车辆人机学课件1

车辆人机工程学教材：毛恩荣等编著，《车辆人机工程学》，北京理工大学出版社参考书：石英主编，人因工程学，清华大学出版社C.D.威肯斯等著，人因工程学导论，华东师范大学出版社重庆大学汽车工程学院阳小光[e-mail]车辆人机工程学第1章概论什么是人机工程？人机工程学研究什么内容？人机工程学的地位？1.1人机工程学人机学问题的举例单肩挎书包与双肩背书包——人体受力→健康1个枕头嫌低，2个枕头嫌高——人体姿态→舒适装配线上将电动螺丝刀悬挂——省力→效率桌、椅尺寸——人体尺寸→舒适车床操作件的位置，适合1370mm高、肩宽640mm、臂展2000mm的人使用——人体尺寸→效率护栏高度、栏杆间隔——人体尺寸→安全叫壶——信息传递标志牌的颜色、字体大小、符号——信息传递阅览室对坐，对视的尴尬——心理→舒适在寝室、餐厅、浴室、商场、教室、实验室、运动场、公交车、工厂、公园……，随处可见人机学问题。车辆人机工程学在我国，名称尚不统一，有“人机工程学”，“人类工效学”、“人体工程学”和“工效学”等不同提法。“Ergonomics”=“Ergon”+“Nomos”“Ergon”的意思是“出力”、“工作”，“Nomos”的意思是“正常化、规律”。“Ergonomics”的含意就是“人出力正常化”或“人的工作规律”。•CCWood的定义为：“设备的设计必须适合人的各方面的因素，以便在操作上付出最少能耗而求得最高效率”。•WBWoodson的定义为：“人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，即对人的知觉显示、操纵控制、人机系统设计和布置、作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高的效率及人在作业时感到安全和舒适”。•AChapanis的定义为：“人机工程学是在机器设计中考虑如何使人操作简便而又准确的一门学科”。车辆人机工程学•EJMcCormick和MSSanders在《HumanFactorsinEngineeringandDesign》一书中给出人机工程学的简要定义为：“为人的使用而设计”和“工作和生活条件的最优化”。•KHEKroemer,HBKroemer,KEKroemer-lbert等人在《Ergonomics--HowtoDesignforEaseandEfficiency》一书中给出人机工程学的简要定义为：“为适当地设计人的生活和工作环境而研究人的特性”和“工作的宜人化”。•封根泉的定义为：“为了研究解决机器系统设计与人体有关的种种问题，使整个人机系统的工作效能达到最优而建立起来的一门科学，就是人体工程学”。•赖维铁的定义为：“人机工程学是运用生理学、心理学和其它有关学科知识，使机器和人相互适应，创造舒适和安全的环境条件，从而提高工效的一门学科”。•钱学森的定义为：“人机工程是一门非常重要的应用人体科学技术，它专门研究人和机器的配合，考虑到人的功能能力，如何设计机器，求得人在使用机器时整个人和机器的效果达到最佳状态”。车辆人机工程学定义(IEA,TheInternationalErgonomicsAssociation)：人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究人在工作、家庭生活和休闲时怎样考虑人的工作效率、健康、安全和舒适等问题的学科。研究对象：人－机－环境研究目的：高效、安全、健康、舒适研究的基本内容：人的生理特性、心理特性“考虑”：不是唯一的，也未必是优先的。人机工程学是从人的生理和心理特点出发，研究人、机、环境的相互关系和相互作用规律，以优化人－机－环境系统的一门学科。