车辆人机工程

主要内容车辆中的人机工程学车辆中的人机工程学车辆总布置人机工程设计的一般步骤驾驶员眼椭圆与视野设计驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置视觉显示装置的设计舒适驾驶的姿势研究汽车座椅的设计车辆总布置人机工程设计的一般步骤第一个步骤：选定设计用的人体百分位。设计中一般使用的百分位人体为中国5%女性、50%男性、95%男性人体尺寸，另外也可以使用其他国家人体尺寸(如SAE标准SAEJ826)。百分位百分位表示人体的某项基础数据对于使用对象中有百分之几的人可适用，它是人体工程学中一条基本的设计原则。百分位最简单分为三档：第5百分位、第50百分位、第95百分位。有时，由于地域辽阔、自然环境复杂、人体差异较大等原因，百分位的档数需要适当增多。车身设计中一般采用5%、50%和95%三种百分位的人体尺寸。分别代表矮小身材、平均身材和高大身材的人体尺寸。车辆总布置人机工程设计的一般步骤第二个步骤：选定H点。设计中根据加速踏板及地板及方向盘位置选择合适的人体坐姿可以初步确定H点。通过不同百分位的人体来确定前排座椅的前后及上下调节尺寸。根据车身空间，通过对选定的人体布置及相关校核初步确定后排乘客的坐姿及H点。前后排座椅布置时还应对头部空间、肩部及肘部空间等方面进行校核。车辆总布置人机工程设计的一般步骤第三个步骤：对驾驶员视野进行校核，首先要确定眼椭圆的尺寸及位置，然后再校核驾驶员的上下视野、前方视野、风挡玻璃刮刷面积及除霜部位、遮阳板、内外后视镜、仪表板盲区及反光等方面是否符合法规。车辆总布置人机工程设计的一般步骤第四个步骤：校核乘员操作舒适性，首先要对脚踏板进行校核，以保证驾驶员舒适安全的操作。然后需要确定手伸及面，以校核所有可操作件都能被驾驶员方便的操作。此外还需要对足蹬力及手操舵力、操纵件形状、信号显示进行校核。车辆总布置人机工程设计的一般步骤第五个步骤：对整车的安全性进行校核，校核内容包括车内外凸出物的校核、安全带的校核、安全气囊的布置、上下车方便性等方面。驾驶员眼椭圆与视野设计驾驶员眼椭圆汽车行驶时80%以上的交通信息是由驾驶员视觉得到的，驾驶员的视觉通道是最重要的信息通道。驾驶员眼椭圆与视野设计汽车驾驶员眼椭圆是指不同身材的驾驶员按自己的意愿将座椅调整到适意位置并以正常的驾驶姿势入座后，他们的眼睛位置在车身坐标系中的统计分布图形。由于统计分布图形呈椭圆状，因此被称为驾驶员眼椭圆。驾驶员眼椭圆的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视野原点基准。眼椭圆眼椭圆驾驶员眼椭圆与视野设计人眼的视区眼睛和头部不转动时的视区只用左眼或右眼单独观察是所能看到的区域称为单眼视区；用左眼或右眼单独观察到的两个单眼视区的合成区称为两单眼视区；用左、右眼同时观察时两眼都能看到的区域，即两单眼视区的重叠部分称为双眼视区。驾驶员眼椭圆与视野设计眼睛保持向前直视，眼球和头部均不转动时，单眼水平视区为150º，即能看见直视前视线一侧90º、另一侧60º的区域。双眼视区为120º，两单眼视区为180º驾驶员眼椭圆与视野设计在垂直方向上双眼视区为：直前视线上方50º-55º,下方60º-70º，这样就构成了人眼视锥，锥顶是瞳孔距的中点驾驶员眼椭圆与视野设计在运动状态下，人的视野将缩小。车速为40km/h时双眼视区为100º，其中能确认的范围为15º以下；车速为75km/h时降为65º，100km/h时为40º。驾驶员的眼睛和观察物体之间的视力关系分为人动视力（驾驶员看标志）和全动视力（驾驶员看行驶中的其他车辆）。人动视力与静视力相比，在车速为50-60km/h时约降低6%，全动视力降低更为严重。驾驶员眼椭圆与视野设计眼睛和头部的转动角驾驶员观察周围事物时，往往转动眼球或头部，以扩大视区。眼睛与头部的转动角度按照转动时是否舒适分为自然转动和勉强转动驾驶员眼椭圆与视野设计驾驶员眼椭圆与视野设计自然转动眼睛和头部均无不舒适感。眼睛的自然转动角度在水平方向上左右各为15º，垂直方向上上下均为15º；头部自然转动角在水平方向上左右各为45º，在垂直方向上上下均为30º。驾驶员眼椭圆与视野设计勉强转动眼睛和头部会有不适感。眼睛的勉强转动角度在水平方向上左右各为30º，垂直方向上上下均为45º；头部勉强转动角在水平方向上左右各为60º，在垂直方向上上下均为50º。