汽车人机界面创新设计研究

1、沈阳理工大学课程设计专用纸摘 要随着现代汽车制造业的高速发展,驾乘人员对汽车驾驶室的使用体验要求越来越高,结合人机工程学理论应用在汽车前期设计以及评价阶段，使人机工程学理论在发挥相应的理论指导作用的同时,为更好地解决人车系统关系也提供了可行的理论解决方案。本次设计运用人机工程的相关理论，对汽车驾驶室座椅界面、操纵装置界面以及显示装置界面进行创新设计，使得汽车在复杂信息情境下，其人机交互界面既满足驾驶员次级任务需求，又保证驾驶安全和效能。关键词：汽车；驾驶室；人机工程；人机界面；安全目录摘 要I1 前言12 汽车驾驶室的人机界面22.1 人机工程学22.2 工业设计与人机工程学22.3 车辆人机

2、工程32.4 汽车驾驶室人机界面42.4.1 汽车驾驶室物理层人机界面分析42.4.2 汽车驾驶室认知层人机界面分析52.4.3 汽车驾驶室感性层人机界面分析73 汽车驾驶室座椅界面设计83.1 人体坐姿生理要素分析83.1.1 人体坐姿脊椎形态和结构。83.1.2 人体坐姿体压分布93.2 汽车座椅设计原则103.2.1 座椅界面设计104 汽车驾驶室操纵装置界面设计124.1 汽车操作装置设计中的人机要素124.1.1 操作装置与驾车适宜性124.1.2 操作装置设计原则134.1.3 汽车驾驶室操纵装置的可及性划分145 汽车驾驶室显示装置界面设计165.1 汽车驾驶室显示装置的人机要素

3、165.1.1 人旳视觉特性165.1.2 汽车显示装置的设计原则175.2 驾驶室仪表盘装置设计185.2.1 传统仪表盘的信息编码185.2.1 仪表盘的位置定位和设计196 总结21参考文献22II1 前言汽车是当今世界发展最快、产量最多、普及率最高的现代交通工具之一。随着经济的发展科技的进步我国汽车工业已走过了 50 多年的发展历程，已经成为了世界范围内主要的集汽车的生产、消费以及自主品牌汽车的研发与设计的汽车大国，我国的汽车工业已经成为了国民经济来源的重要产业之一，是具备高度的专业化、系统化、以及自动化的综合性产业。随着现代汽车制造业的高速发展，驾乘人员对汽车驾驶室的使用体验要求越来

4、越高，而汽车驾驶室人机界面是驾驶员与汽车进行交互的接口，是人车信息交流的通道，也是汽车驾驶室人机设计的核心。伴随着信息技术、网络技术和智能系统在现代交通工具领域的广泛应用和车载信息技术的发展，汽车的内部空间、人机界面、操作和交互过程正在发生革命性的变化，操控界面正在发生着本质性改变。当前，汽车内部的信息模型己经从单一的行车和车况信息模型逐步发展成为包括车辆信息、车辆间(Car to Car)信息、车辆和其他信息载体(Car to X)交互的信息在内的复杂信息体系。汽车正从完成运载功能的汽车机械逐步成为了一个集合信息获取、传递、交流和娱乐的交互式空间。本课题选择从人的角度出发，以安全、舒适作为设

5、计的追求和主题，考虑人机工程学的汽车设计从而实现有效利用车内空间，提高乘坐舒适性、安全性。通过查阅国内外有关资料文献的基础上，利用人机工程学在安全层次上来设计汽车的人机交换界面。2 汽车驾驶室的人机界面2.1 人机工程学随着科学技术的高速发展，各种生产活动及人们日常生活越来越多地采用多种多样的现代工业产品，涉及到工业生产及人们的衣、食、住、行等各个方面。现代的工业产品设计不仅要求造型新颖、美观、大方，色彩符合现代人的欣赏习惯，使用新材料、新工艺、新结构，还应满足人们对产品的各种要求，以达到人们使用这些产品时舒适、高效、安全。所以在产品设计中，必须考虑人机关系这个重要的设计因素。人机工程学是一门

6、研究和应用范围都极为广泛的综合性边缘学科，是环境科学、技术科学、解剖学、心理学、人类学等学科的交叉。中国1979年出版的辞海对其定义为：人机工程学作为一门新兴的学科，是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学一级工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究地学科。其目的是用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。国际人类工效学学会(Intemational Ergonomies Assoeiation，简称IEA)为该学科所下的最有权威、最全面的定义为，人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方

