基于人机工程的汽车设计方法 (恢复)

1、人机工程学在汽车设计中的应用摘要: 在汽车设计开发过程中，以人机工程常用工具为基础进行设计分析，使得设计出的汽车产品能更好地满足乘员使用舒适性。重点介绍了人机工程学主要的应用面，主要包括整车视野设计、坐姿舒适性、进出方便性、机盖背门开启舒适性等。结合自己的所学知识，提出了一些设计经验参考，该文章对新产品的开发具有指导意义。 关键词: 汽车; 人机工程学; 汽车设计 Application of Ergonomics in Automotive DesignAbstract: In automotive design and development，it is crucial to enhanc

2、e the functions of an automotive in the sense of ergonomics This paper introduces how ergonomics is used to improve the functions，such as field of vision，comfortableness of sitting position，convenience of peoples entry or exit，ease for opening engine cover and back door，and so on With the authors kn

3、owledge in automotive design，guidelines are also presented for automotive design reference Key words: automotive; ergonomics; automotive design1 引言人机工程学是一门综合性较强的新兴交叉学科，它是从人的生理和心理特点出发，研究人、机、环境、相互关系和相互作用的规律，以优化人-机-环境系统。汽车人机工程学是汽车工程学科中一门新的分支，其实质是人机工程学在汽车上的应用。汽车人机工程学以人（包括驾驶员和车内乘员）-车-环境系统为对象，其核心是改善驾驶员的劳动

4、条件和车内乘员的舒适性，其目的是让人在使用机械的过程中感到安全、健康、舒适、高效。因而，汽车设计是否符合人机工程的要求,这不仅关系到有效利用车内空间及提高乘用舒适性，而且会影响整车内外造型和尺寸参数，进而影响整车性能和市场竞争力。2 汽车人机工程设计的任务、要求汽车的设计开发必须围绕以人为中心的人性化前提展开，汽车人机工程设计的任务就是开发出使驾驶者感到操作方便、高效、不易疲劳，舒适、安全的汽车产品。由于驾驶者身材各异，而一种汽车的布置尺寸只有一种，要使一种操纵件的布置能最大限度地满足不同身材驾驶者的手脚伸及性与姿势舒适性的要求，必须对人机工程进行仔细研究。例如，同是操纵油门踏板，高个子驾驶者

5、比矮个的座椅要靠后一些，因此，高大的男人比娇小的女人更不易触到仪表板，如图1。图1 5%女性和95%男性人体坐姿图对操作姿势来说 ,通过试验研究 ,由座椅、踏板和转向盘的位置以及驾驶者姿势参数的变化得到了驾驶者的舒适特性1,如图2。图2 驾驶者的舒适性3 汽车人机工程的常用工具 3.1 百分位人体 布置设计中，以人体尺寸的“百分位分布值”作为设计的尺寸依据。“百分位”是指人体身高分布值的百分位，即对于身高的某一百分位分布值，则表示身高小于此值的人数所占的百分率，并将此身高分布值定义为对应于这百分位的人体标准身高。车身设计中，一般采用5%、50%和95%三种百分位的人体尺寸，以分别表示小身材、中

6、等身材和高大身材的人体尺寸2见表1。表格 SEQ 表格 * ARABIC 1 中国人的人体尺寸性别百分位项目男子女子5%50%95%5%50%95%身高1553.971688.251822.531501.801586.171670.54坐高837.11896.53955.95796.57848.52900.47坐姿眼高-794-743-大臂长242.30269.21296.12228.19260.74293.29小臂长225.33247.08268.83197.92225.93253.94手长176.97192.53208.09163.34179.00194.66肩宽297.03333.753

7、70.47355.25394.71434.17股宽297.03333.75370.47355.25394.71434.17大腿长375.50422.48469.26350.99409.21467.43小腿长365.86401.34436.82332.06368.60405.14足高61.1770.6979.6754.3665.7877.20大腿平长384.58422.92461.26381.85431.76481.67膝弯到足底373.78405.79437.80348.50382.77417.043.2 人体样板在布置工作中，可按表1的统计数据用有机玻璃、硬铝板、或胶合板制成大、中、小三种，

8、尺寸比例为1：5或1：1的人体样板。用均值制作的人体样板（50%人体样板），可用来确定基本布置尺寸，另外两种样板(5%和95%人体样板)可用来确定其调整范围。图3表示3种百分位人体模板。图3 3种百分位人体模板车身室内设计时常使用的二维人体模型样板有几个关键特征点，分别是H点、AHp踵点 、PRP踏点。1) H 点: 是人体布置的基准点，是二位模板上躯干线与大腿线的交点，也称Hp胯点。将二维人体模型放置在制定座椅位置上，在图面确定的与人体模型上H点相应的那一点，称为设计H点。 在汽车设计中，通常以95%人体的H点作为设计H 点;2) 踵点:假人鞋跟与地毯的交点(脚跟着地点)，考虑地毯的压缩量。

9、3) 踏点: 在假人鞋底中线上，距离踵点203mm的点，见图4。图4 H点、踵点、踏点示意图3.3 眼椭圆眼椭圆是指驾驶员以正常姿势坐在座椅上，其眼睛的位置分布图。因其呈椭圆状，在汽车设计中，称之为“眼椭圆”，见图5。常常将各种百分位的眼椭圆事先制成样板，方便设计或校核用。方位、人体百分位、座椅的水平调节量和座椅靠背角都对眼椭圆的大小有影响。图5 二维眼椭圆样板眼椭圆97版与02版之分，对于相同的坐姿，02版眼椭圆较97版眼椭圆位置更靠后，导致对驾驶员前方视野的要求更加严格。02版眼椭圆质心的空间坐标函数公式表示为4 X = L1+664+0.587L60.1H3012.5t; (1)Y =

