车辆人机工程学理论课件（第7章）

1、第第7 7章章 人机系统人机系统人机系统的功能分配2人机系统设计4人机系统的功能和类型3 1机械系统人机界面的优化匹配3 3人机系统的数学模型3 5返回总目录返回总目录第第 7 章目录章目录回到本章目录回到本章目录回到本章目录 据研究资料介绍，一种无人驾驶飞机的最初据研究资料介绍，一种无人驾驶飞机的最初800800次次飞行，失事次数多达飞行，失事次数多达155155次次; ; 而同类型的有人驾驶的飞而同类型的有人驾驶的飞机，最初机，最初800800次飞行中，失事次数只有次飞行中，失事次数只有3 3次，前者是后次，前者是后者失事次数的者失事次数的5252倍。即使不用人直接驾驶，而仅仅用倍。即使不

2、用人直接驾驶，而仅仅用人作监管和后备的飞机，也比完全自动化的无人驾驶人作监管和后备的飞机，也比完全自动化的无人驾驶飞机的可靠度高飞机的可靠度高 1 1 倍以上。倍以上。 因此，可以认为因此，可以认为, ,有人参与的系统会比全自动系统有人参与的系统会比全自动系统更经济而可靠。更经济而可靠。 回到本章目录7.3 机械系统人机界面的优化匹配机械系统人机界面的优化匹配人机界面问题的提出人机界面优化匹配的目标人机界面匹配合理程度的评价指标匹配优度的试验评价方法评价的软件系统回到本章目录回到本节目录回到本节目录7.3.2 7.3.2 人机界面优化匹配的目标人机界面优化匹配的目标(1)(1) 保证系统运行的

3、安全性保证系统运行的安全性 主要是指组成人机界面的各元件的布置位置，确保主要是指组成人机界面的各元件的布置位置，确保 不存在引发事故的潜在危险源。不存在引发事故的潜在危险源。 (2) (2) 提高系统的工效提高系统的工效 主要是指组成人机界面的各元件的布置位置主要是指组成人机界面的各元件的布置位置, , 总体总体布局合理布局合理, , 层次清楚层次清楚, , 各元件相对于操作人员的位置各元件相对于操作人员的位置, , 符合人机工程设计原理和原则符合人机工程设计原理和原则, , 使操作人员能够高效率使操作人员能够高效率地认知、识别及响应、操作。地认知、识别及响应、操作。回到本节目录(3) (3)

4、 改善操作人员的舒适性改善操作人员的舒适性 主要是指组成人机界面的各元件的布置位置主要是指组成人机界面的各元件的布置位置, , 总体布总体布局非常合理局非常合理, , 层次非常清楚层次非常清楚, , 各元件相对于操作人员的位各元件相对于操作人员的位置置, , 很好地符合人机工程设计原理和原则，使操作人员能很好地符合人机工程设计原理和原则，使操作人员能够舒适而高效率地认知、识别及响应、操作。够舒适而高效率地认知、识别及响应、操作。 (4) (4) 保证操作人员的健康，最大程度地防止职业病的发生保证操作人员的健康，最大程度地防止职业病的发生 主要是指组成人机界面的各元件的布置位置主要是指组成人机界

5、面的各元件的布置位置, , 确保不确保不存在可能引发操作人员产生职业病的潜在危险源。存在可能引发操作人员产生职业病的潜在危险源。 回到本节目录回到本节目录 对元件对元件 Itemi 的评价结果可以表示为：的评价结果可以表示为： ItemEvaluationi =i (AreaBesti ， AreaGenerali ，FuncAreaLimiti ，Positioni ， Humank ) 式中式中: i 为对元件为对元件 Itemi 的客观评价函数。的客观评价函数。iiiWtionItemEvaluakuationSystemEval*)(niiiiEsEsEs1/梯形函数 上图中的上图中的

6、 d d 为评价函数中为评价函数中 “ “稳定评价区域稳定评价区域” ” 的中的中心，心，“稳定评价区域稳定评价区域” ” 表示在这一区域内对该因素的表示在这一区域内对该因素的评价是一致的，即在评价是一致的，即在 d d 的的 f f 邻域内的评价都是一样的；邻域内的评价都是一样的； d -f d -f 的左边，对该因素的评价是线性下降的，下降的的左边，对该因素的评价是线性下降的，下降的速度由速度由 g g 的大小决定；在的大小决定；在 d +f d +f 的右边，对该因素的的右边，对该因素的评价也是线性下降的，下降速度由评价也是线性下降的，下降速度由 h h 的大小决定。的大小决定。 梯形函

7、数的表达式示如下：梯形函数的表达式示如下：xhdhdxfdhfhdxfdxfdefdxgdfggdxgdxx 0 0)(机械系统人机界面多参数调节式仿真试验台结构示意图部件部件可可 调调 节节 的的 因因 素素配配 备备 的的 附附 件件座座 椅椅座椅的安装位置、座面高度、座椅的安装位置、座面高度、靠背倾斜角度、腰靠位置靠背倾斜角度、腰靠位置手控操纵器手控操纵器安装位置安装位置根据不同需要选择一种或根据不同需要选择一种或多种元件（旋钮、开关等）多种元件（旋钮、开关等）脚控操纵器脚控操纵器脚踏板的安装位置脚踏板的安装位置不同形式的踏板不同形式的踏板仪表板仪表板倾斜角度，安装位置倾斜角度，安装位置

