人体工程学在车身设计中的应用

关于人体工程学在车身设计中的应用第一页，共五十二页，编辑于2023年，星期日人体工程学（人机工程学）是20世纪50年代初迅速发展起来的一门新兴科学，其目的在于研究、解决工程技术设计与人体之间的关系，简单地说是研究人与机械的关系。人机系统(man-machinesystem)：人与机器相互作用、相互配合和相互制约，并共同实现预定功能的系统。人体工程学概述第二页，共五十二页，编辑于2023年，星期日人体工程学概述第三页，共五十二页，编辑于2023年，星期日人机关系（man-machinerelationship)基本原则：1）机宜人机器系统尽量满足使用者的体质、生理、心理、智力、审美及社会价值观念等素质条件的要求。2）人适机尽量发挥人的因素具有可塑性的特点，让人适应机器，保证人机系统具有最优效能。人体工程学概述第四页，共五十二页，编辑于2023年，星期日以人为中心的设计已成为现代迅速发展的技术的一个基本点。可以说在现代，设计的主要困难已不在于产品本身，而在于是否能够找出人与产品之间最适宜的相互联系的途径与手段，在于是否能够全面考虑到操作者在人／机系统中的功能作用特点和产品结构与“人的因素”相吻合的程度。因此，如何把产品设计得更适合于人使用的问题越来越受到重视，人机工程学正是在这样的背景下产生的。人体工程学概述第五页，共五十二页，编辑于2023年，星期日现代人机工程学发展的三个特点使机器适应于人，以人为中心；利用所掌握的基本原理，进行具体的机械装备设计；多学科合作。

人机工程学是实现以人为中心的设计思想的重要理论基础，是衡量当代产品设计水平的最重要指标。随着科学技术的发展，以人为中心的理念已成为设计产品系统的主要目标，人机工程学也因此成为设计学科领域中的主要研究方向，成为工业设计的主要理论基础和设计理念。第六页，共五十二页，编辑于2023年，星期日如工人操作的动作与时间分析、功能分析和工艺流程等用笔记录、录像、摄像借助仪器进行实际测量，如人体测量；对生理、心理变量的测量、分析等，如心跳、肌电反应等；环境舒适性及信号检知心理测定人体工程学研究方法（1）观察法（2）实测法第七页，共五十二页，编辑于2023年，星期日（3）实验法（统计推测）实验法是人机工程学最常用也是最基本的方法。妥善控制其他若干变量，系统地改变某个变量A，观察A的系统变化对另一变量B的影响。A为实验变量，B称为因变量。（4）模拟和模型试验法操作训练模拟器；机械模型;人体模板。人体工程学研究方法第八页，共五十二页，编辑于2023年，星期日坐姿舒适性分析坐姿研究装置第九页，共五十二页，编辑于2023年，星期日而汽车车身设计中应用人体工程学，则是要以人(驾驶员、乘客)为中心，从人体的生理、心理和人体的运动出发，研究车身设计(包括布置和设备等)如何适应人的需要，创造一个舒适的、操纵轻便的、可靠的、安全的、美观的驾驶环境和乘坐环境。即设计一个最佳的人—车一环境系统。人体尺寸（确定空间）坐姿（舒适性）视野及视野设计手、脚的操纵范围、操纵力人体工程学研究方法第十页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期日相关标准中国国家标准（GB）：GB7258-2004机动车运行安全技术条件GB11556-1994汽车风窗玻璃除霜系统的性能要求及试验方法GB11565-1989轿车风窗玻璃刮水器刮刷面积GB11562-1994汽车驾驶员前方视野要求及测量方法GB15084-2006汽车后视镜的性能和安装要求GB/T19234-2003乘用车尺寸代码GB/T12673-1990汽车主要尺寸测量方法GB/T11559-1989汽车室内尺寸测量用三维H点装置（05年取消，暂无新标准代替）GB/T17346-1998轿车脚踏板的侧向间距GB/T13053-2008客车车内尺寸第十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期日美国汽车工程师学会标准（SAE）：SAEJ1100-2005MotorVehicleDimensions（汽车尺寸）SAEJ826-2002H点机械和设计工具规程和规格SAEJ4002-2005H点机械和设计工具规程和规格SAEJ1517-1998驾驶员选择的座椅位置SAEJ1052-2002汽车驾驶员及乘员头部位置SAEJ941-2002汽车驾驶员眼点位置SAEJ1050-2003驾驶员视野的描述和测量SAEJ287-2007驾驶员手控制区域SAEJ1138-1999乘用车多用途车和总重量不超过100001b的货车的驾驶员手操作位置设计标准欧洲经济共同体汽车法规（EEC标准）：EEC-127机动车辆的后视镜EEC-317机动车辆玻璃表面的除雾和除霜系统EEC-318机动车辆刮刷和清洗系统EEC-649机动车辆驾驶员视野方面欧洲经济委员会机动车法规（ECE标准）：ECER46关于批准后视镜和就后视镜的安装方面批准机动车辆的统一规定ECER35关于就脚控制件的布置方面批准车辆的统一规定相关标准第十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第一节H点人体模型第十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期日三维H点人体模型第十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期日三维H点人体模型主要由背板、座板、躯干重块悬架、配重等部分组成，而且模型的背板和座板模拟成年男子的乎均背部、臀部和大腿的轮廓形状。