10、W2032.5; (2) Z = H8+638+H30。 (3) 其中,L1为PRP的X坐标; L6为方向盘中心到PRP的X方向上的距离; H8为AHP的Z坐标; H30为SgRP(座椅参考点)与AHP的垂直距离;W20为SgRP的Y坐标; t为变速器类型(1:手动变速器、带离合踏板;0:自动变速器，不带离合踏板)。3.4 头部包络 头部包络，即身材各异的驾驶员按照自己的驾驶习惯将座椅调整到舒适位置，并以正常的驾驶姿势入座时，他们的头部位置在车身坐标系中的统计分布图形。对于固定座椅与滑动座椅，头部包络的形状及大小是不同的5，在设计时，通常利用99%和95%2种人体的头部包络面来分析人体的头部横

11、向空间、侧向空间、纵向空间，进而控制顶棚的上下边界，见图6和图7。图6 固定座椅的头部包络图7 滑动座椅头部包络(行程大于133mm)4.1 视野设计 汽车的行驶安全性、乘坐舒适性、操作方便性受汽车视野性能直接影响。故良好的视野设计是至关重要的。视野包括直接视野和间接视野，直接视野是指驾驶员不借助车上的后视镜等直观看到的视野，间接视野是指驾驶员通过内、外后视镜而获取的视野。考量视野的合理性主要从前方A柱障碍角、仪表视野7、上下视野、180度视野、内外后视镜视野8等来综合分析的，其要求如表2。表格 SEQ 表格 * ARABIC 2 视野设计法规要求项目法规要求前视野SAEJ1050V002，

12、GB11562-1994后视野71/127 EEC ，SAEJ941V002，GB 15084-2006A柱盲区77/649/EEC ，GB11562-1994仪表盘视野SAEJ1050V002雨刮刮扫区SAE J903 ，GB 11556-94内部凸出物74/60EEC ，GB1155219994.2 坐姿舒适性 人体坐姿舒适性6也是人机工程学应考虑的重要方面之一。舒适的坐姿使驾驶员更省力、方便地操作车内各功能按钮，同时享受驾驶乐趣。正确的坐姿能让驾驶员更清晰地看到前后方视野、更准确地看到组合仪表刻度，及在驾驶过程中，能合理及时地根据需要踩踏三踏板，提高汽车的安全性能。 人体舒适性主要是通过

13、定义各关节角度来控制的，见图8。图8 关节角度4.3 进出车方便性 进在轿车设计时，应该考虑进出方便性的问题，尤其是对于紧凑型车身，内部空间相对不够宽敞，但又不能影响乘客、驾驶员的进出车方便性。 设计时主要通过控制H点到门开口尺寸来评价进出方便性，测量方法见图9。对于前排乘客，可通过表3里的经验值进行控制。图9 上下车方便性控制尺寸示意图表格 SEQ 表格 * ARABIC 3 进出方便性控制尺寸范围序号轿车SUV/MPV eq oac(,1)780780 eq oac(,2)200270 eq oac(,3)1600160 eq oac(,4)800750 eq oac(,5)3035评价进

14、出方便性的另一指标是L18，它表示在车门开启最大时，从门槛内饰上方的102mm处测得的坐垫与内饰件最小距离。它表征人的整个腿部、脚部是否能够顺利地进 出，一般地应保证 L18440 mm10。L18的测量方法见图10。图10 L18尺寸示意图4.4 机盖、背门开启舒适性 设计时在布置机盖、背门铰链过程中，应考虑机盖、背门在开启最大状态时，保证5%女性手能触及机盖，以保证能轻松合上机盖，同时95%男性在检查机舱件布置，或在行李箱取货物时，保证不能被机盖碰到头部。如图11所示。但对于特殊的侧开式尾门，在设计开启角度时，应该考虑尾门开启到最大位置时，尾门的开口宽度。该尺寸会影响到行李进、取的方便性，

15、尾门的最大开口宽度应至少大于1m。图11 机盖舒适性操作要求示意图4.5 内部操作舒适性 轿车内部操作舒适性主要包括方向盘、三踏板、变速杆和手制动杆，座椅布置位置的合理性，各功能按钮在手控伸及范围内，触摸类按钮、旋转类按钮及抓握类按钮的手伸及界面11-12，同时应保证足够的空间来满足人体手部、脚部的可操作性13，如当操作点火锁时，应保证点火锁周围的空间间隙能满足手部操作空间要求。为保证在正确姿态下，方便、舒适地操作方向盘、各操 作按键、三踏板等其他功能键，在人机硬点布置过程中，合理地控制尺寸非常有必要，见图12。表4是设计时应注意的经验设计值，在新车型开发过程中，可作为参考之用。图12 人机关

16、键硬点尺寸示意图表格 SEQ 表格 * ARABIC 4 关键硬点控制尺寸范围序号尺寸 eq oac(,1)260320mm eq oac(,2)370380mm eq oac(,3)405415mm eq oac(,4)390395mm eq oac(,5)23254.6 组合仪表炫目分析 驾驶员通过汽车仪表获取汽车状态信息。因此，其对汽车的安全、经济行驶起着重要的作用，是汽车主动安全的关键设备。在汽车安全驾驶过程中， 驾驶者和汽车、仪表显示等构成了人机系统。夜间行驶时，驾驶室内外光线昏暗，如果从仪表板发出的光线，通过风窗玻璃反射到人的眼睛，会造成仪表的表板在风窗玻璃上成像，使驾驶员不能看清楚车外的路况，造成行车危险。人机工程要求: 光线不能通过风窗玻璃的反射，射到驾驶员99%眼椭圆向外增加20mm偏距的眼椭圆内。在白天，组合仪表里