵装置模拟试验平台的制作方法

本发明涉及一种试验测试平台，尤其涉及一种农机装备驾驶室的操纵装置模拟试验平台。

背景技术：

近年来，在国家政策支持与鼓励下，我国农机装备的生产制造业取得了快速的发展，拖拉机、联合收割机等农机装备的总量迅速增长，受生产技术与客观条件的制约，我国农机装备的发展水平较之于发达国家还有着较大的差距；在振动与操纵舒适性等方面的发展问题较为突出。

随着农机科学与人因工程学的发展，人们对农机装备振动与操纵舒适性的要求越来越高。罗锡文院士曾提出，要采用虚拟仿真技术、人机工程技术等先进设计方法，优化农机装备结构，提高农机装备使用安全性、可靠性以及舒适性。

农机装备的操纵舒适性是指驾驶员在不同的外部环境以及不同的状态之下，在一定的时间内，对农机装备相关操纵装置进行操纵时，所感受到的难易程度和舒适程度。影响驾驶员操纵舒适性的因素有很多，主要是人为因素与驾驶室空间布局的影响。其中驾驶室布局内座椅、转向盘、踏板等装置的约束，决定了驾驶空间和人的驾驶姿势，这对操纵舒适性有着较大的影响。

在操纵舒适性的研究上，国内外学者从操纵舒适性的产生机理、度量评价指标、操纵舒适性技术优化等方面进行了相关研究。如采用数理建模结合的仿真试验，研究操纵装置的布局特征或者某一动力学特征对操纵舒适性的影响；或者通过人机交互软件仿真模拟物理操纵过程，来确定符合操纵者身体特征的操纵装置设计参数等。

在试验平台的研究上，研究者多数基于汽车试验平台，对汽车驾驶室内的座椅等操纵装置，或是乘驾环境下人体压力的分布等方面进行了研究。如周剑等开发了汽车座椅上体压分布的试验平台，可用于测试汽车座椅人-椅接触面上的压力分布情况。西安交通大学张鄂等人设计了一种“汽车乘驾体位生物力学特性测试平台”，通过模拟汽车各种乘驾体位的操作，测试、分析不同乘驾环境下驾驶员的各项体压分布指标以及驾驶员腰部肌肉疲劳过程中的表面肌电信号。王漫等人设计一套驾驶员转向操纵试验平台系统，研究了转向盘产生的阻力矩及其对人机系统以及驾驶员生物力学特性的影响，该试验平台中可测量受试者的运动学和动力学参数。

对于农机装备的研究，国内学者大多是针对某一具体型号的农机车辆驾驶室的设计进行研究；或是针对驾驶室内某一装置如踏板、操纵杆等进行研究分析。中国农业大学葛源慧等设计了收获机的驾驶室界面设计试验平台，该平台可通过计算机控制调节平台内的元部件的空间位置，从而满足不同百分位人体的乘驾需求。实验室中，针对农机装备操纵舒适性的研究，研制一种农机装备驾驶室的操纵装置模拟试验平台，

本试验平台主要是在前人的基础上，结合人机工程学原理以及农业机械设计原则，设计了一种农机装备驾驶室的操纵装置模拟试验平台，能够调节各元部件的位置，模拟驾驶室内满足不同人体参数的人机界面几何位置匹配关系，并通过传感器测试系统，测量并获得驾驶员在不同乘驾姿势下的物理特性与人体力学特性相关数据，为农机装备驾驶室人机工程学设计、操纵舒适性评价以及驾驶室结构优化提供了一种有效的方法和手段。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种农机装备驾驶室的操纵装置模拟试验平台，能够通过机械调节试验台的各元部件位置，模拟驾驶室内满足不同人体参数的人机界面几何位置匹配关系，并通过传感器测试系统，测量并获得驾驶员在不同乘驾姿势下的物理特性与人体力学特性相关数据，为农机装备驾驶室人机工程学设计、操纵舒适性评价以及驾驶室结构优化提供了一种有效的手段和方法。

一种农机装备驾驶室的操纵装置模拟试验平台，其特征在于：

所述试验台包括：振动激励系统，可调座椅系统，可调操纵装置，数据测量与采集系统；

所述的可调操纵装置包括手操纵装置和脚操纵装置，在该试验平台中手操纵装置主要为操纵杆装置、转向装置，脚操纵装置为踏板装置；

所述的数据测量与采集系统主要包括人体压力测试系统，扭矩、转角测试系统，换挡杆力学测试系统，踏板位移、踏板力测试系统，多通道数据采集卡，以及分析计算机构成。其主要用于试验平台的数据测量与数据分析。