7、面的各种因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作、家庭生活中和休假是怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。现代人机工程学研究的方向是：把人一机一环境系统作为一个统一的整体来研究，以创造最适合于人操作的机械设备和作业环境，使人一机一环境系统相协调，从而获得系统的最高综合效能。人机工程学运用观察法、实测法、实验法、计算机数值仿真法等各种方法，来研究人体特性、人机系统的总体设计、工作场所和信息传递装置的设计、环境控制与安全保护设计等内容。2.2 工业设计与人机工程学工业设计是一项综合性的规划活动；是一种融合了理性与感性的创造性活动。它不仅要处理产品的形态问题；而且要处理产品与

8、使用者的接口问题；也要处理产品与其使用环境的各个因素的关系问题。它受自然环境和社会形态、文化观念以及经济等多方面的制约和影响。工业设计的出发点是人；设计的目的是为人而不是产品；工业设计必须遵循自然与客观的法则来进行。这明确地体现了现代工业设计强调“用”与“美”的高度统一、“物”与“人”的完美结合；把先进的技术科学和广泛的社会需求作为设计的基础。总之；工业设计的指导思想在于以人为中心；着重研究“物”与“人”之间的协调关系。这就离不开以研究“物”(即“机器”)、“人”以及它们的“环境”这三者相互关系和相互作用为中心内容的人机工程学及其设计与应用研究。(l)人机工程学与工业设计在诸多方面存在着共同点

9、。人机工程学和工业设计在基本思想与工作内容上有很多一致性：人机工程学的基本理论“产品设计要适合人的生理；心理因素”与工业设计的基本观念“创造的产品应同时满足人们的物质与文化需求”；意义基本相同；侧重稍有不同；工业设计与人机工程学同样都是研究人与物之间的关系；研究人与物交接界面上的问题。(2)人机工程学是工业设计的重要组成部分。无论是在传统的、还是在新兴的人机工程学领域；“以人为中心的设计”是人机工程学的根本出发点。这也是人机工程学作为工业设计(尤其是产品设计)支撑学科的根本原因。人机工程学应用在工业设计领域中；将人机学的理论、知识、数据资料“流向”该领域、与这些领域的问题结合以后；为其服务。人

10、机工程学的研究内容及其对设计学科的作用主要有以下几点：l)为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数；2)为工业设计中“产品”的功能合理性提供科学依据；人体工程学的原理和规律将制导设计师在设计时创造出与人的生理和心理肌能相协调的“产品”这一当今工业设计中功能问题上的新课题；3)为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则；另一方面；工业设计也反过来推动了人机工程学的发展。从二十世纪30年代起；就有工业设计师介入了人机工程学的研究领域。研究人体尺度、动作范围以作为设计家具和日常用品的依据。2.3 车辆人机工程车辆人机工程学是人机工程学在地面机动车辆这一特定领域的应用分支，它以人(包括驾驶员和车内乘

11、员)一车一环境系统为对象，以改善驾驶员的劳动条件和车内乘员的舒适性为核心，以人的安全、健康、舒适、高效为目标，使整个系统的总体性能达到最优。它主要研究人一车一环境之间的关系。经过多年的发展，汽车人机工程学已经建立了一些比较成熟的理论和方法，为汽车设计提供了一定的理论、方法、规范和标准，成为现代汽车设计不可缺少的理论依据，并不断得到应用。2.4 汽车驾驶室人机界面汽车驾驶室人机界面(Automotive Cab Man-Machine Interface)在本文中指的是汽车驾驶员和车辆之间相互作用的区域，是人机之间传送信息的媒介。其研究内容是车辆人机工程学中的一部分。在驾驶员一车辆·环

12、境系统中，驾驶员是人机工程学研究的核心对象。随着机动车辆用途的日益扩大，形态的日益多样化、功率和工作速度的不断增长、自动化程度的不断提高、行驶道路和交通环境条件的日益复杂化，驾驶员的工作越来越繁重、复杂，因而对改善驾驶员劳动条件的要求越来越迫切。这就使得汽车驾驶室人机界面设计的重要性更为突出。它主要包括三部分：汽车驾驶室显示器与人的信息通道的界面；汽车驾驶室操作器与人的运动器官的界面；人车系统与环境之间的界面。人通过感觉器官接受外界的信息、物质和能量，又通过人的执行器官向外界传递人发出的信息、物质和能程的一切领域均属于人机界面。人机界面匹配得当，可以使人机之间传递信息畅通无阻，使人能迅速、正确

