汽車人機工程學

1、v 汽車人機工程學汽車人機工程學 人機工程學是20 世紀70 年代初迅速發(fā)展起來的一門新興學科,它從人的生理和心理出發(fā),研究人-機- 環(huán)境相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律,并使人機系統(tǒng)工作效能達到最佳。在汽車車身設計中應用人體工程學,就是以人(駕駛員、乘客) 為中心,研究車身設計(包括布置和設備等) 如何適應人的需要,創(chuàng)造一個舒適的、操縱輕便的、可靠的駕駛環(huán)境和乘坐環(huán)境,即設計一個最佳的人車環(huán)境系統(tǒng)。 通過測量、統(tǒng)計、分析人體的尺寸，以此為依據(jù)確定車內(nèi)的有效空間以及各部件、總成的布置位置和尺寸關(guān)系。 通過對人體生理結(jié)構(gòu)的研究，以使座椅設計以及人體坐姿符合人體乘坐舒適性的要求 根據(jù)人體操縱范圍和操縱力的

2、測定，確定各操縱裝置的布置位置和作用力的大小，以使人體操縱自然、準確、輕便，并降低操縱疲勞程度。 通過對人眼的視覺特性、視野效果的研究、試驗，校核駕駛員的信息系統(tǒng)，以保證駕駛員獲得正確地駕駛信息。 根據(jù)人體的動力學，研究汽車碰撞時對人體的合理保護，正確確定安全帶的鉸接點位置和對人體的約束力；研究振動時對人體乘坐舒適性的影響；研究人體上下車的方便性，以確定車門的開口部位與尺寸。 研究人體的生理要求，合理確定和布置空調(diào)系統(tǒng)。v 人機工程學的具體應用人機工程學的具體應用 人體尺寸決定了人體所占據(jù)的幾何空間大小和人體的活動范圍,是確定車身室內(nèi)有效空間和進行內(nèi)飾布置的主要依據(jù)。根據(jù)人體尺寸的正態(tài)分布以人

3、體尺寸的“百分位分布值”作為設計的尺寸依據(jù)。 百分位表示人體的某項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對于使用對象中有百分之幾的人可適用，這是人體工程學中一條基本的設計原則。車身設計中一般采用5 %、50 %和95 %三種百分位的人體尺寸,分別代表矮小身材、平均身材和高大身材的人體尺寸。車身設計中，常把第95 %百分位的值作為設計上限，把第5 %的值作為下限。這樣的設計結(jié)果可滿足90 %的使用對象。v 人體尺寸人體尺寸汽車設計和試驗中所采用的人體模型視用途不同，種類不一。常見的有h點人體模型、裝車試驗用人體模型（假人）、振動試驗用多自由度振動人體模型。v 人體模型人體模型 h點是人體身軀與大腿的連接點，即跨點hp。 h點

4、人體模型是一種用來確定汽車車身的實際h點位置的人體模型。h點人體模型由背板部、座板部、小腿部及足部等構(gòu)成。v h點人體模型點人體模型v h點人體模型點人體模型 圖1 h點人體模型 汽車實際h點是與操縱方便性極坐姿舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準點； 汽車實際h點是確定眼橢圓在車身重位置的基準點； 汽車實際h點也是確定座椅參考點r（h點與r點重合）的基準； 汽車實際h點的位置影響到駕駛員的手伸及界面。v 汽車實際汽車實際h點點 汽車實際汽車實際h點是指當點是指當h點三維人體模型按規(guī)定的步驟安放在汽車點三維人體模型按規(guī)定的步驟安放在汽車座椅上時，人體模型上左右兩座椅上時，人體模型上左右兩h點標記連接線的

5、中點。點標記連接線的中點。 撞車試驗用的人體模型又稱模擬假人，是進行車身安全性研究必不可少的設備。通過其體內(nèi)的傳感器測量碰撞時人體的傷害值；通過碰撞瞬間的高速攝影分析人體的運動狀態(tài)，借以比較撞車時成員的傷害程度和乘員保護裝置等的性能； 汽車平順性試驗中需要使用人體振動模型作為座椅的載荷。這種人體振動模型應能較好地反映真人人體的動態(tài)響應，并可排除人的因素差異，使試驗結(jié)果有統(tǒng)一的比較依據(jù)。v 其它人體模型其它人體模型駕駛員視野直接影響汽車主動安全性，是整車總布置及造型設計要始終關(guān)注的基本方面。駕駛員視野設計主要包括以下幾個方面：前方視野、交通燈視野、a柱障礙角、直接后方視野及間接后方視野、儀表板視