本发明的有益效果在于：本试验台能够进行多维机械调节，各元部件调节和固定方便，能够模拟农机装备驾驶室大多数元件的人机界面几何位置匹配关系，可以根据需要设计不同的试验工况对农机装备驾驶室人机界面进行布局实验；本实验平台的各个操纵部件处安装了不同类型的数据测量传感器，构成了操纵过程数据测量与采集系统，可用于测量模拟操纵过程中被测驾驶员的力学等特征信息，并利用相应的数据处理软件对数据进行分析处理；本试验平台为农机装备驾驶室人机工程学设计、操纵舒适性评价以及驾驶室结构优化提供了一种有效的手段和方法，且所研制的试验台运动调节范围，可满足不同百分位驾驶员所需操纵范围的调节，能够满足界面设计实验的基本要求。

附图说明

图1为本发明农机装备驾驶室操纵装置模拟试验平台的结构示意图；

图2为本发明农机装备驾驶室操纵装置模拟试验平台结构示意图的前视图；

图3为本发明农机装备驾驶室操纵装置模拟试验平台驾驶室元件和调节装置结构框图；

图4为本发明数据测量与采集系统结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本发明进行描述。

请参照图1、图2，本发明农机装备驾驶室的操纵装置模拟试验平台的结构示意图及其前视图。本发明农机装备驾驶室的操纵装置模拟试验平台包括：可调振动激励系统，可调座椅系统，可调操纵装置，可调转向机构组成，其中可调操纵装置包括手操纵装置，脚操纵装置。

请参照图3，本发明农机装备驾驶室的操纵装置模拟试验平台的驾驶室元件和调节装置结构框图。基于农机装备驾驶室的操纵装置模拟试验平台，主要包括驾驶室元件和调节装置。使用机械调节装置，试验台元部件可以进行调节，满足不同人体大部分百分位的驾驶需求。

其中，可调座椅系统的调节主要包括：座椅前后位置，调节行程为14cm；座椅高度调节，调节行程为6cm；椅背倾斜角度调节，调节范围是90°-180°；椅面倾斜角度，调节范围是4°-12°。

操纵装置的调节是指操纵装置位置的调节。主要以现有农机装备驾驶室的转向盘、操纵杆、脚踏板等元件的布置位置可调为主。

其中，所述的可调脚操纵装置，通过机械调节方式，依据不同百分位驾驶员的操纵需要，调节脚踏板的左右位置与前后位置的调节，以及踏板平面与水平面之间的夹角的调节。

其中，所述的可调操纵杆装置，通过机械调节方式，依据不同百分位驾驶员的操纵需要，调节操纵杆的左右位置与前后位置的调节，满足不同驾驶人员的操纵需求。

其中，所述的可调转向装置，方向盘可依据不同百分位驾驶员的操纵需要，转轴可沿轴向进行长度调节，可进行竖直高度调节，方向盘与水平面的夹角可调。

请参照图4，本发明数据测量与采集系统结构原理图。所述的数据测量与采集系统主要包括人体压力测试系统，扭矩、转角测试系统，换挡杆力学测试系统，踏板位移、踏板力测试系统，多通道数据采集卡，以及分析计算机构成。当被测驾驶员落座后，开启振动激励系统，模拟农机装备乘驾过程中的振动情况，安装在座椅上的人体压力分布检测传感器测量出反应各点压力的电信号；驾驶员操纵转向盘时，安装在方向盘与方向柱之间的扭矩传感器与转角传感器，测量操纵过程中产生的扭矩的电信号和转角的电信号；驾驶员操纵换挡杆时，安装在手柄位置处的换挡杆力传感器测量换挡过程中的力学信号；驾驶员操纵脚踏板时，安装在踏板支架处的拉线式位移传感器与踏板面上侧的踏板力传感器分别测量出操纵过程中踏板所受的力及踏板行程的电信号；各个位置处的传感器所测量的电信号由多通道数据采集卡采集、存储，并传输到分析计算机，用于操纵舒适性的实验研究。

进行操纵试验时，通过可调座椅系统上的椅面角度调节器、椅背角度调节器、座椅高度调节机构以及滑轨结构，将座椅调节到试验所设定的初始位置；通过可调转向机构、可调手操纵装置、可调脚操纵装置，调节方向盘、操纵杆与脚踏板邓超总元部件的位置，从满足不同百分人体的操纵体位需求；通过振动激励系统产生垂直振动，模拟农机装备工作状态下的振动环境。调整好初始的乘驾位置，被测驾驶员进入到农机装备驾驶室操纵装置模拟试验平台，进行振动环境下的驾驶仿真操作；数据采集系统开始对被测驾驶人员操纵过程中产生的座椅压力分布，方向盘转矩、转角，踏板行程，踏板力、换挡力等用于研究驾驶操纵过程的指标数据，并将数据传输到分析计算机中，进行初步的数据统计与预处理，从而进行操纵舒适性的实验研究。