13、识别并获取车内信息，人脑中枢处理后将操作信息方便准确地传递给车。可见， 车内的操作器和显示器是人机之间交互的媒介设备。人机界面研究的重点是：使显示器能提供易于为人识别、理解的信息，该信息能反映机内工作状态，而且又对人安全、可靠、无害；使操作器能易于由人控制、操作，所提供的操作或信息要易于为车所识别，且灵敏、可靠；正确设计显示器和操作器的布局，有利于人的操作和使用。2.4.1 汽车驾驶室物理层人机界面分析汽车驾驶室内的物理层人机界面所指的应该是驾驶员在操作汽车的过程中，所直接面对的人车交互界面。在进行物理层人机界面设计的时候，主要需要考虑的包括人的生理尺寸、力学特性、操作姿势、动作幅度以及人的视

14、野等人体心理生理特征。为了更好地分析驾驶员进行驾驶操作时所接触到的物理层人机界面，从驾驶员坐上汽车驾驶座开始，分析其主要操作行为包括：(1)发动汽车，这个过程中，需要接触到的人车界面包括：脚踏板、换挡器、启动按钮：(2)控制汽车行驶，此过程需要接触的人车界面包括：方向盘、脚踏板、换挡器、车速表、转速表等：(3)制动汽车与发动汽车类似需要接触到：脚踏板、换挡器、方向盘等：(4)其他辅助操作所接触到的人机界面包括：前灯开关、喇机按钮、雨刮器操纵杆、转弯灯操纵杆等。汽车驾驶室物理层人机界面设计时汽车人机工程设计的基本内容，按照界面形式的不同，在此将驾驶室人机界面划分为座椅装置、操作装置和显示装置，在

15、现代人机工程学的基础上，运用先进的汽车人机设计工具，从物理层面对汽车驾驶室内人机界面进行设计。2.4.2 汽车驾驶室认知层人机界面分析对于汽车驾驶室人机界面来说，认知层研究的主要是驾驶员在驾车过程中，对所接触的物理层界面产生的隐含认知和信息处理的过程。对于汽车驾驶室认知层界面研宄，主要需要考虑人对信息的认知和处理1617。人在进行人车交互的过程中，其感觉器官感知到外界的信息并由传入神经传递给大脑皮层，大脑皮层接收到信息的同时要对信息进行处理，并传出指令做出反应的过程是人的认知过程。这个过程由现象到本质地反映出客观设计对象界面特征与人体的心理活动的关系，表现为人的感觉、知觉、记忆、思维和想象的等

16、认知要素，这些要素综合地反应了用户对人机界面中信息的接受、编码、Ifc存和使用的情况。从认知层面出发设计人机界面时，信息的编码是重点。编码是要将消费者的心理需求、使用行为、技术功能等信息进行综合整理，并且用具体的操作界面以及操作方式表现出来。对于驾驶员来说，对驾驶室内各种操作界面的认知和使用就是对设计信息、形式、符号等的解读过程，在解读时对设计的编码信息进行解码，通过自己的感性认知判断了解如何对界面进行操作控制。 (1)人体认知与显控协调。汽车驾驶室的人机界面认知主要包括以下几个方面：(1)驾驶员对驾驶舱内的物理界面认知主要是通过驾驶员自身已有的驾驶操作经验以及驾驶员对其的潜在心理期望共同构成

17、的。例如汽车转向灯的操纵杆的设计，它的操控方式通常选择按照人们的习惯定式设计为向上为打开右转灯、向下为打开左转灯：(2)驾驶员对物理界面的认知同时还受到心理特性和外界环境等的影响。由于每个人的个体心理都会存在一定的差异，其个性心理特征如需要、动机、兴趣等都不尽相同，所以每个个体对物理界面的认知也会存在差异。与驾驶者直接相接触的控制界面包括各种显示装置和操控装置，为了使“设计模型”和“用户模型”尽量匹配，设计模型应该符合人机工程学中的显控协调性原则。显控协调性是指显示和控制的关系与人们的期望的一致性。通过对人机工程学原理和人的习惯定式等生理，心理等特点的研究，显控协调性一般包含如下表三个方面的内

