汽车人体工程学 最后一节课的课件.doc

人体工程学简介一、何为人体工程学？人体工程学是上世纪50年代发展起来的一门新学科。它以人机关系为研究的对象，以实测、统计、分析为基本的研究方法，是一种描述如何塑造适宜人的工作环境的科学。具体到产品开发，就是在产品的设计和制造方面要按照人体的生理解剖功能量身定做，更加适合于人体的工作效能。 “人”指的是在所研究的系统中参与系统过程的人; “机”则泛指一切与人处于同一系统中并与人交换着信息、物质和能量的、供人使用的物; “工作环境”指的是“人”、“机”共处的、对“人”和“机”有直接或间接影响的周围外部条件。在我国，本学科处于初创阶段，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。统一称为“人机工程学”。二、人机工程学的研究对象人机工程学的研究对象是人-机-环境系统简称人机系统。 人机工程学既要研究人-机-环境系统的各个组成部分的属性,更要着重研究人-机-环境系统的总体属性,以及人、机、环境之间的相互关系的规律。三、人机工程学的研究内容 人的特性的研究（1）人体尺寸及人体测量技术（2）人体的力学性能（3）人的劳动生理功能（4）劳动中人的心理过程（5）人的信息传递能力（6）人的可靠性（7）人员的选拔和培训（8）人的动作时间研究（9）人体模型 机的特性的研究 环境特性的研究 人-机关系的研究 人-环境关系的研究 机-环境关系的研究 人-机-环境系统总体性能的研究四、汽车人体工程学今天的汽车要追求“人车合一”。所谓“人车合一”，就是设计汽车的目标要以人为本，围绕人的需求而建造。要使人乘驾汽车感到舒适、方便和不容易疲劳，这就是汽车人体工程学的目的。汽车设计的基础。 驾驶区空间如何确定？ 驾驶员座椅如何设计？ 仪表盘如何设计与布置？ 操纵杆、脚踏板等如何布置？ 前风挡玻璃（雨刮器）有何要求？ 后视镜大小、位置如何确定？ 车高（车长等）如何设定？ 汽车如何降噪？ 汽车照明设备有何要求？ 汽车的安全设备（安全带、气囊等）应满足何种要求？本课程主要研究对象：轿车。轿车作为通勤交通工具的功能比率将渐趋下降，而用于休闲娱乐的功能比率将渐趋提高, 轿车的行驶速度也许不再是最主要的使用性能要求了，而人们对轿车的宜人性、乘坐舒适性的要求却会比现在高得多, 轿车作为一个活动的家，将要求车内空间增大，内部装饰更具有家庭的温馨气氛。 第一章 汽车设计与试验用人体模型常用人体模型来代替真人。人体模型应有人真人的某些特性。汽车设计与试验用人体模型视用途不同种类也不一。主要包括车身设计及校核用的H点人体模型、撞车试验用的人体模型(假人)、仪表板及转向操纵系统冲击吸收性能试验用的头部和胸部模型及振动试验用的两自由度(或多自由度)振动模型等。&1-1百分位一、百分位概念百分位是人体工程学中常用的一个术语，它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，这是人体工程学中一条基本的设计原则。因此，目前人体基础数据标准均以百分位的形式公布。这种表达方式已在国际上通用。百分位最简单分为三档，即第5百分位、第50百分位、第95百分位。我国1989年7月l日起正式实施的国家标准中国成年人人体尺寸，分7档公布数据，即第1、第5、第10、第50、第90、第95、第99百分位，以方便使用。 人体尺寸因种族、国家或地区而异，这一点在引进国外技术设备时是不可忽视的。二、百分位在产品尺寸设计中的应用 1、产品设计类型按照所使用的人体尺寸的设计界限值的不同情况,可将产品尺寸设计任务分为三种基本类型:型产品尺寸设计：需要同时利用两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据之设计任务,称为型产品尺寸设计,又称双限值设计。 例如,汽车驾驶座椅设计。型产品尺寸设计：只需要利用一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值或下限值的依据之设计任务,称为型产品尺寸设计,又称单限值设计。A型产品尺寸设计：只需要利用一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值的依据之设计任务,称为 A 型产品尺寸设计,也称大尺寸设计。例如,设计公共汽车的车厢高度。B 型产品尺寸设计：只需要利用一个人体尺寸百分位数作为尺寸下限值的依据之设计任务,称为 B 型产品尺寸设计,也称小尺寸设计。 