人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析课件

1、人机工程学人机工程学人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析应用分析 07120422 07120422 人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析一 引言驾驶室设计是轿车设计中非常重要的部分，设计是否合理直接影响到驾驶员的安全、效率、舒适和健康,传统的设计方法主要是以经验设计为主。而人机工程学理论和计算机技术的发展，为依据人机工程学理论和利用计算机手段进行驾驶室设计提供了条件，使设计方法程序化，从而缩短了设计周期。在人一汽车一环境系统中，人与汽车系统是主体。人与汽车相互作用的过程，就是利用人机界面上的显示器和控制器，实现人与机的信息交换过程。操作者通过驾驶

2、室中的显示装置来了解汽车的整个运行状况，操作者面对的是快速传递和高度复杂的信人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析息，要求操作时精度高而且快速准确。同时，由于计算机技术的日益更新，人机界面开始由硬件人机界面向软件人机界面转移，这是人与机都进入了一个新的阶段。研究人机界面的组成并使其优化匹配，产品就会在质量、造型、 外观、功能及产品可用性等方面得到改善和提高，同时也会增加产品的技术含量和附加值。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析二 概念显示装置是指能通过可视化的数值、文字、曲线、符号、标志、图形、可听的声波以及其它人体可感知的刺激信号向“人”传递“机”的各种运行信息的器具。汽车上使用

3、最普遍的显示装置是视觉显示装置，主要有各种仪表和信号指示器。视觉显示装置应使驾驶员认读准确、迅速又不易疲劳。常用的视觉显示装置有数字显示和模拟显示两大类，从人机工程学的观点考虑，使用阴极射线管、气体放电管和发光二极管等屏幕式电子显示装置更为理想，它既可显示数字量和模拟量，又能显示过程参数的变化曲线或图形，更适合人的心理和生理特点，认读速度和准确度较高，能减轻驾驶员的疲劳和紧张人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析程度。对于定量读数的显示，选择电子式数字显示。对于定性读数的显示，由于它不要求具体的数字，且模拟显示更为灵敏、方便，因此选用指针式显示。汽车行驶时，驾驶员需要随时获得汽车的形式状况

4、才能保证更好的驾驶，仪表板是精确反映行驶车况的唯一装置，所以，如何设计好仪表板的各项功能并合理布置是非常重要的。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析三 应用分析3.1仪表显示器的人机工程学原则显示装置设计还要考虑选择显示器和仪表的易读性和准确性。通常，汽车上各种仪表和信号指示器组装在一块仪表板上。仪表板的空间位置最好应使驾驶员不必运动头部和眼睛就能看清全部仪表，或至少应在头和眼的自然转动范围内。通常一般操作的视距距离设置在560750mm之间，这样能够使眼睛较长时间地工作而不会疲劳。前方最佳距离为710mm左右，仪表板应与驾驶员的视线成直角。人在正常坐姿下操作，头部一般略自然前倾，所以仪

5、表板应相应倾斜。通常，仪表板与地面的夹角600750。仪表板上的仪表应根据视觉运动规律排列，最人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析常用、最主要的仪表和信号指示器应尽可能排在视野中心3范围内(最优视区)，一般仪表和信号指示器排在2040的水平视野和视平线向下30的垂直视野范围内，水平视野4060和视平线下3075和以上10范围区域只允许设置次要的，除了不常用和不重要的，一般不宜设置在80水平视野之外。把视觉装置布置在良好视区和有效视区的意义在于，可使操作者持久地处于能察觉信号的环境，或者置身于能收到信号的位置。仅在不得己的情况下才应用在有效视区之外。因此，在轿车显示装置的总体布置时也应根据

6、视觉显示装置分区布置原则和视觉的特点来进行布置。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析针对轿车显示装置的布置，在其最重要的仪表和指示灯的布置时，通过结合人机工程学的仪表布置原则，并考虑到车内部空间的有限性，较理想的布置是将其设置在水平视野的25范围和垂直视野野(在视水平线下30以内范围） )的10范围之内（如图1），其正确认读为ls左右，这样能够保证驾驶员在较小的空间内迅速、准确地接收信息，并快速做出反应，进行安全有效的操作。当水平视野超过25时，正确认读时间开始剧增。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析图1 轿车移盘表的最佳布置区域人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析人们在通