驾驶员眼椭圆与视野设计眼椭圆应用于车内后视镜的要求根据SAE的规定，对于车内后视镜的要求为双眼水平后视角最小值为20º；垂直方向视角应能看见最后H点后方60m出的交通情况。驾驶员眼椭圆与视野设计眼椭圆应用之轿车仪表板盲区汽车行驶过程中，驾驶员需要经常观察仪表板上的信息。在观察时，驾驶员的视线会受到方向盘的阻挡，方向盘的轮毂、轮辐和轮缘在仪表板上形成相应的盲区称之为仪表板盲区驾驶员眼椭圆与视野设计轿车驾驶员的前方视野驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置关于汽车驾驶员手伸及界面及其应用国际标准组织已经制定了有关标准国际标准。ISO3958对车内操作杆件、控制钮件、开关等的合理布置及检验作了详细的说明。汽车驾驶员的手伸及界面是指驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅中、身系安全带、一手握住方向盘时另一手所能伸及的最大空间界面。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置驾驶员的手伸及界面是在实验室内手伸及界面测量台上测得的驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置为便于使用，驾驶员手伸及界面的数据已列成表格驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置驾驶室内操作钮件布置合理性的检验方法国际标准ISO3958用来检验小轿车驾驶室内操作钮件布置的合理性。该标准适用于以下尺寸范围内的小轿车坐椅靠背角β9.0º~33.0º最后H点至踵点的垂直距离Hz130~520mmH点的水平调节范围ΔHx至少为130mm方向盘直径D330-600mm方向盘倾斜角α10.0º~70.0º方向盘中心至踵点水平距离Wx660~152mm方向盘中心至踵点垂直距离Wz530~838mm驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置检验步骤如下：（1）测量出欲检验汽车驾驶室的以下几项尺寸：Hz,D,Wx,Wz,α，β，γ与手伸及界面有关的驾驶室尺寸；（2）根据标准中给出的驾驶室尺寸综合因子G的计算公式算出G值；（3）算出手伸及界面及界面前后方向上基准面HR离踵点的距离d，确定该基准面的位置；（4）用基准面HR、驾驶员座椅对称平面以及通过最后H点的水平面（见图2-1）这三个正交平面组成坐标系。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置（5）测量出车量上欲检验的操作钮件在上述坐标系中的坐标值。（6）根据（2）中算出的G值及已经确定的男女驾驶员比值，从驾驶员手伸及界面数据表格中找到相应的数值。（7）将上述（5）中测得的手操作钮件离基准面HR的水平距离（测量值）与表格中的给定值（极限值）相比较，若前者小于后者便认为该手操作钮件布置合理，即可伸及。否则认为不合理，应重新考虑其布置位置。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置轿车手操纵件、指示器和信号显示装置的合理布置手操纵件应布置在驾驶员手伸及范围以内重要的指示器、信号显示装置应布置在驾驶员头部无需转动便能直接观察到的视区内，以确保操作方便和迅速认辨。国家标准化组织（ISO）轿车手操纵件、指示器和信号显示装置的合理布置已做了规定。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置驾驶员手伸及范围的分区基准平面：指与汽车纵向对称平面平行的与座椅参考点（设计时采用的H点）左右相距50mm的两平面。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置1区：位于参考平面左侧，由下列表面形成的区域：A）平行于方向盘平面且向上相距20mm的平面；B）平行于方向盘平面且向下相距170mm的平面；C）沿方向盘轮圈外缘向外扩展100mm的圆柱面。该圆柱面的中心线与方向盘轴线共线。D）通过方向盘轴线的两垂直相交平面。两垂直相交平面与参考平面之间的夹角分别为40º，130º。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置2区：由下列表面所形成的区域：A）平行于方向盘平面且向上相距20mm；B）平行于方向盘平面且向下相距170mm；C）以方向盘轴线为中心，以50mm为半径的圆柱面。