6、野。v 前后視野示意圖前后視野示意圖 圖2 駕駛員視野示意圖 前方地面視野：從駕駛員眼睛中心點作一條與發(fā)動機艙蓋相切的直線，與設計地面線相交，其交點與前保險杠最前端的縱向距離越小越好，一般希望小于5m ； 風窗玻璃透明區(qū)視野 風窗玻璃透明區(qū)透明區(qū)至少應包括風窗玻璃基準點連線所包圍的面積。這些基準點是（注意：透明區(qū)域指的是光線垂直照射的時候，透光率大于70% ）： 基準點a，v1點水平向前偏左17； 基準點b，v1點向前沿鉛垂面偏上7； 基準點c，v2點向前沿鉛垂面偏下5； 輔助基準點a、b、c，與a、b、c點關(guān)于汽車縱向?qū)ΨQ平面對稱。 (v點是表征駕駛員眼睛位置的點，它與通過駕駛員乘坐位置中心

7、線的縱向鉛垂平面、r點及設計座椅靠背角有關(guān)。此點用于檢查汽車視野是否符合要求。通常用v1、v2兩點表示v點的不同位置。)v 前方視野前方視野 駕駛員前方180范圍內(nèi)直接視野：在通過v1的水平面下方和通過v2的三個平面（三個平面都和水平面向下成4夾角，其中一個平面垂直于y基準平面，另兩個平面垂直于x基準平面） 上方的范圍內(nèi)，除了a柱、三角窗分隔條、車外無線電天線、后視鏡和風窗玻璃刮水器等造成的障礙外，不得有其它障礙。 v 前方視野前方視野 圖3 駕駛員前方180 內(nèi)視野評價 交通燈視野：要求汽車在停車線1m以外能方便看到交通燈最上面的紅燈，不能被車頂或其它零件所遮蓋（內(nèi)后視鏡除外）。見圖2 所示

8、。v 交通燈視野交通燈視野v a柱障礙角柱障礙角 按gb 11562-1994的規(guī)定進行測量，每根a柱雙目障礙角不得超過6。若兩柱相對汽車縱向鉛垂面是對稱的，則右柱不需要再測量。 在測量a柱障礙角的時候，一定要注意門窗密封條、門窗的上框架、遮陽帶也要考慮在內(nèi)。 測量方法如下： v a柱障礙角柱障礙角 p點至駕駛員眼睛高度上的頭部中心點，通常以p1、p1兩點表示駕駛員水平觀察物體時p點的不同位置。 pm點指通過r點的縱向鉛垂面與p1、p2連線的交點。a柱障礙角測量方法：v a柱障礙角柱障礙角 圖6 雙目障礙角測量示意圖 圖5 e點和p點的相對位置 直接后方視野主要與倒車性能有關(guān)。求作方法是從駕駛

9、員眼睛中心點作一條與后擋風玻璃透明部分最下沿（或衣帽架最上沿、行李箱蓋）相切的直線，并與設計地面線相交，交點與保險杠最后段的距離越小越好（一般要求小于20m）。 間接后方視野是指駕駛員通過內(nèi)、外后視鏡觀察車后物體的視野范圍。 1、內(nèi)后視野 駕駛員借助內(nèi)后視鏡必須能在水平路面上看見一段寬度至少為20m的視野區(qū)域，其中心平面為汽車縱向基準面，并從駕駛員的眼點后60m處延伸至地平線（如下圖） 。v 后方視野后方視野 圖7 內(nèi)后視野示意圖 2、駕駛員一側(cè)外后視鏡的視野 駕駛員借助外后視鏡必須能在水平路面上看見一段寬度至少為2.5m的視野區(qū)域，其右邊與汽車縱向基準面平行。且與汽車左邊最外側(cè)點相切，并從駕