7、过视觉进行识别信息时，其识别效果和方式除了受到视野视距、色彩等的影响外，还与人自身的视觉特征有关。因此在进行显示装置的总体布置时，也要考虑到人的视觉特征，并有针对性的进行相应的设计调整。其主要考虑以下几个方面：1眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不易疲劳。2视线的变化习惯从左到右，从上到下和顺时针运动。3人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计要准确得多，因而水平式仪表的误读率(28)比垂直式仪表的误读率(35)低。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析4当眼睛偏离视中心时，在偏距相等情况下，人眼对左上限的观察最佳，依次为右上限，左下限，右下限。考虑到以上几个方面，

8、所以汽车仪表板的外形都设计成横向长方形，这能够使驾驶员减少眼睛运动的时间和疲劳度，提高认读、判断的准确率；汽车仪表刻度方向的设计基本都从左往右或者顺时针的方向进行数量和尺度的增加，以符合人的视觉习惯；此外，考虑到人对各象限观察的效果不同，在布置比较多的显示装置时，应将最重要的布置在人的视中心偏左的位置，以便使用者在识别信息过程中头部不用转动，只需眼睛的快速转动就能够快速的获人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析取相关信息，其它次重要的和不重要的，则可依次按象限的观察效果的排列结合其它设计原则进行总体布置。在进行视觉显示装置的总体布置时，要考虑显示信息的种类和数目等。在最佳条件下，一般人能够

9、同时时(瞬间)接受工艺过程重要指示器示值多达7个(对这些示值操作者应该经常观察)。因此，需考虑到操作者接收信息的能力有一定的限制，在总体布置时显示的信息种类和数目不宜过多，应将显示的信息数量限制在人的视觉通道容量所允许的范围之内，使人处于最优信息条件之下。如果一定要显示多个信息，可以考虑结合另一感觉器官(如听觉器官)来接受信息和数据。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析3.2仪表显示器的设计为了使驾驶员能够进行高效、安全的驾驶作业，轿车驾驶室内的视觉显示装置，应能够迅速、方便、准确地给人提供视觉信息。因此，在进行视觉显示装置设计时，应该选择合理的传递信息和数据的形式，并根据人的视觉特点，

10、按最佳观察方式来进行总体布置。在视觉显示装置类型的划分中，可按其显示形式的不同划分为：仪表显示、信号灯显示。现分别论述如下：人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析3.2.1 仪表显示装置仪表是显示装置中使用最广的一类视觉显示器，按其认读特征又可分为数字式显示器和模拟式显示器。数字式显示仪表是一种使用数字来显示有关参数或工作状态的显示装置，如各种数字显示屏，机械和电子的数字计数器等。数字显示的认读过程比较简单，只是对单一的数字及符号的辨认过程。这一类型的特点是：显示简单、精确等。模拟式显示仪表是通过模拟量来显示机器有关参数和状态的视觉显示装置。它具有显示信息形象化、直观化的特点，使人对示值在

11、全量程范围内所处的位置一目了然，对于测量的偏差值，不仅显示出偏差量，而且示出偏差位于给定值的哪一侧(正或负，加或减等)。在不需要精确读出显示的具体数据时，人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析它能够迅速、直观的显示出当时所处范围的位置，机器大概是一个什么状态，从而使操作者在第一时问内做出反应。经调研了解到，在现行轿车的仪表显示器中，最主要的显示仪表都是模拟式的，比如通过指针式显示器来指示汽车发动机转速的变化情况，当指针指到红色刻度时，驾驶员不需要读出它的示值就可以通过指针所指位置较清晰、有效地了解到发动机转速过大，并注意降低发动机转速以免出现危险(图2)。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的

12、应用分析图2 发动机转速表指示人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析在汽车驾驶过程中，驾驶员进行仪表认读的时间比较短，因此要求各种显示装置尽可能无误地传递信息，使人能迅速地、准确地识别信息。对于模拟式显示装置来说，解决这些问题的主要措施，就是设计和选择好仪表刻度盘、字符、指针和颜色匹配，使它们之间相互协调，以符合人对于信息的感受、辨别和理解等的生理与心理特征，从而使人能迅速、准确地接受信息。针对仪表刻度盘的设计，主要可以通过其形状的不同来进行不同的选择。其类型有：开窗式、圆形、半圆形、水平直线型和垂直直线型。其读数认读效果是不同的，开窗式认读范围小、视线集中、动眼人机工程学在汽车驾驶室显示

