人机工程学在汽车设计中应用

1、 题目: 人机工程学在汽车设计中的应用 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 专 业 名 称： 机械工程 所 属 学 院： 机械工程 2015年6月人机工程学在汽车设计中的应用摘要：随着科学技术的发展，人机工程学理论在产品设计中占有越来越高的地位。而作为与人类生活息息相关的汽车，人机工程学在汽车设计之中的应用显得尤为重要。无论是以驾驶员为中心还是以乘坐人员为中心，都应最大限度地满足人们的需求。并且各种主、被动保护措施也使人们在突发危险时，能最大限度地减小伤害，确保人的安全。总之，汽车设计中的各种设计都应该将人的因素考虑其中，确保了以人为主的设计原则，使汽车更完美地服务于人们。本文主要阐述了人机工

2、程学概念以及人机工程理论在汽车车身设计、汽车座椅设计、安全方面的设计中的应用。关键字：人机工程学；汽车车身设计；汽车座椅设计；安全性设计Abstract：With the development of science and technology, ergonomics theory occupies more and more high status in the product design. As a car is closely related to human life, the application of ergonomics in automobile design is pa

3、rticularly important. Both for the center with the driver to take people as the center, should be maximally satisfy peoples needs. And all sorts of main and passive measures also make people safety and minimize harm in immediate danger, Anyhow, all sorts of design should consider including the human

4、 factor, to ensure that the design principle is given priority to people and make the car perfectly serve the people. This article mainly expounds the concept and the theory of ergonomics in the automobile body design, automotive seat design, the application of the safety aspects of the design.Key w

5、ord：ergonomics; automobile body design; automotive seat design; security design0.绪论人机工程学是工业工程研究的众多重要学科领域之一。所谓的人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系以及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消

6、耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。在汽车设计中的人机工程学称为车辆人机工程学，它是以改善驾驶员的劳动条件和车内人员的舒适性为核心，以人的安全、健康、舒适为目标，力求使整个系统总体性能达到最优1。1.人机工程学在车身设计中的应用主动安全性是指汽车防止事故的能力。车身的主动安全性能包括：照明灯、信号灯的性能，汽车的前，后视野性能，实现操纵稳定性及制动性等。1.1照明灯前照灯的灯光强弱，照射距离及防炫目装置就是根据人眼的生理特点和人机工程学原理设计而成。为了满足不同驾驶环境(雨，雾和雪等)，路面状况，交通密集以及驾驶条件（高速

7、，转弯等）下自动控制前照灯的光束模式，日KOITO公司研究的智能灯光系统，欧洲研究的先进前照灯系统，本田等公司的可动式前照灯系统、博世公司的光线叠加自适性前照灯系统以及VALEO公司的灯光系统等都能根据不同的外界条件自动控制前照灯所发出的光束形状，强度和发光方向2。此外，雾灯，示宽灯，倒车灯，牌照灯，踏步灯，检修用灯以及转弯指示灯等也都是根据驾驶员的不同需要而设计的。1.2汽车的前、后视野 为保证驾驶人员有尽可能宽广的视野，前支柱（A柱）中央支柱（B柱）和后支柱（C柱）的粗细及位置很重要。设计上，必须根据驾驶员的眼椭圆范围确定风窗玻璃挂扫面积和部位，并在满足翻车安全保障和前窗振动抑制要求的前提

8、下，以最细的支柱来减小视野死角。提供后视野的后视镜也要保证驾驶员有足够的后视范围。FIAT公司的MULTIPLA采用的双片可调式小圆镜后视镜不仅可以使驾驶员看到车后其它车辆的行驶状况，而且也可观察后车胎与路面的接触情况。图1 普通后视镜与采用双片可调式小圆镜后视镜1.3操作的稳性定与制动性制动踏板和手柄的行程和位置，必须满足一般身材人体的需要，踏板力，手柄等也应适应一般人群，因为这些都对制动性能影响较大，据报道，美国有5%的女性司机由于身材矮小为踩上脚踏板而使身体与方向盘的距离小于2cm，当气囊膨胀时脖子常受到伤害。此外，车身总质量大小及轴荷分配，整体转动惯量，车身空气动力学特性，车身重心高度

9、和相关部件刚度等也都对操作稳定性有一定影响。2.人机工程学在座椅设计中的应用汽车的座椅是汽车内部很重要的组成部分，汽车座椅设计主要包括座椅造型设计、结构设计、颜色设计等。在人体接触车辆之前，首先给人的是视觉感官冲击，好的座椅设计能在第一时间获得人们的认同，因此，一个好的座椅设计能够给使用者带来良好的驾驶环境，营造舒适、安全的驾乘环境，有效的降低交通事故的发生。能够很好的引起消费者的关注。2.1座椅结构设计为了保证座垫上合理的体压分布，座垫应坚实平坦。太软的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，从而导致腰酸背痛现象的产生。研究表明：过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅

10、增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易产生疲劳。依据靠背上体压分布不均匀原则，在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支撑，即就是人体背部和腰部的合理支撑。汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支撑，第一支撑点位于人体第56胸椎之间的高度上，作为肩靠；第二支撑设置在腰曲部位，作为腰靠。肩靠能减轻颈曲变形，腰靠能保证坐姿下的近似于正常的腰弧曲线。座椅材料是座椅的主要减振元件，要想使座椅获得较低的振动传递率，使座椅有较高的振动舒适性，必须采用合适的座垫和靠背减振材料。根据驾驶室的微气候环境，调整座椅表面的湿温度特性，可以适当调节人体代谢，达到减轻疲劳的目的。图2.1 汽车座椅的结构2.2座椅舒适性