车辆人机工程学“人机工程学”Ergonomics（欧）/工效学、人类工效学HumanEngineering（美）/人体工程学HumanFactorsEngineering/人因工程学、人因学HumanFactors（美）/人因工程学、人因学人间工学(日）工程心理学人机工程学、人机学、车辆人机工程学1.2人机系统人机系统的构成“人”：所研究的系统中参与系统过程的人；“机“：泛指一切人造的，供人使用的物品；“环境”：“人”、“机”共处的、对“人”和“机”有直接或间接影响的周围外部条件。人机界面显示器：机器通过显示器将机器的运转信息传递给人。控制器（操纵器）：人通过机器上的操纵装置对机器传达控制指令。直接作用型人机界面：“人”与“机”直接相互作用。如座椅、家具、服装、手动工具等。间接作用型人机界面：“机”的输出通过对环境的影晌，间接作用于人的生理、心理过程。如照明、振动、噪声、小气候等。车辆人机工程学人机界面举例剪刀把手形状、把手尺寸、把手材料、颜色、……不同的人机界面，使有不同的握姿、增（减）力效果、使用方式、……车辆人机工程学人机界面举例手机显示器？控制器？直接作用型？间接作用型？汽车人机工程设计主要是人机功能分配和人机界面设计。车辆人机工程学1.3人机工程学的研究内容“人”的特性人体尺寸及人体测量技术：静态尺寸和动态尺寸。其基础学科是人体测量学。人体的力学性能：人在各种状况下，其质量特性、质心位置、肢体运动速度、人体各部分的体力和耐力等参数的变化规律。其基础学科是人体生物力学。人的劳动生理功能：人的体力负荷、脑力负荷、人体反应与疲劳机制等。其基础学科是劳动生理学。劳动中人的心理过程：心理调节的特点、心理反射的机制、心理负荷及疲劳的心理机制等。其基础学科是劳动心理学。人的信息传递能力：人对信息的接受、传递、存储、加工和输出的能力及其机制。其基础学科是工程心理学。人的可靠性：人在劳动中产生失误的可能性。人员的选拔和训练研究：人的基本素质的测试与评价、人员的选拔和训练等。人的动作时间研究：人的操纵动作的有效性，寻求改善作业的途径，进行人的操纵动作的合理设计。人体模型研究：人的数学模型、物理仿真模型、人体模板等。车辆人机工程学“机”的特性信息传达技术：仪表显示、声音信息传达、触觉信息传达、图形符号传达、编码方法等。操纵控制技术：操纵装置、控制装置、控制系统、键盘技术等。安全保障技术：冗余性系统、机器保险装置、防止人的操作失误及失职的设施、事故预警预防方法、救援方法、安全保护措施、机器的防错设计等。动力学仿真技术：受控对象的动力学建模、数学仿真技术、物理仿真技术等。宜人化技术：改善人的舒适性及使用方便性的技术，如振动及噪声的控制和隔离，坐椅及用具的宜人化设计等。“环境”特性作业空间：场地、厂房、机器布局、作业线布置、道路及交通、紧急脱险方法等。物理环境：噪声、振动、照明、温度、湿度、气压、辐射等各种物理因素。化学环境：有毒物质、化学性有害气体及水质污染等。生物环境：细菌污染及病原微生物污染等。美学环境：造型、色彩、背景音乐等。车辆人机工程学人－机关系人机系统功能分配研究：系统中人的功能与机的功能之间的联系和制约条件，研究人、机之间的功能分配方法。人机的信息交换：人与机之间的信息传递过程、人对机的操纵控制过程和方法、人机界面的评价和优化匹配、人机界面的优化设计方法等。人机系统特性协调研究：机器的工作特性对操作者的身体、心理、文化素质以及专业技术的要求，研究人的职业适宜性、事故倾向性等。人机系统可靠性研究：人机系统的可靠性设计和评价方法。人机系统安全性研究：人机系统的安全性标准、评价方法、设计参数，以及典型安全防护装置的设计方法等。人－环境关系环境因素对人的影响、环境质量标准、环境控制及生命保障系统的设计方法、人体防护技术等。机－环境关系环境因素对机器性能的影响、机器对环境的影响、环境保护技术等。人－机－环境系统总体性能基本目的是为了获得整个系统具有高的工效、高的安全性，对人有高的舒适度及很好的生命保障功能。可概括为“安全、舒适、高效”。