13、装置上的应用分析1表盘设计扫描路线短，误读率最低，因此优于其它四种形式。圆形和半圆形次之，但由于它给出了两维空间的位置刺激，并且符合长期来人们观察仪表所形成的习惯，因此，圆形式和半圆形式优于直线式。由于人眼睛的运动规律是水平运动比垂直运动速度快、准确度高，故水平直线式又优于垂直直线式，五种形式刻度盘的认读准确率如图3。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析图3 五种刻度盘的认读准确率人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析在设计轿车内部的仪表盘形状时，可以根据以上人机学的研究结果来进行合适的选择。考虑到驾驶员在认读表盘时首先进行的是判断显示在全范围内的位置，因此不宜使用开窗式的表盘。因为

14、开窗式的虽然认读准确率最高，但是却没有通过指针显示所在量程范围内的具体位置，不能够满足驾驶员的第一判断。圆形式，具有良好的位置显示和准确率，因此，在大部分时候都可以采用。但是，由于该形式的最大刻度常与最小刻度数重合在一起或距离很近，而驾驶员在进行判断的时间很短，因此需要在最大和最小刻度之间有一个明显的区分，以免发生识别错误。在进行仪表盘面设计时，当某些设计要人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析求(像整体、均衡等)需选用圆形盘面时，应考虑在盘面上将最大和最小刻度位置明显区分开，以保证认读的准确性。半圆形式，给出了较好的准确率和位置显示，在许多情况下能较好的显示信息。而在汽车的部分仪表中，由

15、于需要在盘面上显示较多的刻度范围，如：时速表的显示，就因汽车的最大时速较高而要求显示0、20 180、200 等多个刻度，此时使用半圆形盘面进行排布多个刻度，会因显示面积受限而使刻度间距较小，会影响驾驶员的识别准确度。综合考虑，可将汽车仪表盘面设计成略大于半圆的大半圆式盘面(图4)。这样能满足大部分盘面设计的要求，不仅可以使最大和最小刻度之人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析间有明显的区分，又可以使表盘在显示较多刻度时仍保持其刻度间的较大间距。 图4 汽车仪表合理盘面形势人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析在汽车中，最主要的有四个仪表：发动机水温表、发动机转速表、车速表、油量表(以

16、下用、分别表示)，现行轿车中大部分的设计如图5。 图5 仪表显示形式人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析该设计中和的盘面被设计成大半圆式，其显示起来比较清晰、醒目，因此是较合理的设计。将盘面设计成大半圆形能够进一步提高驾驶员在驾驶轿车的过程中认读仪表信息的速度和准确度，减轻视觉疲劳。并且，这四个仪表在功能上比较类似，都是要求驾驶员对其示值的大小和位置进行判断，将、盘面与、盘面设计成致外形，不仅能够提高单个仪表的认读，还能从总体布置上体现出一致性。将表盘设计成相似形态，能够形成相似性组合，使驾驶员在识别时能够将它们作为一个完形来考虑，减少其它视觉元素的干扰和影响。因此这种设计形式既能增加单

17、个仪表识别的准确度，又能人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析提高整体识别的效率，而且外形一致还能增加总体设计的美观度，如图6和图7为方案一和方案二。另外一种常见形式是、在中间，、在两侧，如方案三和方案四(图8和图9)，但因为、是常用仪表，而最主要的仪表和信号指示器应尽可能排在视野中心3。范围内(最优视区)，所以类似方案一和方案二为最佳形式。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析图图6 6 方案一方案一图图7 7 方案二方案二人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析图图8 8 方案三方案三图图9 9 方案四方案四人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析2 字符为了让仪表能迅速、准确