3区：与1区关于参考平面相对称的右侧区域。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置手操作件的合理位置（1）下列手操作件应布置在1区A）前照灯（大灯）变光开关；B）前照灯警告开关；C）转向灯开关。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置（2）下列手操作件应布置在参考平面左侧A）灯光总开关；B）紧急制动手操作件（左侧行驶）；（3）音响喇叭手操作件可布置在1区，亦可布置在2区；左侧行驶的汽车的紧急制动操作件应布置在参考平面的右侧。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置对组合操作的要求（1）下列配对功能应由同一操作件完成：A）前照灯警告开关及其变光开关。（2）灯光总开关不可与下述任一操作件混同操作，除非设有避免功能混同的装置。A）音响警告(喇叭)；B）转向指示器。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置对信号显示装置的观察要求（1）车速表及里程表应在驾驶员不转动头部的情形下应可直接看到。（2）燃油表最大量程的1/4及以上的刻度区应在驾驶员头部不转动时能直接看到；其它刻度区例外。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置在驾驶员头部不转动的情况下可以之间看到的还包括：A）发动机机油压力显示信号；B）发动机冷却水显示信号；C）蓄电池充电状况的显示信号；D）安装在仪表板上或转向柱上的自动变速杆的档位的显示装置。以上显示信号显示区的其余部分，在头部转动时应是可见的。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置（3）以下信号指示器的照明区应在至少为18mm2的一个单独区域内，且在头部不转动情况下应能见到A）制动器；B）前照灯远光；C）转向指示器；D）紧急报警器；E）驻车制动器；F）安全带指示器；G）安全气垫故障预报器；H）发动机机油压力；I）发动机冷却水温度；J）阻风阀；K）燃油液面高度；L）蓄电池充电；M）自动变速器档位选择键。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置足蹬力手操舵力手柄的设计坐姿下驾驶员双手对方向盘的手操舵力与方向盘倾角（侧视图上方向盘平面与水平之间的夹角）有密切的关系。方向盘平面越接近水平即倾角越小，手操舵力越大。但是可以转动方向盘的角度值变小，如图2-5所示。此时对应的座椅靠背也比较垂直，驾驶员坐姿相应地也比较平直。驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置方向倾角与操舵力转向角的关系驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置大客车、重型载货车，由于前轴负荷较大，要求有较大的操舵力施加方向盘上，因此这类车型中方向盘的倾角均不大。对于轿车而言，要求施加在方向盘上的操舵力并不很大，从而有可能使方向盘的倾角加大。这样驾驶员上躯干可以适当后倾，背部受到靠背的支持，坐姿舒适性得以改善。方向盘倾角的加大对于安全气垫的装设提供有利条件。视觉显示装置的设计见基本理论舒适驾驶的姿势研究腰曲弧线坐姿舒适性与人体躯干的组织结构有很大的关系。人体躯干由脊柱、擂鼓、胸骨组成，其中脊柱从侧面看有四个生理弯曲：颈曲、胸曲、腰曲和骶曲。在四个生理弯曲中，与坐姿舒适性有直接关系的是腰曲。腰曲弧线的变形，尤其在人体承载状态下腰曲弧线的变形是造成腰部酸痛、疲劳甚至损伤的机械原因。人体正常腰曲弧线如图4-1中曲线D所示，此时椎间盘上受的眼里均匀而轻微，几乎无推力作用于韧带，韧带不拉伸，腰部无不舒适感。舒适驾驶的姿势研究保证腰曲弧线的正常状态是获得舒适坐姿的关键，这也是汽车座椅设计中应当遵循的原则之一。舒适驾驶的姿势研究为使坐姿下的腰曲弧线的变形最小，车辆座椅的靠背应当提供两点支撑。第一支撑位于第5-6胸椎之间，形成肩靠。肩胛骨面积大，可承受较大的压力。第二支撑设置在第4-5腰椎之间的高度上，形成腰垫。腰垫的形状应当合理，