18、容：表2.1 显控协调性内容空间关系的协调性用户驾驶操作时多功能方向盘上的功能键与信息显示的空；间位置的协调，与人的期望一致。主要包括：显示与控制在设计上存在相似的形式特性；显示与控制在布置位置上存在对应或逻辑关系。运动关系的协调性驾驶者操作方向盘时的动作协调，是指显示界面与操纵界面的运动方向符合人操作的习惯定式。概念关系的协调性操作方向盘时车内各相应功能的执行与驾驶者己有概念的协调。是指显示和控制要在概念上与人的习惯定式一致。(2)人体认知与安全驾驶。驾驶汽车的过程中，人体处于持续警觉状态，虽然不需要过多的脑力活动，但是要求驾驶员保持警觉和准备的状态来应对可能发生的紧急状况。在这种状态下，人

19、的作业效能容易降低，并且会出现驾驶疲劳的现象，从而带来驾驶安全隐患。除此之外，驾驶员在驾车中的操作失误也可能带来交通事故。根据美国学者Fell的研宄结论，导致汽车发生安全事故的主要行为错误有四种：认知错误、决策错误、方式错误以及关键时刻的手足无措。其中认知错误时主要因素之一，这里的认知错误既包括了对驾驶室内操控界面中信息(如车速表)提取时发生的错误，也包括了驾驶员对车外情况(如行人动作意图)的感知错误。如今，设计者将安全驾驶的目标表达在汽车界面设计的方方面面，不仅有从汽车使用者的角度出发展开的人机设计，还有从行人角度开发的认知界面设计，例如现在主流家用汽车所配备的led日间行车灯，这种日间行车

20、灯的设计并非为本车路面照明而设计，它的作用是在汽车行驶的过程中引起车外行人和车辆的注意。2.4.3 汽车驾驶室感性层人机界面分析对于感性层次的人机界面分析，所针对的分析对象主要是界面中的装置形状、装置颜色、装置质感等外观造型要素，这些要素一般不能通过具体数据来量化，但可以运用感性工学的知识来对其进行评价。感性工学一词最早起源于日本，由著名汽车制造商马自达的山本健一在1986年的世界汽车技术会议演讲中提出23。感性工学的主旨是将人类所具有的感性加以量化呈现，通过量化手段来科学地比较设计方案与人体感性之间的关系。感性工学的核心在于运用各种调查技术和分析方法来获取产品外观造型与使用者感性知觉之间的相

21、互关系。根据其目的和使用手段的不同，可以将感性工学分为以下两个大类：(1)前向式感性工学。前向式感性工学又可以分为A类和B类，其中A类是指定性推论式感性工学也叫做范畴区分感性工学，它最大的特点是在不使用计算机辅助手段进行分析，而是通过划分层次的方法遂次将人体对产品的期望转化为设计要素；B类又叫定量推论式感性工学，首先通过形容词语调查人对产品的感觉，再通过分析这些数据来探索构成意象的设计要素；(2)逆向式感性工学。与前向式不同的是，逆向式感性属于辅助设计师的设计支持系统，主要用于将设计师的设计方案转化为感性评估，以确定设计是否符合需求。一般来说，设计师在计算机辅助设计软件系统下完成设计图样，经过

22、图像辨析系统区分出不同的设计要素，再利用感性资料库和感性评价系统进行该设计方案的感性度诊断。3 汽车驾驶室座椅界面设计汽车座椅界面设计是驾驶室整体人机界面设计的基础，它直接影响着驾驶员在执行驾驶行为时的舒适程度以及可能造成疲劳程度。根据对交通事故的起因调查统计，疲劳驾驶是造成交通事故的常见原因之一，所以在设计驾驶室座椅界面时更加应该从人机工程的角度出发，以满足目标人群的舒适度要求为设计目标和原则进行设计。3.1 人体坐姿生理要素分析3.1.1 人体坐姿脊椎形态和结构。就坐者对于不同形式的座椅会采取不同的坐姿，即使对于同一把椅子也可以有不同坐姿。就坐者处于坐姿状态时人体的支撑结构为：脊柱、骨盆、

23、腿和脚，其中脊柱起关键作用。脊柱由33块脊椎骨靠复合軔带和介于其间的椎间盘连接组成，其结构如图3.1所示。图3.1 脊柱的形状和组成正常的姿势下，就坐者脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹。在良好的坐姿状态下，压力适当地分布于就坐者各椎间盘上，肌肉组织承受均匀的静负荷。当就坐者处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布不正常，会产生腰部疼痛、疲劳等不适感。人体的脊椎在坐姿情况下就像是一根杠杆，如果头部向前倾，为了支撑前倾的头部，骨头的靭带就会产生一个拉力，当力量超过初带所能负荷的范围，这个力量就会转移到背后的肌肉上，于是肌肉便持续暴露在张力之下。久而久之，就会出现颈部、背部、腰部肌肉酸痛的脊柱是人体躯