例如,设计工作场所的栅栏结构、网孔结构或孔板结构等安全防护装置。 型产品尺寸设计：只需要人体尺寸的第 50 百分位尺寸数据作为产品尺寸设计的依据之设计任务,称为 型产品尺寸设计,也称 折中设计。 例如,门的把手或锁孔离地面的高度、电灯开关在房间墙壁上的安装位置离地面的高度设计。设计人员进行产品或工程系统设计时, 首先必须正确判断设计任务应属于哪一种类型, 然后恰当选取作为尺寸设计依据的人体相应部位的百分位数。2、（人体尺寸测量）百分位数据的修正（1）功能修正量： (1)着装修正量 (2)姿势修正量（2）心理修正量最小功能尺寸:为了确保实现产品的某项功能而在设计时规定的产品最小尺寸,称为产品最小功能尺寸。产品最小功能尺寸 = 人体尺寸百分位数 + 功能修正量 最佳功能尺寸:为了方便、舒适地实现产品的某项功能而设定的产品尺寸,称为产品最佳功能尺寸。产品最佳功能尺寸 = 人体尺寸百分位数 + 功能修正量 + 心理修正量。 人机工程学是以追求安全、健康、舒适、高效为目标的, 只要客观上许可, 就应当按最佳功能尺寸进行设计。以设计乘客区顶高为例, 若以男子身高第 90 百分位尺寸 1754 mm作为设计界限值, 鞋跟高修正量取为 25 mm,高度的最小余裕量取为 90 mm,高度的心理修正量取为 115 mm,则: 最低层高=1754+(25+90)=18691900 mm 最佳层高=1754+(25+90)+115=19842000 mm三、百分位在汽车设计中的应用实例汽车设计以总体布置为核心，而轿车总体布置又是从车厢开始的。为此要利用能表述人体形状的标准模型做为准绳来安排驾驶舱各个部件位置。国际汽车设计界中所应用的总范围在5%-95%之间，它涵盖了90%的人群。例如驾驶员的位置，从脚踩油门踏板或刹车踏板上算起，身材高大者要比身材矮小者靠后坐，这决定了驾驶座椅后移的位置；身材矮小者要比身材高大者靠前坐，这决定了座椅前移的位置。手臂长度与腿相比是较短的，当座椅后移时可能手触及不到仪表板，这就有了一个范围限制。例如以百分位人群来划分，假设第5个百分位（德国标准）的女子身高为1.47米，而第95个百分位的男子身高为1.82米，对于固定踏板的布置，工程师就只考虑5%的矮小女子和95%高大男子的手臂触及范围。做出仪表板的可接触的衡量，通常以高大男人的手臂长为一个决定性准则，即以伸展的手臂运动，在水平及垂直方向各绘出一个园孤线，近似描绘出一个半园形空间去安排座椅、仪表、方向盘、踏板、变速杆、中控板控制旋钮等零部件的位置及相互的距离尺寸。驾驶座椅的布置是轿车总布置的关键之一。驾驶座椅的调整应能够使驾驶员相对方向盘、操纵杆、踏板等操纵机构及前档风玻璃，在纵向及铅垂方向的位置应能够满足绝大多数驾驶员群体的各类人身体特征。座椅的平行移动及高度调整范围根据人体标准模型的肢体夹角来确定。&1-2 H点人体模型H 点，即胯点( HipPoint )，指人体身躯与大腿的铰接点。在人体模板中为髋关节。确定汽车车身或驾驶室内部人机界面几何尺寸关系时 ,常以此点作为人体的定位基准。 H点（点13）人体模型由背板部、座板部、小腿部及足部等构成。背板部由背板、背托架、躯干杆、水平仪A及胸部和臀部重块等组成。座板部由座板、控制杆、T形杆、水平仪B、大腿重块、膝部角度盘等构成。 小腿部由左右小腿及质量块组成。足部有足部刻度盘。汽车的实际 H 点是指当 H 点三维人体模型按规定的步骤安放在汽车座椅中时，人体模型上左右两 H 点标记连接线的中点。 (l)汽车实际H点是与操作方便性及坐姿舒适性相关的车内尺寸的基准点。在特定的约束坐姿下，驾驶员在操作时身躯上部的活动必然是绕通过实际H点的横向水平轴线的转动，可用来检验汽车座椅设计的合理性。 (2)汽车实际H点是确定眼椭圆在车身中位置的基准点。影响仪表盘、前后风窗、左右风窗、风窗刮净区、后视镜等。(3)汽车实际H点的位置影响到驾驶员的手伸及界面。影响仪表盘布置、操作件布置等。&1-3 H 点二维人体模板汽车车身设计中也采用H点二维人体模板来确定或校核车内尺寸，H 点二维人体模板是根据H点三维人体模型制作而成的。对于安全设施, 应尽可能按极端的百分位数设计, 如选用第 1 和第 99 百分位,以适应绝大多数人的要求。对于一般设施, 所选百分位数可适当偏离极端数值, 如第 10 和第 90 百分位,这样可简化结构、降低成本。人体模板的应用：人机系统设计时, 可借助人体模板进行辅助制图、辅助设计、辅助演示或辅助测试。 