人机工程学在车身设计中的运用PPT课件

.,人机工程学在车身设计中的应用,.,1人体尺寸和人体模型,人机工程学在车身设计中的应用,1.1人体尺寸,人体尺寸决定了人体所占据的几何空间大小和人体的活动范围，是确定车身室内有效空间和进行内饰布置设计的主要依据,1.1.1人体尺寸百分位分布值,这里的“百分位”是指人体身高分布值的百分位，即对于某一百分位的身高值，表示身高小于此值的人数所占的百分率，并将此身高值定义为对应于这一百分位分布的人体标准身高,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,.,人机工程学在车身设计中的应用,1.1.2人体尺寸的应用应用原则：采用“去两头”原则，以95和5百分位的人体尺寸作为车身室内设计的基准，确定座椅调节行程的上、下限尺寸,以95百分位的人体尺寸确定车身室内必须的空间,以5和95百分位的人体尺寸确定车身室内各部件的相对位置关系，而驾驶员座椅的调节行程应能保证：当座椅调整至最前端时，能满足5百分位的人体尺寸要求；当座椅调整至最后端时，能满足95百分位的人体尺寸要求,布置设计能满足从5到95百分位之间的人体尺寸要求，即符合90的使用对象,.,人机工程学在车身设计中的应用,1.2人体模型,人体尺寸,反映到车身室内布置设计,进行人体尺寸校核,二维人体模型样板,三维H点人体模型,人体模型,?,严格按照人体尺寸制作人体模型,.,人机工程学在车身设计中的应用,1.2.1二维人体模型样板,二维人体模型样板分别由人体的躯干、靠背角基准杆、大腿、小腿和脚(带鞋)等几部分组成人体各关节点,Sp点肩点Hp点胯点，人体躯干与大腿的关节点，车身设计中常称作H点Kp点膝点，大腿与小腿的关节点Ap点踝点，小腿与脚的关节点AHp点踵点，人体的脚跟着地点，此时脚踏在加速踏板上，是开始布置人体的基准,.,人机工程学在车身设计中的应用,1.2.2三维H点人体模型,三维H点人体模型摆放在l：1的车身内部模型或实车座椅上，用来确定车身室内的实际H点位置和头部空间尺寸,三维H点人体模型代表着某一百分位的人体标准立体模型,美国有关标准法规要求采用95百分位的SAE-3DM欧洲法规要求采用50百分位的SAE-3DM日本法规根据目的不同要求采用50百分位的JSAE-3DM或SAE-3DM中国标准GBll599-89汽车室内尺寸测量用三维H点模型要求采用的3DM实际上与JSAE-3DM相同，但由于国内生产的轿车多为引进的国外技术或为合资产品，各汽车厂使用的三堆H点人体模型各不相同,.,人机工程学在车身设计中的应用,2人体的舒适驾驶姿势,人体的舒适驾驶姿势定义,人体舒适驾驶姿势所要求的人体生理角度范围,德国汽车工业协会(VDA)提供的轿车舒适驾驶姿势范围,.,人机工程学在车身设计中的应用,？,3人体的布置设计,人体布置与“设计的H点位置”,将二维人体模型样板按人体舒适姿势设计要求摆放在车身布置图上,设计的H点位置,(H点代表人体的布置及乘坐的位置),利用人体样板进行人体布置设计,得到车身人机工程布置的基准点,.,人机工程学在车身设计中的应用,以踵点为人体布置起点，分别将95、50和5百分位的人体样板按选定的人体驾驶姿势摆放在车身布置图上,使人体的躯干和上、下肢处于最佳的活动范围和角度关系。依据布置好的人体样板位置，从样板上的H点确定出人体布置的设计H点位置。