项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题
研究目的：
本项目是在汽车人机工程学基础上，通过对人、机具、环境之间相互关系规律的研究，优化FSC车架的设计。采用实测法，测量研究人的形体与环境之间的关系，采用模拟仿真法，对人-车-环境进行计算机模拟仿真。最后，结合有限元分析、拓扑优化，设计完成车架。这些研究将为优化FSC车架及其他组件设计提供重要的参考。
具体的预期实验目标为：
1、设计FSC人机实验方案，制作实验所用的测量工具；
2、实验获得人机参数、分析数据提出车架优化方案，建立仿真模型；
3、以仿真模型为参考，根据FSC大赛规则，设计出FSC车架。
内容：
1、基于汽车人机工程学设计并完成FSC人机实验
本项目将从人体特性（人体形态特征参数、人的感知特性以及人在劳动中的心理特征等）、人机系统入手，运用人体测量学、生物力学理论知识进行分析，结合已有的汽车人机试验方法，设计出合理的FSC人机工程实验方案。具体实验内容包括：
（1）实验所用的测量工具的开发
 
 
 
 
 
（2）确定实验数据的参考标准
以我国的国家标准GB/T10000-1988 《中国成年人人体尺寸》（按照人机工程学的要求提供的基本数据）为参考，结合现有汽车人机工程学测量标准，制定本实验获得数据的标准要求。
图1 国家标准GB/T10000-1988 《中国成年人人体尺寸》静态示意图
图2 操纵件的手脚伸及性 图 3 驾驶者的舒适性
（3）根据实验方案完成实验，获得实验数据
2、实验数据的分析及仿真模型的建立
基于实验数据，分析出人在最舒适、操作最佳条件下的人机参数（包括：驾驶姿势、座椅结构、踏板及方向盘的距离和角度等）。测量统计所有车手人体参数，取其平均值，作为人体模型的基本参数。
运用UG软件，对其三维人体模型及汽车设计工具进行二次开发。借鉴国内外以往设计经验，基于实验数据，将参数导入UG人体模型工具中，得到与实际人体基本相同的模型，并且实现人体在三维空间的旋转、弯曲与伸展、内收与外展运动。结合UG汽车设计工具，对人-车-环境进行仿真，获得视野、座椅曲线、手可触及区等数据。
3、研究FSC车架设计优化方案
基于实验数据结果和仿真分析结果，根据大赛规则和本赛季赛车总布置要求，讨论车架的设计优化方案。优化方向包括：车架的主环和前环的高度、宽度、倾角；座椅的高度、宽度、靠背弧度；赛车踏板位置、角度；方向盘高度、具体位置等。
在优化方案确立后，搭建简易的物理模型来检验优化方案的可靠性，进一步改进优化方案。
4、设计完成FSC车架
在以上数据的前提下，设计完成FSC赛车的车架、座椅等。将车架模型导入ANSYS软件中，对其进行力学、动力学分析。具体包括：结构强度分析；满载时的弯曲、扭转、制动及高速过弯工况下的分析；模态分析。对分析结果进行研究，进一步改进车架设计，提高车架的扭转刚度，且实现轻量化。
主要问题：
1、实验测量工具制作问题
由于人体特征参数繁多、FSC赛车与乘用车的差别，采用传统的人机工具开
发方法难以设计本实验测量工具。如何在保证测量工具科学准确性情况下，减少工具开发的周期、减少从开发成本？如何调试测量工具保证其可操作性？如何提高工具的使用效率？
2、参数的标准化问题
由于本实验参考的标准是普通乘用车人机参数标准，外加规则“满足95%男
性人体特征”的要求，此乘用车参数标准难以满足本项目目的。确立一套针对于FSC的人机工程参数标准是一个需要解决的关键问题。
3、计算机软件分析与实际的差别
本项目运用MATLAB仿真、ANSYS有限元分析等计算机软件，当使用这些软件进行数据分析时，其数据结果与实际情况存在不可避免的误差。如何减少计算机软件分析与实际数据的误差，是将理论与实践结合的关键。
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