8、仪仪 表表安装位置安装位置根据不同需要选择不同尺根据不同需要选择不同尺寸的指针式或数字式仪表寸的指针式或数字式仪表指示灯指示灯安装位置安装位置根据不同需要选择不同类根据不同需要选择不同类型、颜色、大小的指示灯型、颜色、大小的指示灯工作台工作台台面高度，台面相对于水平台面高度，台面相对于水平面的倾角面的倾角d. d. 实验设计的理论基础实验设计的理论基础 模糊综合评判中，模糊综合评判中，A A和和R R为已知，由此而求出为已知，由此而求出B:B: B=A B=AR R 这类问题这类问题, ,称为综合评判的正问题。称为综合评判的正问题。 如果已知的是如果已知的是B B和和R R，A A为未知，要根

9、据为未知，要根据B B和和R R求求A A， 即即: : X XR=BR=B 或者或者A A，B B为已知，为已知，R R为未知，要根据为未知，要根据A A、B B求求R R， 即即: : A AX=BX=B 这两类问题，称为综合评判的逆问题。这两类问题，称为综合评判的逆问题。jkjjBBNBBN ,max,10 不同算子下计算结果的综合比较（节选部分工况）不同算子的比较元件元件视觉类元件视觉类元件仪表板仪表板手操纵元件手操纵元件脚操纵元件脚操纵元件座椅座椅0.200.220.320.090.17 (7-25) , 1 , 1iiiiiiittW1iittf1 ,iiiiittttW1 )1(

10、 1 , 1ii1111ttWi待评价因素的层次结构图 b.b.具体表达式的推导具体表达式的推导 组成机械系统的元件十分复杂，不能分得太具组成机械系统的元件十分复杂，不能分得太具体，研究中将人机界面的组成元素按照操作方式分体，研究中将人机界面的组成元素按照操作方式分为六大类：视觉类（为六大类：视觉类（V V），手操作类（），手操作类（H H），脚操作），脚操作类（类（F F），工作台类（），工作台类（T T），面板类（），面板类（P P）和座椅类）和座椅类（S S），以此为基础构造实际的评价模型。），以此为基础构造实际的评价模型。 评价模型中采用的数据是评价模型中采用的数据是人机工程学设计中人

11、机工程学设计中已已有的研究结论，具有完整性和权威性。有的研究结论，具有完整性和权威性。 评价采用五级评分制，即选评价集为评价采用五级评分制，即选评价集为: : B B=(=(b b1,1,b b2,2,b b3,3,b b4,4,b b5)=(5)=(优秀，良好，中等，较优秀，良好，中等，较差，极差差，极差) )。 人眼的视觉特征 xxxxxxxxxxxxxx74074722/ )74(7270170655/ )65(6550050522/ )50(5255155572/ )57(570)(5 xxxxxxxxxxxxxx70070655/ )70(6540140382/ )38(383503

12、5402/ )35(4050150522/ )52(520)(4 xxxxxxxxxxxxxx40040382/ )40(3835135335/ )33(3330030322/ )30(3235135405/ )40(400)(3 xxxxxxxxxxxxxx35035332/ )35(3330130255/ )25(2500055/530130325/ )32(320)(2 xxxxxxxx30030255/ )30(2501055/ )5(50)(1 ),(25242322212vvvvvvrrrrrR1vR3vR),vvvvvrrrrrR ),(35343332

13、313vvvvvvrrrrrR35311511321)(vvvvTvvvvrrrrRRRR)(321vvvvaaaA 131iviavvAB vRvAvRBB),(1ijinijRAB656261252221151211654321rrrrrrrrrrrrrrrBBBBBBRSPTFHV161iia654321aaaaaaA AB R)()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()(6565554543532521515646545444343242141463653543433323213136265254243232221212616515

14、4143132121111rarararararabrarararararabrarararararabrarararararabrarararararab)(,),(),(max()(000021uuuuniAAAA回到本节目录回到本节目录机械系统的虚拟人机界面软件评价流程图(3)(3)软件评价的实施步骤软件评价的实施步骤软件运行界面评价人体数据输入添加评价人体图 7-15c1添加工作台、仪表板、座椅添加方向盘、布置操纵杆、布置脚控元件布置仪表板元件评价结果直观评价拉变速杆、拨旋钮，踩脚踏板回到本节目录7.3.5 机械系统人机界面匹配优度的试验评价方法回到本节目录回到本节目录7.4 人机系统设计人机系统设计在机器设计中的地位和作用人机系统设计的概念对人机系统设计的要求人机系统设计的程序 人机系统设计的内容人机系统设计的评价 人机系统设计的方法 回到本章目录回到本节目录回到本节目录回到本节目录回到本节目录回到本节目录回到本节目录回到本节目录系统作业结构的三种基本形式回到本节目录回到本节目录nPEnkk/1人机系统联系链作图分析法回到本节目录7.5 人机系统的数学模型人机系统的数学模型人机系统数学模型的概念人机系统模型的结构 人机系统模型的特性人机系统的模糊控制模型人机系统的传递函数模型回到本章目录回到本