H 点二维人体模板在车身（车高）设计中的应用1、制作模板H点人体样板由躯干、大腿、小腿、足及靠背基准杆等组成。车身内部布置设计采用的通常是第95，50和第5百分位的H点人体样板。这三种百分位的万点人体模板的上身躯杆长度尺寸一样，但大腿长度B、小腿长度A各有不同。2、模板安放H点人体样板在车身侧视图上安放时，应先确定H点的高度Hz（如何确定？）确定舒适坐姿角具体步骤为：(1)画出地板线(先以水平线代表);(2)确定出H点的位置(以加速踏板踵点为基准，兼顾座垫、靠背的压缩量);（如何确定？）(3)将第95百分位人体样板的H点与刚才确定的H点相重合;(4)按选定的舒适坐姿角确定人体样板在图纸上的位置;(5)选定H点的水平及垂直行程(即座椅的水平及垂直调节量)。水平行程范围一般为100一160mm，垂直行程一般应大于80mm。(6)画出座椅调节至中间位置、最前最高位置以及最后最低位置时的H点。(7)将第95百分位的人休样板的H点与图纸上最后最低位置的H点相重合，根据样板背部曲线形状、靠背压缩量与厚度，确定驾驶舱的最后界限。(8)将第50、第10百分位的人体样板的H点分别与图纸上座椅调节到中间位置及最前最高位置的H点相重合，以加速踏板踵点为固定点，观察舒适坐姿角（除a外）的变化及坐姿位置的变化，决定H点高度Hz及行程大小是否合适。 (9)画出三种位置时上述三种百分位人体样板腿部轮廓线，供设计仲腿空间用。(10)轿车后排座的布置方法与上述相仿。(11)按第三章中“头廓包络线”中所述方法决定头顶空间。或按下述决定头顶空间的高度尺寸，见图1一7。由驾驶员或乘员头顶部F垂直向上100-135 mm为车顶内饰线。车顶厚度一般可取巧15-25mm，考虑到驾驶员头顶处的车高并非是车体的最大高度，从而再增加20-40mm作为车体总高的设计参考值。对于载货车，万点至车顶内饰线之间的距离在沿8度倾斜线上量，一般不应小于1000mm。&1-4 其它人体模型头部及胸部模型：评价仪表板或座椅靠背后部等的冲击性能等。两自由度振动人体模型：汽车平顺性试验等。车辆碰撞仿真分析用人体模型注意：今天的汽车设计都采用计算机辅助设计，用专门软件来测定轿车的设计是否符合人体工程学。由于设计师对人体标准模型的取舍不同，就出现了欧美车空间比较宽大，日韩车空间比较狭小的现象。东亚人的平均身高和手臂长度都要逊于欧美人，但由于市场全球化，汽车设计也倾向于大空间。通过加大座椅、方向盘角度的多级调整来平衡各地区的人种身材的差异。驾驶员眼椭圆、头廓包络线、H点位置线、膝部及胃部包络线如何进行车室设计？汽车驾驶员的眼睛、头部、胯部、膝部及胃腹部上一些与车身设计有关的特殊点称为驾驶员的人体特征点。驾驶员以自己的意愿将座椅调整到适意位置、并以正常驾驶姿势入座后，人体上的这些特征点在车内坐标系中的位置可以通过摄影法测得。测得的位置数据经数理统计处理后，便可得到各种百分位身材男女驾驶员的人体特征点的分布图形(图2一l)。它们包括驾驶员眼椭圆(图中D)、头廓包络线(图中E)、左右膝包络线(图中C和S)、H点位置线(图中A)、胃部包络线(图中F等)。将图形制成样板可作为车室设计的工具，因此上述图形亦称为车室设计用工具性图形。&2-1汽车驾驶员眼椭圆何为眼椭圆？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，他们眼睛位置在车内坐标系中的统计分布图形。2.2 眼椭圆1.眼椭圆的定义眼椭圆是由美国汽车工程师协会制定成标准SAE J941,国际标准组织引用该标准制定了国际标准ISO 4513. 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，即等概率密度线（见图2-7）。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（图2-8）。2眼椭圆的意义眼椭圆的建立为汽车视野设计和校核提供了科学依据，在汽车概念设计中起着重要的作用。其主要应用有： 汽车前风挡玻璃及除霜部位的确定； 汽车风窗遮阳带位置的确定； 汽车后视镜位置设计及视野校核； 计及眼睛与头部转动时车身A、B、C 立柱盲区的求作； 汽车仪表板盲区的求作；4眼椭圆的样板眼椭圆样板的尺寸与人体百分位及座椅水平调节行程（L23）有关，根据座椅水平调节行程的不同，将其分为两套。一套为L23 在100mm 和133mm 之间时的眼椭圆，另一套为L23 大于133mm 时的眼椭圆。