24、千的中轴和支柱，其四个区段的作用如下。颈椎支撑头部，既是头部的运动关节，又是头部的缓冲关节。胸椎与助骨相连构成胸腔。由于人体的重量由脊柱承受且由上至下逐渐增加，因而椎骨也是由上至下逐渐变得粗大。腰椎支撑全部上体的重量，又是保证上体活动的万向关节轴，上体的受力也都要由腰椎承担，因此腰椎特别粗大而有力。尾段与骸骨等构成骨盆，坐姿时腰椎将受力传给骨盆，由髓骨下部的坐骨传给座面，骨盆是支撑上体重量、受力、缓冲、振动，适应体位变化等的基础部分。当人体自然站立时，脊柱呈理想的“S”形曲线状，腰椎不易疲劳。当人体处于坐姿工作时，往往会因座椅设计的不科学而迫使人们釆用不正确的姿势，从而迫使脊柱变形，加速疲劳，

25、并产生腰部酸痛等不适症状。如果座椅设计得能让腰部得到充分的支撑，使腰椎恢复到自然状态，那么疲劳就会得到延缓，从而得到轻松舒适感。实验研宄证明：如果自然放松状态下的人体曲线能与座椅靠背曲线充分吻合，座椅舒适度评价值就高。3.1.2 人体坐姿体压分布人体在坐姿状态下，体重作用在座面和靠背上的压力分布称为坐姿体压分布，它与坐姿及座椅的结构密切相关。对于体压的研宄是目前人们对座椅进行研究的主要方法和参考，体压分布的测量一般采用等高线的形式反映压力分布状况。如图3.2所示。图3.2 人体在靠背和坐塾上压力分布就座者的骨盆可以比喻为倒立的锥体，与椅面接触的主要是臀部两块薄肌肉层下的坐骨。人体大约75%的重

26、量需由骨盆下两块面积为25cm2左右的坐骨支点(薄肌肉层支承)承受。由坐骨向外，压力逐渐减少。为了减少臀部下部的压力，座面一般应设计成软垫，其柔软程度以使坐骨支承人体60%左右的重量为宜。釆用软性坐塾，增大臀部与座面的接触面积，就改善了这种压力集中的现象，使整个臀部均承担体重的压力，减缓坐骨下支点处的疲劳，从而可以延长就座时间。3.2 汽车座椅设计原则由以上坐姿理论可以得出座椅设计的一般原则。(1)座椅的形式和尺度与就坐目的或动机有关；(2)座椅的尺度必须与相对的人体测量值配合；(3)座椅的设计必须能提供乘坐者足够的支撑且稳定；(4)座椅的设计必须能使坐者方便改变其坐姿，且座垫必须能够防止乘坐

27、者滑脱；(5)座椅靠部应该有足够的背腰支撑，这样可降低脊柱所产生的张紧压力；(6)座垫必须有充分的衬塾和适当的硬度，使之有助于将人体的压力分布于坐骨结节附近。对于汽车座椅的设计，应该特别满足如下要求：(1)良好的静态尺寸。在满足合适坐姿和良好体压分布的基础上，还需要具有与整车想适应的尺寸和位置，以保证驾驶员操作方便和视野良好；(2)良好的动态特性。对于汽车座椅而言，应该具有缓和车身震动的性能，保证驾驶员在长时间驾驶汽车的情况下不易感到疲劳；同时汽车座椅还要与周围系统的振动频率相匹配，避免共振；(3)结构紧凑，尽量减轻质量，降低成本，有良好的结构工艺性。3.2.1 座椅界面设计 座椅的界面设计主

28、要包括座椅位置定位布置和外观形态设计。其中，座椅位置的布置需要满足驾驶员的安全性需求和舒适性需求，同时其布置也直接关乎后续设计需要讨论到的驾驶员手伸及范围和视野范围的确定；而座椅的形态设计则需要符合人体坐姿的最优舒适方案。座椅参数最佳取值范围如下页表3.1所示。表3.1 座椅参数座椅参数最佳范围取值靠背与座垫之间的夹角115°120°115°座垫与水平面之间的夹角5°15°15°坐垫有效深度380460mm450mm座椅高度250440mm250mm座椅宽度450480mm460mm靠背宽度等于座垫宽度460mm 前面的一系列设计计算