这样，就得到了分别对应于95、50和5三种百分位人体布置的设计H点位置H95、H50和H5点。确定出这些点的位置是室内布置设计的首要工作,一般将人体模型的脚跟着于地板上，脚踏在加速踏板上，脚跟着地点即为踵点。设计中将加速踏板上距离踵点200mm的点定义为踏点;确定踵点时要考虑地毯的厚度和压缩量,选择适宜的人体样板(包括百分位和比例),踵点位置,驾驶员人体模型布置,驾驶员人体设计H点位置,驾驶员座椅水平及垂直调节量,前座舱布置空间的后部设计界限,人体伸腿空间,最终设计H点位置,加速踏板位置地板线,人体布置的轮廓形状曲线座椅靠背的压缩量座椅靠背的厚度,H95点H5点水平距离垂直距离,？,考虑室内长和高设计指标,协调空间大小与驾驶姿势的关系比较三种百分位人体布置的各关节角度变化和坐姿位置变化的情况，确定各H点位置和座椅调节行程是否合适分析在加速踏板的全程运动中人体姿势的变化情况,后排座人体布置着重95百分位人体,重点考虑搁脚位置、人体姿势、腿部空间和头部空间,布置设计步骤：,.,人机工程学在车身设计中的应用,车身实际H点,车身实际H点是指将三维H点人体模型按规定的操作程序安放在车内座椅上时，人体模型上左右两侧H点标记连线的中点。它表示驾驶员或乘员入座后，其胯关节中点在车身中的实际位置。车身实际H点在车身设计中有着重要的作用注意:车身设计应使实际H点位置完全反映设计的H点位置,只有这样驾驶员入座后,其驾驶姿势才能是室内布置设计姿势的反映，即保证舒适驾驶,座椅参考点R,座椅参考点是座椅制造厂设计座椅的基准点。同样利用三维H点人体模型来确定R点与座椅的相对位置关系，并且R点用于确定座椅在车身室内布置的最后正常位置,即与布置设计的最后H点相一致,25mm(A-B),最前位置,最后位置,坐面倾斜角变化5,滑动曲线长度210mm,驾驶员座椅水平及垂直调节量例,.,人机工程学在车身设计中的应用,人体操纵范围的定义:人体在正常的驾驶姿势下四肢所能控制(伸及)的区域，以及四肢动作时所能产生的作用力大小,4人体的操纵范围,手的操纵范圈脚的操纵范围,作用,.,人机工程学在车身设计中的应用,4.1手的操纵范围,手的操纵范围是车身设计中确定方向盘、综合操纵杆、各种控制按钮、开关键等的必要条件,研究,驾驶员的手伸及界面,人体工程学的手操纵范围中心,汽车室内手操纵装置和操纵钮键的布置,变速杆和手制动杆,方向盘,室内操纵钮键,.,人机工程学在车身设计中的应用,驾驶员的手伸及界面的定义:,驾驶员的手伸及界面是指驾驶员以正常驾驶姿势坐在汽车座椅上，身系安全带，右脚置于加速踏板上，一只手握住方向盘时另一只手所能伸及的最大空间曲面,驾驶员手伸及界面在仪表板布置中的应用:仪表板按其使用频率和重要性可将控制件划分成两级,手伸及界面(三点式安全带),一级控制件应布置在驾驶员佩戴三点式安全带时手伸及面范围内,.,人机工程学在车身设计中的应用,二级控制件应布置在驾驶员佩戴两点式安全带时手伸及界面范围内。,二级控制件的布置:,两点式安全带,.,人机工程学在车身设计中的应用,根据对人体手的操纵范围测量，得到手的操纵范围为一几何球形的空间，将这个球面体的几何中心称为“人体工程学手操纵范围中心,简称“EO”点,“EO”点的概念,手操纵范围,EO点,AHP点,H点,肩点,“EO”点,？