作用：一般在1︰1的车身内部模型或实车座椅上采用，用于测定H点。我国人体模型的标准可参见GB/T11559-89，GB/T11563-89汽车H点确定程序。国际标准组织H点人体模型可参见ISO6549，该模型等同于SAE-3DM，一般代表欧美人的人体。其它的人体模型撞车试验用的人体模型（假人）多自由度振动人体模型。三维H点人体模型第十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期日车身实际H点与座椅参考点车身实际H点是指利用三维H点人体模型按规定的操作程序测量出的H点。作用：实际H点位置是车身室内尺寸关系的基准点，直接影响着操纵方便性，乘坐舒适性和室内有效空间的利用。实际H点位置直接影响着驾驶员的操纵范围。实际H点位置是确定驾驶员眼睛在车身内部分布范围的作图基准。车身设计应使实际的H点位置完全反映设计的H点位置。座椅参考点（SeatReferencePoint，SRP）是座椅制造厂家设计座椅的基准点，并且R点用于确定座椅在车身室内布置的最后的正常位置，即与布置设计的最后H点相一致。第十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期日车身设计中使用人体尺寸的说明 人体尺寸应国家、地区、人种而异，应根据产品的使用国家和地区的人体尺寸标准作为设计依据，这对于开发国际市场的产品和出口有重大意义；对于引进技术能否符合本国国情也十分重要；人体尺寸的百分位分布提供了一个标准人的人体尺寸，不与现实中的任何具体人相吻合；设计中应以市场原则选择适宜的人体尺寸和满足度要求，一般选用的有：男子5%到95%百分位，女子5%到男子95%百分位，和女子2.5%到男子97.5%百分位。制定完善的适合车身设计的中国人体尺寸标准非常必要。第十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期日各国汽车企业使用三维H点人体模型的情况美国有关标准法规要求采用的是95%百分位SAE-3DM；欧洲法规要求采用的是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；我国目前还没有中国人体尺寸的三维H点人体模型，标准GB11599-89要求采用的3DM实际上与JSAE-3DM相同，但由于国内轿车多为引进，因此实际上的使用各不相同。第十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期日我国汽车企业使用三维H点人体模型的情况第二十页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第二十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期日人眼的视觉特征视力视觉器官对物体形态的精细辨别能力视野人眼所能观察到的空间范围人车视野：直接视野、间接视野、雨刷视野和仪表视野等。视觉的适应性（暗适应性，明适应性)视线轴心30度范围内为眩目区,应避免强光射入视错觉视感觉与实际观察对象有差别利用视错觉,改善造型设计避免视错觉,提高判断能力第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第二十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期日驾驶员视野范围视觉效果良好的汽车——视野广阔、视觉干扰少和具有良好的视觉适应性。第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第二十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期日（1）人眼直视前方不动的视野范围人眼直视前方不动的垂直视野范围为直前视线上方50°—55°，下方60°—70°。这里“直视前方不动”是指眼睛保持向前直视且眼球不动，“直前视线”是指两眼瞳孔连线的平分线。第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第二十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期日人眼直视前方不动的水平视野范围第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第二十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期日（2）主视野在一定车速时(车速既影响视力,也影响视野;车速增加,视力下降,视野减小)，人的眼睛直视前方不动的有效视野范围。主视野水平视角范围为左、右各45°，垂直视角范围为上下各30°。（3）人的眼睛和头部的转动范围：通过转动眼睛、头部实际能获得的有效视野范围。按舒适与否分为自然转动范围和勉强转动范围。