眼椭圆的尺寸数据如表2-1 所示。 汽车车身设计中常将各种百分位的眼椭圆事先制成样板，以备设计或校核使用。制取眼椭圆样板要使用表2一1至表2一4中的数据，并按以下步骤进行: （1）参照图2一2，画出眼椭圆的自身坐标轴X，Y及Z。 (2)根据表2一1中列出的H点水平行程(即座椅水平调节量)查出眼椭圆中心在自身坐标系中的位置值X、Z、Y(右眼)，Y(左眼)。从而确定了两视图上眼椭圆中心的位置。(3)在侧视图上经眼椭圆中心画倾角为一6.4度，、前低后高的斜直线作为长轴。在俯视图上经左右椭圆中心分别画倾角为5.4度、前高后低的两条斜直线作为长轴。长轴在侧视图上和俯视图上的长度认为相等，其值根据H点水平行程从表由表2一3中可查得。5眼椭圆的定位 1. A类汽车眼椭圆的定位 A类汽车的眼椭圆定位应参照图2一6进行。 (1)根据已确定的H点水平行程及眼椭圆百分位值，在样板组中选取最接近的眼椭圆样板； （2）在车身侧视图上，经最后H点垂直向上作垂直工作线ZZ，并量取635mm，在该处作水平工作线XX，见图2一6。(3)根据给定的座椅靠背角的值，由表2一4查出侧视图上眼椭圆自身坐标系X一Z(图2一2)的原点相对于垂直工作线和水平工作线交点的偏移量。当座椅靠背角为25时，水平或垂直偏移量均为O，即眼椭圆自身坐标轴分别与水平、垂直工作线重合。(4)为确定眼椭圆在A类汽车车身俯视图上的位置，首先应确定尺寸W一7及W一3,于是眼椭圆样板与汽车纵向中心线之间的定位距离0.85(W一7)+0 .075(W一3).W一3为H点向上254mm处车宽（最窄）。B类车眼椭圆具体定位步骤如下：1、根据车身设计已确定的H点行程及眼椭圆的百分位值，在样板组中选取相应的眼椭圆样板。H点水平行程大于165mm者依旧采用165mm对应的样板；2、利用以下方法，首先找出对应于不同的男女驾驶员比的定位参考线。对于载货车和大客车常用的男女驾驶员比为50/50，75/25，90/10三种。因此定位参考线对应有三条。每条定位参考线都可用公式来表达，它们均是H点高度Z的线性函数。男女驾驶员比为50/50时：X=798.74-0.446Z男女驾驶员比为75/25时：X=822.44-0.460Z男女驾驶员比为90/10时：X=855.31-0.509Z3、根据给定的男女驾驶员比及座椅靠背角按以下公式计算出侧视图上眼椭圆中心相应于上述定位参考点的水平和垂直偏移量。男女驾驶员比为50/50的偏移量：x=-175.26+12.68z=691.09-3.57男女驾驶员比为75/25偏移量：x=-201.05+13.65z=699.66-3.82男女驾驶员比为90/10偏移量：x=-184.44+12.23z=707.52-4.17其中：x:眼椭圆中心相对于定位参考点的水平偏移量；z:眼椭圆中心相对于定位参考点垂直偏移量；：座椅靠背角4、找到了眼椭圆中心在车身侧视图上的位置以后，通过该中心作倾角为11.6度的斜线。此斜线为眼椭圆的长轴方向。自此，在侧视图上的定位已完成。5、在俯视图上如载重车或大客车地驾驶室座椅为长条型，则眼椭圆的样板的X轴与汽车纵向中心线的距离为0.85(W-7)+0.075(W-3).2.3驾驶员的头廓包络线（面）1.平均头廓线平均头廓线是由美国工程师协会（SAE）根据第50百分位身材的男女驾驶员及乘员头部特征点在车身坐标系中的位置统计而得出的两条圆弧（侧视图、后视图，英制单位），用于表示乘坐状态下的头部外廓线。如图2-4所示。图中的坐标轴X，Y，Z是头廓线的自身坐标系，也就是绘制眼椭圆时所用的自身坐标系，或者说眼椭圆样板上的自身坐标系与头廓线样板上的自身坐标系是同一坐标系。2.头廓包络线头廓包络线是指不同百分位的驾驶员和乘员在乘坐状态下，他们头廓线的包络线。将头廓线样板上的眼点沿着眼椭圆样板上的上半部眼椭圆运动，并保持两样板上的自身坐标系平行，描绘出头廓线运动时的包络线便是头廓包络线由于头廓包络线是以眼椭圆为基准而生成的。而眼椭圆的长短轴因身材百分位及H点水平行程的不同而有异，因而头廓包络线是有许多条的。其中以H点水平行程127mm的第5、第95及第99百分位的为常用。这种万点水平行程可调节的头廓包络线适用于确定驾驶员的头部位置。考虑到驾驶员随汽车振动而左右摇动，使头廓包络线形成的面以头廓包络面中心为基准向车外偏移出23mm 的距离（SAE J1052 推荐）。头廓包络线分为两种形式，一种为座椅可调节式的头廓包络线，另一种为座椅不可调节式的头廓包络线。