10、駛員眼點后10 m外延伸至地平線（見下圖） 。 3、乘客一側(cè)外后視鏡的視野 對于總質(zhì)量小于2000kg的m1和n1類汽車，駕駛員借助外后視鏡必須能在水平路面上看見一段寬度至少為4m的視野區(qū)域，其左邊與汽車縱向基準面平行，且與汽車右邊最外側(cè)點相切，并從駕駛員的眼點后20m處延伸至地平線（見下圖）。 v 后方視野后方視野 圖8 外后視野示意圖 儀表板視野指的是由于轉(zhuǎn)向盤而造成的駕駛員對于儀表板上指示裝置的視野障礙。根據(jù)人機工程要求，這些指示裝置應該在女子5 百分位和男子95 百分位的視野范圍之內(nèi)。其中，影響視野上限的為轉(zhuǎn)向盤輪緣，影響視野下限的為轉(zhuǎn)向盤中央蓋板或轉(zhuǎn)向盤柱上沿。v 儀表板視野儀表板視

11、野v 儀表板視野儀表板視野 圖9 儀表板視野測量示意圖 汽車駕駛員眼橢圓是指不同身材的駕駛員以正常駕駛姿勢坐在座椅上,其眼睛位置在車身中的統(tǒng)計分布圖形。由于圖形呈橢圓狀,故稱之為“眼橢圓”。在車身設計中一般采用眼橢圓樣板來描述駕駛員的眼睛分布范圍。 國際標準iso4513 中,對應于一定的座椅水平調(diào)整行程,提供了各種百分位的駕駛員眼睛分布位置,即側(cè)視圖和俯視圖上的相應眼橢圓樣板,并適用于下列尺寸范圍的車身: 座椅靠背角:540 最后h 點到踵點的垂直距離:127457 mm 座椅垂直調(diào)節(jié)范圍:038 mm 座椅水平調(diào)節(jié)范圍:102165 mm 最后h 點到踵點的水平距離: 508 mmv 眼橢

12、圓眼橢圓v 眼橢圓眼橢圓 圖10 轎車車身內(nèi)部布置中95 %眼橢圓樣板的繪制及其在側(cè)視圖上的定位 駕駛員及乘員頭部活動空間校核主要通過頭廓包絡線來計算完成，頭廓包絡線是指不同百分位身材的駕駛員和乘員在乘坐狀態(tài)下，他們頭廓線的包絡線。頭廓包絡線的形成方法是將頭廓線樣板放在眼橢圓樣板上面，使頭廓線樣板上的眼點沿著眼橢圓樣板上的上半部眼橢圓運動，并保持兩樣板上的自身坐標平行，描繪出頭廓線運動時候的包絡線便是頭廓包絡線。如圖1所示。由于頭廓包絡線以眼橢圓為基準而生成，而眼橢圓的長短軸因身材百分位及h點水平行程的不同而有異，因而頭廓包絡線是有許多條的。 v 頭廓包絡線頭廓包絡線 v 頭廓包絡線頭廓包絡線

13、 圖11 頭廓包絡線形成側(cè)視圖 在現(xiàn)代汽車設計中，雖然常常涉及的緊湊型汽車，但同時需要保證汽車內(nèi)部空間的寬敞，更不能因車身的緊湊影響進出的方便性，正因為如此，所以在設計過程中要進行周全的考慮，細致協(xié)調(diào)，既要滿足空間要求，又要符合造型需要，更要推敲技術(shù)上的可行性。 v 概述概述 考慮上下車方便性，首先要考慮的是車門立柱是否符合要求，下面圖12給出了前座不能翻倒的轎車車身與座椅相對位置的推薦值。當立柱傾斜度過低或者為0時，前后座入座都會不舒適，如果將門立柱往后傾斜適當角度，則可以大大改善入座離座的方便性，參考圖13所示。 v 車門立柱傾斜度車門立柱傾斜度 v 車門立柱傾斜度車門立柱傾斜度 圖12

14、立柱與座椅相對位置推薦值 圖13 車門立柱對上下車方便性的影響 影響上下車方便性結(jié)構(gòu)主要是車門，座椅及車門檻。對于前座的上下車方便性（圖14、15）h130（前門檻至地面的垂直距離）、h74（在方向盤中心平面內(nèi)，方向盤到未壓坐墊的最小距離）、hy1（r點到前車門上沿的垂直距離）、l18（前入口的足部空間，前門最大開度時門內(nèi)邊緣或在門檻之上102mm的立拄與前座椅最小距離）、lx1（前車門x方向最大開度）、lx2（前車門對角最小距離）起著最關(guān)鍵的作用。不管車型大小，前門上下車尺寸都以駕駛員的要求為中心的，不同級別的尺寸大小相當。推薦值如下：l18450mm h130150mm hy1750mm。