,位置,在车身布置设计中加以确定的方法,EO点与H点的位置关系,HZ,EOX,EOZ,图,EO点的位置,EOX:EO点到踵点的水平距离EOZ:EO点到踵点的垂直距离,各种操纵方式时的手操纵范围,表,H点,肩点,EO点,人体工程学的手操纵范围中心,“EO”点的概念,.,人机工程学在车身设计中的应用,4.2脚的操纵范围,加速踏板与人体操纵姿势,制动踏板和离合器踏板的布置,研究,各种人体舒适驾驶时的加速踏板(踵点)与H点的位置关系,加速踏板与人体操纵姿势,关键问题：频繁踩踏,在加速踏板的整个行程中，人体也应保持在舒适的驾驶姿势下运动，一般加速踏板在初始位置时，人体右脚与小腿的关节角为8790，而踏板达到极限位置时，此角度应不大于130，这种角度变化范围，对于舒适驾驶，频繁操纵加速踏板是有益的从人体的躯干与大腿的关节角度来看，在整个踩踏加速踏板的过程中，其角度变化也不应超过23的范围,.,人机工程学在车身设计中的应用,5.驾驶员的视野校核,.,人机工程学在车身设计中的应用,驾驶员视野设计主要包括：直接前方地面视野交通灯视野A柱障碍角外后视镜视野直接后方视野及间接后方视野仪表板视野,驾驶员的视野校核,眼椭圆概念的引入,.,人机工程学在车身设计中的应用,驾驶员眼椭圆：,定义：,作用：代表了驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅上，其眼睛所在位置的分布范围,描述：,车身设计中一般采用眼椭圆样板来描述驾驶员眼睛的分布范围,标准：,国际标准ISO4513一1978道路车辆视野性能关于驾驶员眼睛位置眼椭圆确定方法,标准ISO4513适于下列尺寸范围的车身,999590,各种百分位眼椭圆的俯视图和侧视图,眼椭圆在车身布置图的具体定位方法见国标,座椅靠背角540最后H点到踵点的垂直距离127mm457rm座椅垂直调节范围038rm座椅水平调节范围102rm165mm最后H点到踵点的水平距离508rnm,通过对驾驶员眼睛所在位置的测量、统计分析得到驾驶员眼睛位置的分布图形呈椭圆状“眼椭圆”,.,人机工程学在车身设计中的应用,95%眼椭圆概的含义：,眼椭圆的含义,.,人机工程学在车身设计中的应用,在车身布置图上，确定了代表驾驶员眼睛分布位置的眼椭圆后，即可设计驾驶员的实际前方视野范围驾驶员的前方视野不仅要考虑人眼自身的视野范围，更重要的是车身设计，如前风窗开口面积，风窗倾角和位置，窗柱尺寸和位置等的设计将直接影响着前方视野性。车身设计中要提供前方视野参数,前方视野：,车身设计中对前方视野的视角要求,最小垂直上视角一般最小垂直上视角设计应保证能观察到车辆前方12m远处、5m高的信号灯,=arctan,眼睛距地面的高度(m)眼睛距车辆前端的距离(m),最小水平视角,最小垂直下视角不应在车辆前端产生过大的盲区（前方视野盲区要小于5m),轿车的水平视角一般大于70，并随车宽的增加而增大，最小水平视角的设计对后视镜的布置位置确定有直接关系,.,人机工程学在车身设计中的应用,确定前风窗玻璃刮刷系统的刮刷面积和部位,前风窗玻璃刮刷刮刷面积设计方法,方法：从95百分位的眼椭圆出发，按表中所规定的角度分别作眼椭圆的左、右、上、下四个切平面，并交于前风窗玻璃于四条交线，在正视图上得到一组四边形，从而构成了保证驾驶员前方视野要求的一组刮刷区域，分别记作A、B、C。表中提出了对各区域的刮净率要求，以此进行前风窗玻璃的刮刷面积设计。为保证刮刷面积在A、B、C三个区域的百分比要求，设计中要适当选择雨刮轴位置、雨刮长度和刮刷角度。