前者适合驾驶员的头部位置和头顶空间的设计，后者适合于后排乘员的头部位置和头顶空间的设计。头廓包络线的形式如图2-11所示。不可调节式座椅用头廓包络线侧视图可调节式座椅用头廓包络线侧视图1A类汽车的头廓包络线定位(侧视图)第一种情形：座椅可调式此情形下，头廓包络线在车身侧视图上的定位方法与眼椭圆在该类汽车车身侧视图上的定位方法相同。即先按身材百分位值及H点水平行程(座椅水平调节量)选定相应的头廓包络线样板。然后通过最后H点作垂直工作线并向上量取635mm，并在此处作一水平工作线。根据座椅靠背角的大小，由公式算出或由表查出头廓包络线自身坐标原点相对于垂直与水平工作线交点的水平和垂直偏移量x，z。最后按样板描出头廓包络线在车身侧视图上的位置。第二种情形:座椅不可调式。在车身侧视图上最后H点后方122.7mm处作一垂直工作线，并向上量取650mm且作水平工作线。然后按公式(2-1)算出或由表2-4远查出座标原点相对于上述两工作线交点的水平和垂直偏移量，最后按样板绘出头廓包络线在车身侧视图上的位置。2. B类汽车的头廓包络线定位 它的定位方法与B类汽车眼椭圆的定位方法类似，其步骤如下; (1)根据身材百分位值及H点水平行程(即座椅水平调节量)选取相应的头廓包络线样板; (2)利用公式(2-2)至(2-4)，由给定的男女驾驶员比及H点的高度，首先确定头廓包络线的定位参考线和参考点的位置;(3)根据座椅水平调节量(即H点水平行程)及坐标靠背角按以下公式算出头廓包络线自身坐标原点相对于定位参考点的水平偏移量和垂直偏移量，2-4适意驾驶位置时H点的位置线图2一1为A类汽车适意驾驶位置时H点的位置线。适意驾驶位置时H点的水平行程X与H点离踵点的高度Z之间的关系可用的数学表达式描述。见公式2-8.此公式表明：舒适驾驶时H点的高度（垂直行程）和水平行程之间有相关关系，故在眼椭圆、头廓包络线等的行程中只提及H点（或座椅）的水平行程。B类汽车驾驶员H点位置线(男女驾驶员比90/10或95/5时)，见公式2-10.2-5车室设计用工具性图形的定位参考线与定位参考点 一、拇趾基准点及踵点图2-1画出了装置角度不同的加速踏板踵点、拇趾基准点、踏板及踏平面(即鞋底面)。左图中的踏板装置角小于踏平面角。因此踵点与踏板支点保持接触，而足的拇趾点与踏板不接触。此时，应以踵点为支点转动踏板来找到在踏平面上的拇趾基准点。加速踏板平面上的拇趾点基准点与踵点的距离为203mm。右图中为另一种情况:踏板装置角大于踏平面角。此时踏平面上的拇趾点就是拇趾基准点。拇趾基准点是用来决定膝部包络线、胃部包络线的定位参考点的水平距离的基准点；而踵点用来决定定位参考点的垂直距离。踏平面角以二维人体样板的足与小腿夹角来衡量，是H点高度的函数。见公式2-12.此公式说明：H点高度与诸多舒适姿态的参数相关，故在设计中以确定H高度为主。二、定位参考线与定位参考点A类汽车定位参考线与定位参考点:选择第50百分位的驾驶员H点位置线作为定位参考线，其表达式见公式2-13.此公式用于确定H的位置，主要用于确定之后H点的绝对位置。眼椭圆、头廓包络线的应用总结一：2-6 载货汽车驾驶员的膝部包络线驾驶室仪表板下方的膝部空间设计应以驾驶员的膝部包络线为依据。 一、膝部包络线的生成膝部包络线的生成需具备三个要素:膝部特征点、膝椭圆及二维H点人体样板的小腿。膝部特征点K定义在胫关节和踝关节连线的垂直线上。该垂直线通过胫关节中心。K点至胫关节中心的距离为50.8mm。左右膝特征点分别表示操作离合器踏板和操作加速踏板的膝部特征点。由摄影法获得的位置数据经统计分析后得知，两膝特征点的分布图形均为椭圆。由于操作踏板时小腿绕躁点的运动，所以还需将小腿运动时膝部扫过的轨迹求出来方能形成膝部包络线。膝部包络线的生成方法是以左右踵点分别为支承点转动左右小腿。转动过程中，描绘出膝部轮廓的轨迹，使可得膝部包络线，见图。将膝部包络线的数据经过拟合后得知它们分别为两条圆弧。左膝包络线(离合器踏板)的圆弧半径为103.25mmmm，右膝包络线(加速踏板)的圆弧半径为113.25 mm。二、膝部包络线在车身图上的定位 (l)根据2-4所述，按B类汽车确定定位参考线和定位参考点？ (2)明确是左膝包络线(离合器踏板)还是右膝包络线(加速踏板);(3)利用公式(2-17)至公式(2-19)算出左膝包络线圆心的水平和垂直偏移量。利用公式2-20)至公式(2-21)算出或利用表2-6至表2-8查出)右膝包络线圆心的水平和垂直偏移量。