18、地把信息显示给人，不仅要按人机学来进行盘面和指针的设计，还要使字符的设计符合人机学要求。具体的主要考虑字符的形状、立位、大小等。对于仪表字符形状的考虑，要求其简单显眼，可通过直线和尖角等来加强字体本身特有的笔画，使其具有便于认读的特征。图10为几种常见的字符形式。在光线良好，视觉条件较优的情况下，采用直线和圆弧形的字符比较好；在快速分辨和能见度较差的情况下，考虑到人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受，因此使用图10（c）所示的直线和尖角形较好。图10(a)是建议使用的字形吲。现行轿车仪表的字符中，也是使用图10(a)所示的字体，经调研了解人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析到，这种字体在

19、使用过稷中，能够较好地被识别出来，因此是比较合理的设计。 图10 字符的形式人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析在仪表的刻度上标上相应的字符时，为使人能够更好的认读，对于指针运动式仪表，表示的字符应直立，如图11（a）为两种类型的对比；对于仪表面运动的，仪表字符应在转到指针位置时处于直立，如图11(b)和(d)为不同类型的对比，在任何情况下字符的立位都应正对着操作者，以利于阅读。为了避免指针对标数的遮挡，字符应标在刻度标记的外侧，如图11（a）。当条件不允许时才标在刻度标记的内侧，如图11（b）。开窗式仪表窗口大小应至少能显示被指示数字及其前后两侧的两个数字，以便看清指示运动的方向和趋势

20、，如图11（d）。图11为各种类型的仪表进行不同刻度标示方式的情况的对比。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析图11 不同刻度标示方式的对比人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析经调研了解，现行轿车仪表的字符标示方式如图12所示。仪表显示数字设置在刻度标记的内侧，主要是因为车内仪表要在白天和夜间不同条件下使用，夜间使用时通过在内部设置背景灯将表盘照亮，如果字符设置在刻度标记的外侧，其在夜间会因没有足够亮度而不能良好地显示信息。并且，考虑到人的最佳视角以及驾驶室内的空间有限，仪表显示信息的面积也不宜太大。因此，只能将仪表字符设置在表盘面上进行显示。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用

21、分析图12 现行轿车仪表字符的位置 人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析3 指针指针的形状要单纯、明确、有明显的指示性形状。针身以头顶尖尾部平、中间等宽或狭长三角形的比较好。常用的指针形式如图13指针针尖宽度应与最短刻度线宽度等宽，如果小于最短刻度线宽度，则指针在刻度范围内的移动不易看清。如果大于最短刻度线宽度，当指针在两刻度线之间时，韧度精度又会受到影响。指针长度要合适，针尖不应遮挡刻度标记，但也不能远离刻度标记，而且指针不能离表面太远，以免操作者在认读时因视角不同产生读数的偏差。对于指针颜色的考虑，要使其与度盘颜色有较鲜明的对比，并尽可能与刻度标记、数码的颜色协调。人机工程学在汽车驾

22、驶室显示装置上的应用分析图13 指针的常用形式人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析3.2.2 信号灯显示装置信号灯显示装置指视觉信号由信号灯产生的显示装置。目前已广泛应用于车辆、飞机、航海、家用电器及仪表板等上。其特点是面积小、视距远、引人注目，但信息负载有限，当信号较多时，信号显示会显得杂乱，并相互干扰。信号灯显示装置主要有两个作用：(1)指示性，即引起操作者的注意，或指示操作者进行操作；(2)显示性，即反应某个指令、某种操作或某种运行过程的执行情况。在信号灯的设计中，必须使其符合人的视觉特性，以保障信息传递的速度和操作者的识别质量。为了保证信号灯在使用过程中具备醒目、迅速的传递功能，要求对信号灯的亮度、颜色和形象等方面进行多方面的考虑。人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析针对信号灯的亮度，考虑到强光信号比弱光信号易于引起注意，所以其亮度应至少2倍于背景的亮度，以便吸引操作者的注意。并且考虑到闪光信号比固定信号更能吸引人注意这一点，在保持信号灯亮度的基础上，在部分重要信息或危险信号的信号灯显示上可使用闪光信号，以便引起观察者的进一步注意，但要注意光的强度和闪烁不能使人感到刺眼和眩目。在颜色上，通过对颜色的含义、人的心理以及颜色的习惯使用特点等进行分析