11、设计根据人机工程学原理,为保证良好的舒适度，针对静态舒适度，设计中应遵循以下原则： 座椅尺寸应与人体测量尺寸相适宜；座椅应可调节，能使乘坐者变换姿势，并能最大范围满足各类人体的乘坐要求；座椅应能使乘坐者保持舒适坐姿，靠背结构和尺寸应给腰部 充分的支撑,使脊柱接近于正常弯曲状态3。座椅的几何尺寸是影响座椅舒适度的因素，但研究发现这并非唯一最主要的影响因素。许多 文献都提及腰部支撑的重要作用。腰托的形状和位置，对于是否能使人保持良好坐姿，减少 人体疲劳具有重要作用。从人机工程学的角度来讲，腰部是体现座椅功能的关键部位。因此 ，座椅的腰托是影响舒适性的关键因素。腰托的安装位置在座椅靠背结构设计中十分

12、重要。 乘员正常入座时，人体身躯与大腿的连接点胯点(hip point)简称H点，H点的位置是决定 驾驶员操作方便、乘坐舒适性相关的车内尺寸的基准。此外，座椅的调节特性对座椅的舒适度影响很大，已成为座椅舒适度设计中重点考虑的因素。压力分布是导致不舒适的最主要的 生物力学因素，通过界面压力对座椅舒适度进行评价是一种重要客观、有效的方法。消除座椅不舒适性最理想的方法是能建立定量模型，预测座椅的不舒适性。国内外研究中,建立的模型主要有如下3种：利用模糊理论建立的模型、线性模型和神经网络模型。目前，国内在座椅舒适度的研究上还存在一些缺陷：没有针对中国人体特征尺寸的座椅舒 适性研究；对于座椅静态舒适性评

13、价还没有形成一套客观系统的体系；在应用神经 网络建模方法评价舒适性中，对输入量的界定还不够清晰明确，有待进一步研究4。2.3座椅空间位置设计座椅空间位置设计就是为了达到操作舒适性的目标，而进行驾驶室座椅空间位置设计以确保驾驶员有良好的视野，同时对汽车转向盘、脚踏板等操作部件有恰当的操作要求距离，以达到操作舒适性的最终目的。图2列出了驾驶作业空间设计的主要指标。图2.2 驾驶作业空间设计的主要指标3.人机工程学在安全设计中的应用随着生活水平的提高，人们对所乘坐汽车的安全性也提出了更高的要求。而ABS（刹车防抱死系统），ESP（电子稳定系统），以及EBD（电子助力转向）等的发明标志着车辆的安全性能

14、得到提高，并且在人机工程学方面也起到了一定的作用5。预紧式安全带确保了车辆在发生交通事故时使人们的身体一直与座椅保持接触状态，防止了因身体的过度前倾而使身体受伤害，因为在大部分的事故中，因人的身体过分前倾而造成的伤害太多了。 我们都知道在战斗机中，飞行员头盔前面的玻璃既起到保护作用，也同时起到了显示屏的作用。宝马公司发明的抬头显示系统便和这个大同小异。通过投影技术将相关信息显示在风挡玻璃上，在保证不影响驾驶员视野的同时提供了丰富的信息，使驾驶员不用低头，只需变化一下焦点就能做到“一切尽收眼底”，从而避免了注意力的分散，驾驶安全性得到了保证，同时也确保了人机信息的快速交换，相应的操作效率也得到大

15、幅度的提升。在光线进入人眼的管线瞬间出现变化时，人眼会出现瞬间无法看清面前的物体，往往需要一段时间才能看清物体，这被称为适应。在夜间驾车的过程中，当两车相对行驶的过程中，由于双方的车灯亮度不同，较亮的一方的车灯就会使对方瞬间失明，甚至出现严重事故。现在人们开始对车灯进行了改良，采用了冷光车灯，并且加入了转向随动系统，当车辆转弯时，灯光的照射方向也随之发生改变，这种设计使夜间行车变得安全，危险系数也变低了8。 虽然在夜间有了车灯，但人眼的视觉范围是有限的，距离较远是仍无法看清远处的物体。而车载夜视系统的出现无疑解决了这一问题，这样，即使是在大雾天气下也能看清周围一切，而这也同样保障了人身安全，确

16、保了在不良视野下的安全驾驶。 在未来的汽车安全方面的设计中，智能安全气囊，倒车影像，ESC电子稳定控制，胎压低压报警和侧气帘会渐渐成为主流配置。此外，车内紧急呼叫、智能巡航等也会被采用，利用雷达和传感器在保证车距的同时预测危险并在驾驶员做出反应之前刹车，避免事故发生10。4.结论随着汽车在日常生活中的广泛应用，人机工程学设计就显得更加重要，而在今后的汽车设计中，越来越多的人机工程学设计将被采纳。体现了更多的人性化的设计元素。舒适、安全正被更多的人所重视，符合安全人机工程学的产品必然会获得成功。而那些符合人机工程学的设计产品，能给人们创造一种舒适的环境，让人们的驾驶过程变得更加愉快，将会成为未来发展趋势。参考文献1 刘东明,孙桂林.安全人机工程学M.北京：中国劳动出版社，19932 郭竹亭.汽车车身设计.吉林科学技术出版社,1992年3 黄天泽.汽车车身结构与设计.机械工业出版社，2003年4 吴翔.产品系统设计.中国轻工业出版社,2000年5 谢庆森,王秉权主编.安全人机工程.天津大学出版社,19996 王宣，李宏光等.现代汽车安全M.北京：人民交通出版社，19987 王惠军.汽车造型设计.国防工业出版社,2007年8 刘维信汽车设计M北京：清华大学出