汽车的人机工程学

1、汽车的人机工程学汽车驾驶座椅布置设计H 点人体模型中的H点是人体身躯与大腿的连接点,即跨点(Hip Point) ,它是与操作方便性及坐姿舒适性相关的车内尺寸的基准点。驾驶员以正常姿势入座后,其体重的大部分通过臀部由座椅和坐垫来支撑,一部分通过背部和腰部由靠背来承受,另一部分通过左右手作用于方向盘上。在这种特定的约束坐姿下,驾驶员在操作时身躯上部的活动必然是绕过实际H 点的横向水平轴线的转动。人机工程学专家从多方面研究表明为了减轻驾驶员驾驶时的疲劳,驾驶员身体各部分之间的夹角应当保持在某一合理的范围之内, 这些角度称为舒适角 (见图1 )H 点的分布区域的约束条件有如下几方面:( 1 ) 下肢

2、舒适性约束：以驾驶员下肢的关节角度的舒适性作为约束来计算H点分布区域。( 2 ) 上肢舒适性约束：以驾驶员上肢的关节角度的舒适性作为约束来计算H 点分布区域。( 3 ) 视野约束：以保证驾驶员视野舒适性为约束条件计算H 点分布区域。根据人体关节与驾驶室之间的几何关系,推导出舒适角计算公式, 以舒适角在舒适范围内和方向盘与身体不发生干涉为约束条件,确定合理的跨点高度、座椅水平调节量、靠背椅调节范围和方向盘位置及倾角, 然后利用计算结果绘制驾驶员上下视野极限,进行校正,找到合适点, 如图2 所示。驾驶员在驾驶室中的坐姿几何关系如图3 所示。A 点为驾驶员的脚和地面的接触点, B 点为人的膝关节点,

3、 C 点为人的肩关节点, H 点为人的胯关节点, D 点为人的肘关节点, E点为人的腕关节点, F 点为方向盘的中心,1 为小腿和脚的夹角,2 为大腿和小腿的夹角,3 为大腿和躯干的夹角,4 为躯干和铅垂线的夹角,5 为大臂和小臂的夹角,k 为大臂和躯干的夹角, X 为踏板和胯关节点距离, Z 为胯关节点的高度, L 为转向杆的长度, XE 和ZE 分别为腕关节到转向器的水平和垂直距离, XF 和ZF 分别为方向盘中心到转向器的水平和垂直距离,F 为转向杆和水平线的夹角,人体尺寸对于特定的百分位是常量。对于满足度为90% (第5 第95 百分位) 的汽车, 满足1 舒适度的Z取值范围为270

4、400mm , 满足2 舒适度的Z取值范围为320 600mm , 单从满足人体下肢人机工程学要求来讲, H 点高度的取值范围是320 400mm。根据汽车人体工程学, 驾驶员靠背角的范围应当位于20 °30 °之间。驾驶员视觉界面设计驾驶员视觉界面设计时必须考虑人的视觉特征、心理生理特征,如车内仪表板的排列、显示的大小等要适宜于人的视觉特性,驾驶员以正常姿势坐在汽车座椅中时,其眼睛位置的统计分布图形要呈椭圆状,使驾驶员有较好的视野。另外,汽车驾驶采用自动导航系统、安全辅助驾驶系统等,使驾驶智能化,有助于驾驶员减少精神紧张,减轻精神负荷,隔离驾驶疲劳。驾驶员操纵界面设计驾驶

5、员操纵界面设计可从以下几个方面考虑:(1) 驾驶员的手伸及界面设计。驾驶员以正常姿势坐在座椅中,身系安全带,右脚支承于加速踏板上,一只手握住方向盘时,另一只手所能伸及的最大空间轮廓面是驾驶员的手伸及界面。驾驶室内的一切手操纵件的位置均应在驾驶员手伸及界面内。只有将手操纵件布置在驾驶员手伸及范围以内,才能满足驾驶员的生理要求,减缓疲劳。(2) 合理设计操纵件的布局及形状。操纵件的设计要适宜于人体尺寸要求,以便于人的操纵,如操纵杆手柄的形状应与手的生理特点相适应。就手掌而言,掌心部位肌肉最少,指骨间肌和手指部分是神经末稍满布的区域。而指球肌、大鱼际肌、小鱼际肌是肌肉丰满的部位,是手掌上的天然减振器

6、。因此,手柄形状设计时应避免完全贴合于手的握持空间,更不能紧贴掌心,手柄着手方向和振动方向不宜集中于掌心和指骨肌(容易引起疲劳和操作不准确) 。(3) 合理设计作业中的用力方法。汽车操纵包括手操纵和脚操纵,合理安排施力方式与负荷,可降低操纵负荷。根据人机工程学原理,方向盘倾斜角度对驾驶员施加到方向盘上的力有很大影响,方向盘的安装角度越平缓,驾驶员可能施加的力越大,方向盘安装角度通常选在便于活动的30°60°。脚操纵主要是脚对加速踏板、制动踏板的控制。人脚发出力的大小与人的姿态,脚的位置和方向等有关。通常踏板的高度应设置在脚能发出最大力的位置,即脚踏板与座椅座垫上表面齐平或稍

7、低一些。驾驶员听觉界面设计通过改进汽车设计,隔离引起驾驶疲劳的噪声源是当前听觉界面设计主要考虑的问题。另外,驾驶过程播放音乐可有利于缓解精神疲劳。优美悦耳的音乐通过听觉器官传入大脑皮层的兴奋点,使原来处于紧张状态的部分得到抑制,处于相对休息状态,使大脑的各部分趋于平衡。驾驶疲劳与汽车人机工程学驾驶员驾驶时,手握方向盘坐于座椅上保持驾驶姿势,眼睛注视车内外信息,同时通过耳朵接收声音信息。驾驶员根据接收到的信息,用手、脚操纵控制系统,改变汽车行驶状况。与此同时在驾驶过程中由路面不平引起的振动通过驾驶座椅传递到人体。据此分析,建立人汽车环境驾驶界面模型如图4 所示。4降低驾驶疲劳可采取两种措施:一是

8、防止或隔离驾驶疲劳;二是在驾驶疲劳已客观存在的条件下缓解驾驶疲劳。驾驶疲劳是人与驾驶环境综合作用的结果,驾驶疲劳的程度与驾驶员汽车环境界面设计的友好性有很大关系。驾驶员驾车过程的实质是人车环境三者之间信息交换的过程,汽车效能的完美化取决于系统中人车环境三者相互作用的协调与特性的最佳匹配,即为实现系统内驾驶员行为特性、车辆机械特性以及道路设施和交通法规之间的最优协调,以追求系统整体的最佳效益。控制系统的设计方向盘的设计合理与否直接影响汽车在行驶中的安全，方向盘与手指接触的部位应有适合指形的波纹，横截面应为椭圆形或圆形，保证操作舒适，握持牢靠，方向盘的直径一般为330600mm，握把直径为2050mm。通常方向盘的操作