2-7 载货汽车驾驶员的胃部包络线载重汽车驾驶员的胃部包络线对决定方向盘与驾驶员座之问的尺寸及座椅安全带结构方案有重要作用。一、胃部包络线的生成胃部包络线的生成亦需三个要素：两个胃部特征点，一个辅助点。第一个胃部特征点在驾驶员胃腹突出处(点2)，第二个胃部特征点在驾驶员腰部前下方与安全带贴合处(点3)。根据摄影及统计分析，这两个胃部特征点的分布图形也是呈椭圆形。通过辅助点(点l)、胃腹部椭圆最前点(点2)及安全带与腰部贴合处上的(点3)拟合一曲线，使两个椭圆被包络在其中。这条包络线被拟合为一圆弧，其半径为157.45mm。二、胃部包络线在车身图上的定位 (1)首先根据圣2-4所述，从B类汽车中确定定位参考线和定位参考点; (2)利用公式(2一23)至公式2一25)计算出胃部包络线圆心相对于定位参考点的水平和垂直偏移量，找出圆心位置再画圆弧。第三章 汽车驾驶员眼椭圆及其在汽车视野设计中的应用汽车视野与汽车车身结构有密切关系。汽车行驶时80%以上的交通信息是由驾驶员视觉得到的。& 3-1人眼的视区一、 眼睛的运动眼球以角膜顶端后方13.5mm处为中心转动。两个眼球的运动非常协调，它们总是向同一方向转动或做辅合运动。一个眼球不能单独运动，即使把一只眼睛遮住，两眼的活动人仍然是协调的。眼球动转的范围有一定的限制，超过某个角度时就需要头部运动帮助，以扩大人的视野。二、 眼睛和头部不转动时的视区只用左眼或右眼单独观察时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（左眼视区+右眼视区）；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。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150度，即能看见直前视线一侧90度、另一侧60度的区域。双眼视区为120度，两单眼视区为180度。在垂直方向上双眼视区为:直前视线上方5055度，下方6070度，这徉便构成人眼视椎。运动状态下人的视野将缩小。车速与视野的关系为，车速为40km/h时双眼视区为100度，其中能确认的范围为15度以下；车速为75km/h时降为65度,100km/h时为40度。速度越大，视区越小。运动状态下，驾驶员的眼睛和观察物体之问的视力关系有人动视力(驾驶员看标志)和全动视力(驾驶员看行驶中的其它车辆)。人动视力与静视力相比，在车速为50-60km/h时约降低6%。全动视力降低更严重。三、 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转动时感觉是否舒适分成自然转动和勉强转动。眼睛的自然转动角度在水平方向左右各为15度，勉强转动角度左右各为30度；头部自然转动范围在水平方向左右各为45度，勉强转动角度各为60度。在垂直方向上，眼睛自然转动角度向上向下均为15度，勉强转动角度向上为45度，向下为65度（在设计中下方视野较上方视野更容易设计）；头部自然转动角向上向下均为15度，勉强转动角向上向下各为30度。眼球的转动中心如前所述在角膜顶端后方13.5mm处，头部的转动中心在两瞳孔连线中点后方98.6mm处，位于第四颈推上。瞳孔距一般取65mm。（黑板）四、 头部转动角目标在直前水平视线30度以内时，只需转动眼睛，不一定转动头部，便可将直前视线投向目标。但是目标在直前视线30度以外时，虽然可以继续转动眼球去注视目标。但太勉强，眼睛很费力。此时，便需要转动头部，将眼睛已转动了30度后的直前视线投向目标。转动角=目标到头部转动中心的角度-30度五、 驾驶员的视区和盲区 单眼盲区:由左眼或右眼单独观察时，由于障碍物对视线的阻挡而形成左眼或右眼看不到的区域；双眼盲区:左右眼同时观察时，由于障碍物对视线的阻挡而形成两眼都不能看到的区域。双眼盲区就是左右眼单眼盲区的公共部分。（两条视线的延长线交点） 驾驶员的盲区主要包括由车身A、B、C立柱形成的车外盲区；由方向盘的轮缘、轮载及轮辐形成的在仪表板上的车内盲区。另外，驾驶员在观察车外交通或车内状况时，还需借助后视镜。因此有时还将驾驶员视区进一步分成直接视区和间接视区。 直接视区:无须借助后视镜而能直接见到的区域;间接视区:借助后视镜方能见到的区域（涉及后视镜、内视镜的设计）。&3-2眼椭圆应用之一:风挡玻璃刮扫及除霜部位的确定* 汽车风挡玻璃雨刮和除箱系统的刮扫及除霜面积的大小和部位要以驾驶员眼椭圆为基准来确定。*刮扫和除霜面积内的不同区域的清晰度要求亦不同。