29、过程都是在基于人机工程学的理论之上，从物理层面对驾驶室汽车座椅进行的界面定位和尺寸的设计，但是对于汽车驾驶室座椅的造型设计，则需要从人体感匆的层面出发，更多关心的是怎样的座椅界面能够给人带来愉悦的驾驶体验，以及舒适安全的主观感受首先考虑设计贴合人体脊椎的曲面设计，并在座椅靠近腰部的位置，增加靠塾的高度，让座椅的靠背更加贴合人体背部的弧度。根据人体的经验，有一定弧度的曲面较生硬的平面来说，会产生舒适的视觉刺激。由于该座椅在物理层面上符合人机工程学要点，座椅更加适应人体的各项参数，在长时间处于驾驶状态时，也不易出现驾驶疲劳的状况。4 汽车驾驶室操纵装置界面设计汽车驾驶室操纵装置是驾驶员用来操控汽车

30、以改变其运行状态的装置。汽车操纵装置设计合理与否直接关系到整个人车系统工作效率。驾驶员在完成驾驶汽车时，往往需要精神高度集中，整个过程驾驶员的手部都不能离开方向盘，而同时，还可能需要对汽车驾驶室内的其他辅助功能进行操纵，这就对汽车驾驶室操纵装置的设计提出了满足功能以外的更高要求。汽车驾驶室内操纵装置的设计和布置，是解决驾驶工作适宜性，解决驾车疲劳问题的关键，设计时需要把这些问题整合于汽车人机工程设计中， 从而提出设计的最佳方案。4.1 汽车操作装置设计中的人机要素4.1.1 操作装置与驾车适宜性为了更好地解决驾驶疲劳和驾车适宜性问题，在布置和设计汽车驾驶室操作装置时，应该重点考虑一下问题：(1

31、)驾驶员操作习惯。如汽车方向盘的设计遵循顺时针为右转而逆时针左转的原则，这符合人类大脑中既定的经验模式。驾驶习惯在一定程度上受到文化背景影响，如有的国家规定汽车前排左侧围驾驶座，而有的国家釆用的是右侧驾驶。又如，大多数人在日常的生活中都习惯性使用右手，右手的使用频率大大高于左手，所以右手灵活程度也大于左手，那么在设计操作装置中一些细节时就应该将此要素作为一个重要的设计参考项目，将驾驶室内常用而又重要的功能操作件安排在驾驶员的右侧，便于用右手完成操作。(2)用力梯度的问题。在驾驶员进行操作的时候，通常希望通过操作时的用力来获取关于操作量的信息。我们已经知道，操作力的大小和操作量的大小程度之间存在

32、着一种数学关系。经过一定的分析后可以发现，它们之间呈现的是比例关系。通常情况下，我们可以把它们之间的这种数学关系描述为用力梯度。一般来说，那些操作行程的范围比较宽的设备，它们的用力梯度就相应的会变得很小；反之，如果是那些操作行程的范围比较窄的设备，它们的用力梯度就相应的会变得很大。(3)操作阻力的问题。为了使控制行为更加准确，操作装置一般应该具备一定的阻力。这样做不仅能够防止由于驾驶员主观原因如手的颤抖等所导致的控制不稳定，也可以通过设置不同的操作阻力来区分不同的操纵装置。(4)对于驾驶过程中需要持续或者重复的操作行为，尽量利用操作装置的结构特点和驾驶员的身体重力进行操作，避免身体某一部分用力

33、集中，使身体用力均匀，从而来减轻驾驶疲劳。4.1.2 操作装置设计原则汽车驾驶室内有多种不同形式的操作装置，而每种操作装置都有其应该遵循的设计原理。根据操作形式的不同，将其主要分为旋钮式手操作装置、接触式手操作装置、按钮式手操作装置、移动式手操作装置、方向盘转轮装置和脚踏板设计。(1)旋钮手操作装置设计。汽车驾驶室内旋钮手操作装置主要有圆形旋钮和旋钮和手杆结合两种形式。这些旋钮主要需要满足手握舒服、容易旋动的要求。旋钮的大小应该跟手指和手与其轮廓有足够的接触面积，旋钮表面作粗糖处理，便于在旋转旋钮的过程中捏紧和施加旋转力。(2)移动手操作装置设计，包括有换挡器设计、手刹装置设计等操纵杆装置设计