车辆人机工程学人机分工人机的机能比较把笨重、快速、单调、规律性强、高阶运算及在严酷、危险条件下的工作分配给机器。制约人机分工的主要因素：科技水平社会、经济条件车辆人机工程学在车辆人机工程设计中，主要考虑的人体因素：人体尺寸：乘坐空间、操作空间、乘坐（包括进、出）姿势、操作（包括装、卸）姿势等；人体的生物力学特性：手操纵力、足操纵力、门窗开闭力、操纵速率、操纵位移、操纵节拍和操纵准确度等；人的感知响应特性：视觉、听觉；显示、报警；照明；人的反应特性：感觉通道、刺激方式与刺激强度、操纵器负荷、反应动作等；人体的耐受性：振动、噪声、车内气候、紧张等引起的疲劳、不舒适等；人的安全性：人体伤害极限、安全防护装置。人的感性需求：（见1.4节）车辆人机工程学车辆设计和使用中的人机工程问题机动车辆驾驶操纵人机界面的优化匹配机动车辆的行车安全性及车内乘员的人体保护技术机动车辆乘员的乘坐舒适性机动车辆的噪声控制机动车辆车内小气候环境的宜人化控制机动车辆驾驶员的驾驶适宜性机动车辆的道路适应性人-车-路系统的综合优化车辆人机工程学1.4人机工程学的发展史人机学的萌芽期：《考工记》：“凡兵无过三其身。过三其身，弗能用也，而无己，又以害人。”“故攻国之兵欲短，守国之兵欲长。”“凡兵，句兵欲无弹，刺兵欲无蜎，是故句兵椑，刺兵抟。”“凡为弓，各因其君之躬志虑血气。丰肉而短，宽缓以荼，若是者为之危弓，危弓为之安矢。骨直以立，忿埶以奔，若是者为之安弓，安弓为之危矢。”《天工开物》：图中的工具使工作姿态自然舒展。特点：自发思维倾向，本能行为方式。无系统的研究，未提出科学的理论原则。车辆人机工程学人机学的孕育期：泰勒开创了时间与动作研究。铁锹作业实验、砌砖作业实验等。英国“工业保健研究部”开展工效问题的广泛研究。作业姿势、负担限度、男女工体能、工间休息、工作场所光照、环境温湿度、工作中播放音乐的效果等等。一战时期，心理学家和医生参与特殊兵种、特种人员的选拔和训练，解决军工生产中的作业疲劳问题。特点：研究核心是最大限度地挖掘人的操作效率。要求人适应于机器，以机器为核心进行设计；研究的主要目的是选拔与培训操作人员。（“人适机”）人机学的诞生：二战时期，认识到武器装备必须充分考虑人的特性，生理医学家、心理学家参与武器装备的设计。特点：以机器为中心转变为以人为中心，强调机器的设计应适合人的因素。（“机宜人”）人机学的发展和成熟期：特点：人与机器应互相适应、人机分工应合理。车辆人机工程学1.5感性设计感性感性是人的感观对事物的认知、体验，心理上的期待和感受。感性包括：视觉感性（形态、色彩、质感）、听觉感性、触学感性、嗅觉感性等。感性设计在满足功能需求的基础上，为满足人的感性需求的设计。理性设计实现了产品的使用价值，满足功能需求。感性设计增加了产品的情感价值，满足心理需求。感性设计方法收集感性信息：如：精致－粗糙、高雅－低俗、安全－危险、柔和－硬朗、庄重－轻浮、轻巧－笨重、厚重－浅薄、朴素－奢侈、华丽－朴实、时尚－落伍、简洁－复杂、现代－古典、柔软－坚硬、丑陋－美丽、活跃－稳重、奇异－平庸、个性－大众、张扬－压抑提炼感性词汇：选择有代表性的几个词汇。明确设计要素：感性反馈车辆人机工程学1.6未来车辆人机工程学面临的新课题车辆设计和使用中的人机工程问题几乎复盖了人机工程学的全部主体内容,一直是过去几十年中研究的热门。轿车设计和使用中的人机工程问题技术上最具有代表性和先进性。挑战是怎样使得人体特性的差异如此巨大的轿车驾驶者和使用者群体中的大多数人、在大部分时间里对轿车的使用性能感到满意。整个道路交通环境的改善将使轿车的驾驶者成为整个智能交通运输系统的组成部分之一,从而将其控制目标转向于谋求有限的道路通行能力的优化利用及整个系统的安全、高效运行。随着能源与环境问题的倍受人们关注,车辆技术发展的又一趋势可能是各种非石油燃料车辆,特别是电动汽车的大量使用,这些新型的车辆将带给驾驶者许多新的驾驶操纵特性,对车辆设计和使用提出某些新的人机工程问题。由于信