*汽车车身设计过程中应在确定了眼椭圆在车身侧、俯视图上的位置以后，对雨刮的运动轨迹予以校核或设计。进行校核时，先在车身视图上确定第95百分位眼椭圆(在给定的H点水平行程时)的位置，根据表中对各类汽车的规定，分别作眼椭圆上下切平面(在侧视图上为直线)和左右切平面在俯视图上为直线)。这四个切平而与风挡玻璃相交的四条交线构成了汽车视野要求的刮扫和除霜面积，图3一9。轿车、大客车、载重汽车对挂扫部位和要求不同，见表3-4、3-5.&3-3眼椭圆应用之二:遮阳带位置的确定 遮阳带：为了避免阳光眩目，轿车前风挡玻璃上方部分、后风窗玻璃或侧窗玻璃的上方部分有的着以深色或贴上深色薄膜，以求降低该部分的透光率，防止驾驶员及乘员受阳光照射产生眩目，改善后座乘员头肩光照过分的现象。遮阳带的面积不宜过大，否则会影响视野。1. 前风挡玻璃遮阳带的确定*眼椭圆定位（所有相关设计必不可少的一步）前风挡玻璃遮阳带由A、B、C、A1、B1五点形成其边界点，将它们用曲线圆滑连接便确定了其位置和面积。其中:A点：侧视图上95%眼椭圆上缘水平切面A与左A柱前缘的交点; B点：切平面C和切平面B在前风挡玻璃上的交点。切平面C切于侧视图眼椭圆上缘且上倾5度;切平面B切于俯视图左眼椭圆左缘且左偏l0度。C点：切平面C和汽车纵向中心平面在前风挡玻璃上的交点;A1点：以前风挡玻璃中心线为对称线，A点的对称点；B1点：以前风挡玻璃中心线为对称线，B点的对称点。2. 侧风窗玻璃遮阳带侧视图眼椭圆上缘水平切面（切面A）以上25.4mm处作一水平面D，平面D与侧风窗交线以上的带域即为遮阳带的区域。3. 后风窗玻璃遮阳带与侧风窗玻璃遮阳带的确定方法相同，即D平面与后风窗玻璃交线以上的带域为遮阳带;或者根据保证车内后视镜的后视野的要求来确定。& 3-4眼椭圆应用之三:车内后视镜的作图校核根据SAE的规定，对于车内后视镜的要求为:(l)双眼水平后视角最小值为20(2)垂直方向视角应能看见最后H点后方60m处的交通情况。车内后视镜大小、旋转角度的设计： 首先校核车内后视镜的镜面尺寸，步骤如下。 1、画出车身侧视图和俯视图上的第95百分位眼椭圆; 2、依据初定的车内后视镜的设计位置，镜面尺寸及安装角度，画出镜面的两投影。图中点A为镜面中心; 3、在两视图上通过A点各画LL，水平线并前后延长之; 4、在俯视图眼椭圆上找出离镜而最远点B，点B在左眼椭圆上的最后点。向上投影找出侧视图眼椭圆上的对应点B; 5、为求得眼睛点B在镜中的成象点，应求出AB的实长AB。 AB的求法：在俯视图上以A为圆心、AB为半径作弧交LL于R点。由R点向上作垂线，与侧视图上过B点所作的水平线交于T点。AT即为AB的实长。同理，亦可在俯视图上求得AB的实长AB;（旋转）6、在侧视图上量AC=AT，C点便是B点在镜中的成象点。同样，在俯视图上量AC=AB，则C点便是俯视图上的成象点;7、在两视图上分别作角CAT及角CAB的角平分线。这两条平分线与铅垂线之角的夹角为镜面的最小可调节角;8、为了确定车内后视镜的水平双眼视角的大小，先确定其单眼视角的大小。方法是在俯视图上由C点向镜面两端点作射线，两射线之间的夹角便是水平方向的单眼视角; 9、的求得单眼水平视角后，根据表3一6便可查得双眼水平视角的值，据此判断镜面宽度是否足够。单眼水平视角换算成双眼水平视角也可以按照下述计算公式来完成，参阅图3一13。&3-5眼椭圆应用之四:计及眼睛与头部转动时车身A,B,C立柱盲区的求作一、 A立柱盲区的求作二、 通过车内后视镜观察时的间接视区的求作三、 B立柱C立柱的间接盲区求作 (1)在车身侧视图和俯视图上分别画出车身B立柱和C立柱、车内后视镜以及眼睛成象点B”、C”的投影; （2）在俯视图的图a上，从B”、C”两成象点经过车内后视镜右上角的E点分别作视线E和视线A。它们分别表示两眼的边界视线。物体位于边界视线内侧为可见，位于外侧为不可见。所以，B立柱和C立柱是否能被两眼同时看见或仅被其中一只眼睛看见，取决于它们相对于上述两边界视线的位置。可有以下几种情形; 若立柱(如B立柱)位于视线A、E之间，即在A视线之外、E视线之内，如图中b所示，此时B立柱后方形成的是左眼单眼盲区，盲区角的大小等于由B”点向立柱两端缘所作的两视线之间的夹角； 若立柱(如B立柱)位于视线E之内，但被视线A穿过，图中b。则左眼可看见B立柱的全部，而右眼只看见其局部。此时则按B立柱后方形成的左眼单眼盲区来处理。 