车辆人机工程PPT课件.ppt

主要内容 车辆中的人机工程学 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 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 8 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 9 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 10 眼椭圆 11 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 12 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150 即能看见直视前视线一侧90 另一侧60 的区域 双眼视区为120 两单眼视区为180 13 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50 55 下方60 70 这样就构成了人眼视锥 锥顶是瞳孔距的中点 14 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100 其中能确认的范围为15 以下 车速为75km h时降为65 100km h时为40 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 15 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 16 驾驶员眼椭圆与视野设计 17 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15 垂直方向上上下均为15 头部自然转动角在水平方向上左右各为45 在垂直方向上上下均为30 18 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30 垂直方向上上下均为45 头部勉强转动角在水平方向上左右各为60 在垂直方向上上下均为50 19 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20 垂直方向视角应能看见最后H点后方60m出的交通情况 20 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 21 驾驶员眼椭圆与视野设计 轿车驾驶员的前方视野 22 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 23 驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置 24 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 25 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 26 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 9 0 33 0 最后H点至踵点的垂直距离Hz130 520mmH点的水平调节范围 Hx至少为130mm方向盘直径D330 600mm方向盘倾斜角 10 0 70 0 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 27 驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置 28 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 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 29 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 30 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 31 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 32 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40 130 33 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 34 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 35 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 36 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 37 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 38 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 39 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 40 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 41 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 42 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 43 视觉显示装置的设计 见基本理论 44 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 45 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 46 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 无腰垫或腰垫不明显会使腰椎后突 腰垫过分会使腰椎前突 正确的腰垫形状应该是是腰曲弧线微微前突 47 舒适驾驶的姿势研究 座垫体压分布人体臀部的不同部位在产生不舒适感觉以前所能忍受的压力是不同的 坐骨粗壮 能承受比其周围肌肉更大的压力 大腿底部有大血管和神经系统 压力过大会影响血液循环和神经传导而感到不适 所以座垫设计应当遵循压力分布不均匀的原则 在坐骨处压力最大 向四周逐渐减小 直到大腿部位时压力将至最低值 48 舒适驾驶的姿势研究 较为理想的座垫体压分布曲线如图4 3所示 图中每条封闭的曲线为等压力线 单位为100Pa 49 舒适驾驶的姿势研究 驾驶姿势的舒适角坐姿时大部分体重由坐骨承受 另一部分由背部和足部承受 坐姿下腰去弧线随座垫与靠背夹角以及形状而改变 背部肌肉拉伸 大腿的屈曲使腹部受压 为了减轻驾驶姿势时的不适与疲劳 驾驶员身体各部分之间的夹角应该保持在一定的合理范围之内 50 舒适驾驶的姿势研究 51 汽车座椅的设计 汽车座椅的设计座椅的结构与材料汽车座椅一般由骨架 弹簧 软垫 座椅护面以及调节机构组成 52 汽车座椅的设计 骨架可分为座垫骨架和靠背骨架 骨架在连接方式上分为三种 座垫骨架与靠背骨架作为整体或用螺栓或靠背角度调节装置连在一起 座垫骨架与靠背骨架完全分开 座垫骨架与靠背骨架铰接 靠背可翻折 成为可翻折式椅 骨架可为管状结构 也可以为薄钢板冲压结构 或者由加强塑料制成 弹簧的形状较多 以圆柱形螺旋压缩弹簧 编织弹簧 曲折弹簧以及水平圆柱形拉伸弹簧等最为常见 53 汽车座椅的设计 在金属弹簧和外层护面之间通常加上一层软垫 用来分散人体的压力 使座椅表面具有柔软的感触 同时还能吸收振动和噪声 软垫通常采用泡沫塑料 黄麻毡 海面等材料 做成适应于人体靠背 臀部以及大腿下表面的形状 使座椅具有贴合感 在软垫和弹簧之间 一般还铺设一层支撑垫 它是用钢丝编过的麻布或橡胶垫 用来防止软垫嵌入弹簧中 外层护面用来修饰座椅表面 其色彩应与车身内饰色彩的主调相协调 外层护面的包紧作用使载荷通过软垫合理地分布在弹簧上 护面材料常为塑料制品 毛织品 棉毛制品等 54 汽车座椅的设计 座椅前后调节装置可用无滚珠滑轨式 滚珠滑轨式或丝杠式等 无滚珠滑轨式结构简单 但是摩擦阻力大 易生锈 调节费力 滚珠滑轨式调节轻便 但尺寸较大 丝杠式调节速度慢 但寿命长 可靠 靠背角度调节装置常用滑槽式或棘轨式结构 55 汽车座椅的设计 汽车座椅的人体工程学要求 1 贴合感 坐椅靠背和座垫的形状是否与人体背部 臀部 大腿地面的形状相贴合 接触面积和部位以及座垫的弹性滞迟损失特性与贴合感密切相关 2 侧向稳定感 车辆转向行驶的时候 驾驶员会感受到座椅左右的适当约束 避免人体横向偏斜 侧向稳定感与座椅两侧形状 压力比以及压力分布等因素有关 适当选择侧向压力与总压力之比能改善侧向稳定感 56 汽车座椅的设计 3 腰椎依托感 腰椎依托感良好的座椅 其乘坐者容易获得舒适坐姿 4 振动弹性感 与振动弹性感相联系的是座椅的静态刚度 共振频率以及衰减特性 5 座垫与靠背的软硬感 可以用392N作负荷时的静态变形特性来反映 不得有陷落的感觉 6 除以上要求外 座椅不得有臀部滑动感 腹部压迫感以及背部弓形感等 57 汽车座椅的设计 座椅的几何参数坐姿下人体尺寸的测量值 表5 1 可作为座椅几何尺寸确定的参考 但是垂直坐姿与驾驶坐姿有明显区别 因此车辆座椅中的某些尺寸或角度还应从专门的驾驶或乘坐姿势的人体测量中获得 58 汽车座椅的设计 座高 座高是车辆地板离座垫的高度 座高取人体腓骨的高度 约为人体身长的1 4左右 或低于小腿高度10mm左右 就坐时小腿略高于座垫前端表面 这样下肢着力于整个脚掌 双脚便于活动 座高一般在430mm 450mm范围内较为适合 座宽 座宽受车宽的限制 为使驾驶员能调整坐姿 座宽应适当大于臀宽 取500mm左右即可 59 汽车座椅的设计 座深 座垫前端至靠背表面之间的距离 座深应保证臀部得到全部的支持 这需要约臀部直大腿底面全长3 4的尺寸 约450mm左右 座深过大 座垫前端反而压迫大腿 座垫后倾角约4 8度 座垫表面中部最好有与臀部形态相适应的曲面 靠背支撑 肩靠高度在肩胛骨下角 腰靠设在第4与第5腰椎处 操作时要靠应承受更多的力 靠背角 一般在100 115度范围内 60 汽车座椅的设计 驾驶座椅水平调节量驾驶座椅调节量的确定以能满足预定百分比的驾驶员使用为原则 即调节量要达到一定的适用级 适用级越高 使用的人数百分比越大 一般情形下 适用级可取90 满足第95百分位至第5百分位身材驾驶员的需要 驾驶座椅水平调节量根据舒适坐姿下H点位置线来确定 61 汽车座椅的设计 座椅的其它调解量 1