34、。设计时要着重考虑握柄的形状尺寸、根据操纵力要求合理选择握柄的行程和杠杆比。对于汽车变速换挡器装置来说，其前后方向操作力大小范围为36N到115N，左右方向操纵力大小范围为18N至75N，其工作阻力一般要求不能够小于18N。(3)脚踏板装置设计。根据操作动作形式的不同可以将踏板装置分为直动方式、回转方式和摆动方式三种，汽车驾驶室内的加速踏板一般采用直动方式；而离合器踏板.和刹车踏板一般采用需要脚悬空探踏的踏板。其中，主要操纵器的功能和人体使用情况如下页表4.1所示：表4.1 操纵器功能和使用情况操纵装置名称使用功能使用情况启动制定不连续调节定量调节连续调节数据输入性能视觉辨别位置触觉辨别位置多

35、个类型操纵器的检查多个类似操纵器的操作符合控制踏板差差良差差差曲柄良一般一般差差差手轮良良良差差好操纵杆好好良好好好键盘好良差一般好差4.1.3 汽车驾驶室操纵装置的可及性划分在驾驶室操作装置中，按照操作装置使用部位的不同分为用驾驶员手部进行控制的手操作装置以及用驾驶员脚部进行控制的脚操作装置。其中，手操作装置主要有：汽车方向盘、换挡手柄、方向盘后方的各种辅助按键和旋钮、转弯灯操纵杆等等。而脚操作装置包括加速踏板、刹车踏板和离合器踏板。操作装置的设计和布置需保证驾驶员在完成驾驶行为的同时，能够安全并有效地执行其他驾驶辅助设施的控制行为，所以根据操纵器的优先级别的不同，对其可及性进行相应的级别划

36、分，如表4.2所示。其中可及性I表示在驾驶员驾驶汽车时，没有肩部移动则可完成的操作；II表示允许肩部移动来完成操作；III表示允许驾驶员改变身体动作来完成的操作。表4.2 操纵件的可及性分级操纵件可及性变速操纵杆行驶方向指示远光灯光信号控制喇叭刮水器、风窗洗涤器及其开关驾驶员遮阳板速度调节器报警闪光器停车制动器进气门前雾灯后窗玻璃空调升温烟灰缸点烟器安全带锁紧器前大灯开关仪表板照明灯采暖通风无线电音量、电台选择灯光减弱调节器后雾灯侧窗车外后视镜车内调节器III移动天窗汽车小配件目录存放格左右后视镜车外调节器座椅靠背调整5 汽车驾驶室显示装置界面设计在汽车驾驶室的界面设计中，显示装置设计所运用的

37、人机工程学界面要素最为复杂多样，显示装置中所承载的信息类别多样且繁杂，随着车内的多媒体等技术的不断创新和发展，驾驶员驾车同时需要处理的信息也越来越多元化，显然这样必然会增加一定的安全隐患，怎样的设计才能使驾驶员在驾车行为不被影响的情况下，又快又准地读取自己所需要的信息是设计的重点。5.1 汽车驾驶室显示装置的人机要素5.1.1 人旳视觉特性人体视觉是由眼睛、视觉神经和视觉中枢共同作用完成的，是设计显示装置时需要考虑的重要人机要素。人的视觉机制决定着人以的视角、视野、视距、色觉、色视野等视觉特性，这些特性都是指导显示装置设计时需要参考的重要指标。(1)视野(如图5.1所示)。视野是指人的头部和眼

38、球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，视野的大小和形状与视网膜上感觉细胞的分布状况有关，可以用视野计来测定视野的范围；图5.1人体水平视野和垂直视野(2)视距。视距是指人在操作系统时正常的观察视距，一般在3876cm之间。视距过近或过远都会影响操作者旳认读信息的速度和准确性，而且观察距离和工作的精确.程度之间也有着密切的联系；(3)中央视觉。用视网膜上中央部分视锥细胞视物的称为中央视觉，它与周围视觉相对应。一般情况下，在设计显示装置时，既要求操作者具有良好的中央视野，又要能达到正常的周围视觉；(4)色觉。人眼能够鉴别不同波长的光波，从而产生不同的色彩感受，同时也会有不同

39、的色觉视野和感知效应(如表5.1所示)。例如，在汽车显示装置设计中，一般将故障指示灯设计为红色，这是因为红色是人体最易辨别的色彩，能够很快引起驾驶员的注意。表5.1 不同色彩的含义颜色含义说明红危险或警告有危险需要立即采取行动黄注意情况有变化或将发生改变绿安全正常或允许运行5.1.2 汽车显示装置的设计原则汽车驾驶室显示装置的设计应该保证驾驶员能迅速而准确地接受信息，其尺寸、颜色、编码的设计都应该适合人的生理和心理特性，具体应该遵循以下几个设计原则：(1)所显示的信息数目在人的判断和认读能力范围之内。对驾驶员来说，进行汽车驾驶的过程中需要精力高度集中，此时如若出现多种信息让驾驶员同时处理，则会