若立柱(如C立柱)位于两边界视线A和E之内， 则左右眼都能看到，此时在C立柱后部形成的是双眼盲区。&3-6眼椭圆应用之五:轿车仪表板盲区的求作一、由方向盘轮缘形成的盲区的求作法仪表板的工作平面是一个假想的平面。根据各车的统计数据，它位于仪表板表盘平面之前17mm处，且与表盘平面平行。 由试验可知，方向盘轮缘在仪表板上形成的双眼盲区呈月牙形(见图3一17中剖面线区)。月牙形的中部最宽，向两侧逐渐收缩。因此求作该盲区时，主要是确定月牙形中部的厚度、整个月牙的宽度以及最高点位谈，然后以弧线连接便可画出满足设计需要的盲区图形。方法：一、在侧视图上1、作仪表板的工作面（线），在仪表板平面前17mm处；2、从眼椭圆中心出发，作过转向盘最上端截面（中心为点1）的视线，交工作线于16、2、17点；3、过2点作转向盘平面的平行线（面）；4、从眼椭圆中心出发，作过转向盘中心（转向盘最左端截面中心点）的视线，交工作线、平行面于8、9点；二、在俯视图上1、找点1、2、8、9的对应点；2、以2为圆心，2到9长度为半径（对应转向盘半径）做圆弧，交过点8的垂线于点10；3、过左右眼椭圆中心分别作过点1的视线，交过2点的垂面（线）于点12、13（点12与13之间的宽度为月牙的中心宽度）三、在侧视图上1、在工作线上找点11，使侧视图上2到8的距离等于俯视图上8到10的距离；2、过16、2、17、11点作工作线的垂线，交于仪表板；（点16与17之间的宽度为月牙的中心高度）3、在过点11的工作线垂线上找点14、15；4、以14、15为圆心分别作圆弧。，月牙两端用25mm圆弧连接成。&3-7后方视野的评价方法& 3-7轿车驾驶员的前方视野从图中可以看出:车速越高，视角速度越大；驾驶车辆向正前方远处看，视角速度小, 感觉舒适，反之，则视角速度大，感觉不舒适或眩晕恐慌。 仪表板上缘或前风挡玻璃的下缘设计出发点。第四章 驾驶员手伸及界面及操作钮件的合理布置&4-1 汽车驾驶员手伸及界面驾驶员的手伸及界面是指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踵点上、一手握住方向盘时另一手所能伸及的最大空间廓面。驾驶室内的一切手操作钮件、杆件、开关等的位置均应在驾驶员手伸及界面之内，这是汽车车身设计的一条重要原则。 在高度方向上，手伸及界面的0线位于通过H点的水平面，向上为正，向下为负。在左右方向上，0线位于通过H点的纵向垂直平面上，驾驶员左侧为正，右侧为负。在汽车的前后方向上，离加速踏板踵点后方水平距离为d处，有一表示手伸及距离的HR基准面。基准面至手伸及界面之问各点的水平距离表示了驾驶员在不同高度及左右方向上的最大可伸及距离。表4-1等表示不同综合因子G时手伸及点的坐标。&4-2驾驶室内操作钮件布置合理性的检验方法检验步骤：1、测量出需检验汽车驾驶室的以下几项尺寸：坐椅靠背角 最后H点至踵点的垂直距离H点的水平调节范围方向盘直径D 330一600mm方向盘倾斜角方向盘中心至踵点水平距离方向盘中心至踵点垂直距离2、计算综合因子G 3、按下述公式算出手伸及界而前后方向上基准面离踵点的距离d确定该基准面的位置:d=786一99G(mm)如果(d一Hx) 0，该基准面纵向地位于最后H点处。4、建立坐标系： 过基准面、驾驶员坐椅对称平面以及通过最后H点的水平面。5、测量出车辆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值及已确定的男女驾驶员比值，从表中找到相应的表格。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。& 4-4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。一、驾驶员手伸及范围的分区基准平面：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。 二、手操作件的合理位置 (1)下列手操作件应布置在I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 (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。 如果3区内，除变速杆外仅设置一个操作杆，则该杆应能操纵风挡玻璃洗涤器及刮雨器；如果3区内除变速杆外还设置两个或两个以上的操作杆，则风挡玻璃洗涤器和刮雨器由离方向盘轮缘最近的操作杆控制。三、对组合操作的要求(l)下