汽车人体工程学

1、人体工程学简介、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

2、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?

3、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

4、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。

5、&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

6、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

7、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

8、(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

9、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)=1869 1900 mm最佳层高 =1754+(25+90)+115=1984 2000 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

10、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

11、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 点人体模型关系时 ,常以此点作为人体的定位基准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

12、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

13、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

14、、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

15、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

16、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

17、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。第二章 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