40、带来一定的安全隐患；(2)信息显示的形式应该尽量简单、直观、形象，以便于驾驶员快速认读；(3)与驾驶室环境形成良好的匹配，包括照明、色彩、温度等。例如汽车在夜间行驶的时候，仪表盘显示装置自带光源，方便驾驶员读取信息；(4)综合考虑显示装置和操纵装置的相互匹配。如汽车驾驶室内方向盘与仪表板之间的不能相互阻挡。(5)尽量将重要的信息显示装置布置于驾驶员中心视野区域，并按照人体感性认知特征和人体固有思维信息，分配显示装置的指示灯颜色。5.2 驾驶室仪表盘装置设计处于整个驾驶室中操作装置界面与显示装置界面最为集中的处的汽车仪表盘上集合了多种反应汽车部件运行情况的指示灯，它是汽车驾驶室室内交互界面信息的

41、中心。对于仪表盘界面设计，要从驾驶员的角度出发。5.2.1 传统仪表盘的信息编码传统仪表盘中主要整合的汽车运行信息有如下图5.2所示。驾驶员在汽车行驶中，通常以扫视的方式快速读取仪表盘上的信息，这就对仪表盘上信息的编码提出了要求。因此，仪表板上虽然信息有很多，但是其设计必须简洁，其中信号指示灯的设计必须醒目且易读。目前，汽车中的信号指示灯已经形成一套国际通用的标准体系，这就使驾驶员在面对一台世界上任何一个厂家的任意车型时，都能够迅速读懂信号灯指示信息。图5.2 仪表盘指示灯驾驶过程中驾驶员对仪表信息的错误读取可能造成驾驶员的错误判断，从而导致事故的发生，因此设计时要考虑到仪表的易读性，主要是要

42、考虑人的视觉生理因素，仪表本身的外形轮廓、字体的大小、表盘的颜色都会影响驾驶员观察仪表的准确性。传统的.仪表板的易读性设计是根据己有的经验及人机工程的理论来进行的。一般都是通过与以有的理论数据的对比来进行评估。具体的理论数据如下：颜色与认视性的关系如下表5.2。设计中还可以参考轿车手操纵件、指录器和信号装置的位置JB3981-85中对各种指示器、信号装置的可视程度的规定。表5.2 颜色和认视性关系仪表盘颜色刻度线颜色误读率（%）墨绿白17淡黄黑17天蓝黑18白黑19浅绿黑21浅蓝白21黑白21灰黄白25为保证仪表板认视性，选择淡黄色仪表盘黑色刻度线的配色方案，作为白天仪表盘配色；选择墨绿色仪表

43、盘面白色刻度线作为夜晚仪表盘配色方案。5.2.1 仪表盘的位置定位和设计 根据视觉运动规律，眼睛的水平运动比垂直运动为快；视线习惯于从左到右、从上到下的运动，看图形仪表时，沿顺时针方向比沿逆时针方向看得迅速；眼睛对水平方向的尺寸比对垂直方向估计得要准确；当眼睛偏离视中心时，对左上象限的观察力优于右上象限，对右上象限的观察力又优于左下象限，右下象限最差；对直线轮廓比曲线轮廓视觉易于接受等。因此设计仪表板面时一般应设计为左右方向为长边的长方形形状，板面上的仪表排列顺序最好与它们的认读顺序相一致。相互联系越多的仪表应当布置得越近，仪表的排列顺序还应当考虑到它们彼此间逻辑山的联系。人的坐姿水平方向视物

44、有如下规律： 1.5°3°内辨认物体最清晰，为中心视力范围；3°18°内视物短暂，比较清晰，为片刻视力范围；18°30°以内必须集中注意力，才能看清目标，为有效视力范围；水平面内38°左右(头和眼球均不动)，为最大视角或视力范围；头部和眼球转动时，都可增加视力范围。头部不动只动眼球时，视力范围可达120° ；头部和眼球都动时，视力范围可达220°。因此考虑到以上人规律，设计时最常用、最主要的仪表应尽可能安排在中心3°范围内。一般性仪表允许安排在20° 40°视野范围内。次要仪表允许安排在40° 60