雨刮布置设计应将刮刷面积确定在A、B、C三个区域内，并得到最大的刮刷百分比。为提高刮净率，一般将雨刮摆动设计成顺摆,轿车前风窗玻璃刮刷区域的确定,.,人机工程学在车身设计中的应用,仪表视野校核,防止反射光干扰驾驶员视野,避免组合仪表的光线经前风窗反射对人眼产生干扰，或外界阳光入射至车内后经组合仪表面反射对人眼产生干扰。应进行仪表遮光罩的布置设计及尺寸校核，仪表面的倾角及曲率设计等,视野盲区确定校核,视野盲区包括由方向盘产生的仪表板盲区，以及由车身前、中、后支柱等因素形成的视野盲区。车身设计中应减小盲区，扩大视野,由轿车各支柱形成的视野盲区,减小盲区扩大视野的方法：减小立柱的投影宽度。为了减小立柱对视野的妨碍，立柱相对于驾驶员眼点的投影宽度应尽可能小于驾驶员的瞳距（一般为65mm）。当投影宽度小于驾驶员的瞳距时，则在汽车前方的某一点，A柱所造成的视野盲区就得以消除；在投影宽度大于或等于驾驶员两眼之间的距离时，双眼的视野盲区不可能消除,.,人机工程学在车身设计中的应用,后方视野：,后方视野包括车内后视野和车外后视野，是驾驶员借助车内后视镜和车外左、右后视镜所能看到的驾驶员后方的可见范围。由于后方视野要通过后视镜来观察，称为间接视野,后视镜的布置设计,尽量减小后视镜对前方视野的影响根据人眼和人体头部的自然转动角度，后视镜的布置位置在水平方向上应位于从直前视线起向左、右夹角均为60的范围之内；在垂直方向上应位于从直前视线起向上夹角为45的范围之内。这样，能使驾驶员在主视野范围内有舒适的观察效果。如果通过前风窗玻璃观察后视镜，则后视镜的布置应考虑刮扫视野范围,确定后视镜的布置位置应充分考虑人眼的视野角度。由于后视镜越靠近直前视线，越容易看清楚，后视镜的位置应以接近直前视线为宜。这样，车后的交通状况就可直接映人直视前方的驾驶员的眼睛内。但是，在确定后视镜的布置位置时还应考虑以下方面的问题：,轿车车外后视镜的安装位置及角度范围,后视镜视野校核,利用眼椭圆校核车内、外后视镜的安装位置、旋转角度以及水平和垂直后视角利用眼椭圆确定轿车中支柱和后支柱在车内后视镜视野中形成的盲区,.,人机工程学在车身设计中的应用,内后视镜视野,150,1+,r,1000,r1200mm,内后视镜尺寸要求：必须能在内后视镜上绘制一个高度为40，长度为a的矩形,a=,外后视镜视野,.,人机工程学在车身设计中的应用,6人体头部位置包络线,(在车身布置设计中，确定人体头部位置包络线是正确设计车身室内高度和头部空间的必要条件),人体头部位置包络线概念：,头部位置包络线,百分位,头部间隙,人体头部位置指人体头部的前面、顶部、侧面和后部的位置，其中头顶和头的后部包括头发，用人体头部轮廓线来表示。人体头部位置包络线即为不同百分位身材的驾驶员和乘员在乘坐状态下，其头部位置轮廓线的包络线。它提供了一定百分位的驾驶员和乘员的头部位置的分布范围人体头部位置包络线是在研究人体眼睛位置分布的基础上，通过对头部轮廓线的位置作统计分析得到的，头部位置包络线与眼椭圆有直接的关系,车身设计中采用不同百分位的头部位置包络线样板(99和95百分位的头部位置包络线样板)，来描述驾驶员和乘客的头部位置。95百分位的人体头部位置包络线表示有95的人体头部在此包络线的范围之内,头部间隙是指车身室内顶衬表面或凸起面的标准切点到头部位置包络线的切线间距离车身设计中应根据头部位置包络线确定最小头部间隙,.,人