15、 v 通道尺寸通道尺寸 對于后座的上下車方便性（圖14、15），h131（后門檻至地面的垂直距離）、hy2（r點到后車門上沿的垂直距離）、l19（后入口的足部空間，后門最大開度時內(nèi)邊緣或在門檻之上102mm的立柱與前座椅最小距離）、lx1（前車門x方向最大開度）、lx2（前車門對角最小距離）、lx3（后車門x方向最大開度）有直接影響。一般而言，高度方向上的上下尺寸不因級別而異，而長度方向的尺寸則因級別的不同而有不同的要求，級別越高，尺寸越大。推薦值如下：l19250mm h131750mm 。 v 通道尺寸通道尺寸v 通道尺寸通道尺寸 圖14 l18和l19示意圖v 通道尺寸通道尺寸 圖15

16、影響上下車方便性關(guān)鍵尺寸圖示 側(cè)壁傾斜度對于上下車特別是上車有很大的影響，如圖16所表示，當k值（車門上緣與門檻之間的間距）為0時，乘客的上身必須傾斜30以上才能進入車內(nèi)。而當k值在100-150mm（視車身高度變化），則可以很方便的入座。 當k值過大時，下車時也不方便，同時將由于上下比例失調(diào)而影響汽車的外觀，同時也會影響內(nèi)部空間的利用，以及乘員的頭部空間和乘坐適合性，而且玻璃升降占用車門內(nèi)腔的空間太大，也會使車門變厚。 v 側(cè)壁傾斜度側(cè)壁傾斜度 v 側(cè)壁傾斜度側(cè)壁傾斜度 圖16 車身側(cè)壁傾斜度對上下車方便性的影響 駕駛員舒適駕駛姿態(tài)和手伸及范圍都是駕駛員駕駛適宜性的重要組成部分，在進行轎車駕

17、駛室設計過程中，駕駛室，駕駛座等相關(guān)尺寸也是由人體尺寸及其操作姿勢或舒適的坐姿確定的。但由于相關(guān)尺寸非常復雜，人與“機”的相對位置要求十分嚴格，為了使這種人機系統(tǒng)的設計能更好地符合人的生理要求，在設計中，可以采用人體模板來校核有關(guān)駕駛室空間尺寸，方向盤等操縱機構(gòu)的位置，顯示儀表的布置以及功能按鍵和旋鈕是否符合手伸及界面和規(guī)定姿勢的要求。 v 概述概述 由于駕駛員的舒適駕駛姿勢隨車型的不同而變化, 各自選擇舒適姿勢下的關(guān)節(jié)角度有較大的差別。如圖1所示，對于轎車通?？勘辰莂 1 最大不超過33, 最舒適為28;人體軀干與大腿的夾角a 4 以105為宜, 110115最理想; 肘角a 3 以105為

18、宜; 膝角a 5 在112118為好; 腳角a 6 (踏平面與小腿間夾角) 最小為87,最大不超過130。這些都是在總結(jié)以往設計經(jīng)驗基礎(chǔ)上得到的經(jīng)驗值。 v 人體坐姿舒適性人體坐姿舒適性 v 人體坐姿舒適性人體坐姿舒適性 圖17 舒適駕駛狀態(tài)下駕駛員生理角度調(diào)節(jié)范圍 駕駛員的手伸及界面是指駕駛員以正常姿勢坐在座椅中、身系安全帶、右腳支承于加速踏板踵點上、一手握住方向盤時另一手所能伸及的最大廓面。駕駛室內(nèi)的一切操縱鈕件、桿件、開關(guān)等的位置均應在駕駛員手伸及界面之內(nèi)，這是車身設計中的一條重要原則。 在高度方向上，手伸及界面的0線位于通過h點的水平面上，向上為正，向下為負。在左右方向上，其0線位于通過h點的縱向垂直平面上，駕駛員左側(cè)為正，右側(cè)為負。在汽車的前后方向上，離加速踏板踵點后方水平距離為d處，有一表示手伸及距離的hr基