第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第二十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期日眼睛和头部的转动范围第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第二十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期日驾驶员眼椭圆概念：驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅中时其眼睛位置在车身中的统计分布图形。由于该图形呈椭圆状，故称为眼椭圆。眼椭圆已被列为国际标准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)。与美国的SAEJ941相同。第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第二十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期日SAE眼椭圆样板第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第二十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期日眼椭圆样板绘制绘制自身坐标线查表确定眼椭圆中心位置查表确定长短轴确定倾角眼椭圆的位置定义:

根据H点和H点水平调节行程，确定中心、长短轴、倾斜角。第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第三十页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第三十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期日眼椭圆样板在车身视图上的定位由H点水平调节量和眼椭圆百分位选样板在侧视图上，由最后H点向上作635mm垂直工作线和水平工作线,交点为眼椭圆自身坐标原点(靠背角25度，偏差可查表）在俯视图上定位第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第三十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期日眼椭圆样板定位第二节汽车驾驶员眼椭圆及视野设计第三十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期日前方视野在车身布置图上，根据眼椭圆可作出驾驶员的前方视野范围。前方视野的要求最小垂直视角：上视角应保证能观察到车辆前方12m远、5m高的信号灯，下视角不应在车辆前端产生过大的盲区。最小水平视角：一般大与70°。关于人车视野性设计眼椭圆定位方法第三十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期日视野盲区确定前方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。图为由轿车各支柱形成的视野盲区。关于人车视野性设计车身各支柱形成的视野盲区第三十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期日仪表板盲区校核关于人车视野性设计第三十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期日后方视野（车内后视镜、车外后视镜）后视镜设计主要包括正确选择曲率半径、镜面大小、安装位置及倾角、后视镜个数以及为实现后视野设计要求的后视镜结构设计。关于人车视野性设计第三十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期日两种方法：SAE眼椭圆确定法和EEC视点确定法（国家标准GB11565-1989《轿车风窗玻璃刮水器刮刷面积》或81/643EEC）。风窗玻璃刮扫面积及部位的校核第三十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期日SAE眼椭圆法轿车雨刮形式及布置第三十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期日轿车前风窗玻璃刮刷面积要求(SAE)风窗玻璃刮扫面积及部位的校核第四十页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第三节驾驶员的手伸及界面第四十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期日驾驶员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。此曲面所包络的空间范围，为驾驶员的操纵范围。第四十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期日影响伸及能力的因素驾驶员自身因素：男、女百分位驾驶室结构尺寸：座椅靠背角β最后H点至踵点的垂直距离H点的水平调节范围方向盘直径D方向盘倾斜角WA方向盘中心至踵点的水平距离Wx方向盘中心至踵点的垂直距离Wz第四十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期日适用范围：座椅靠背角β：9.0°～33.0°最后H点至踵点的垂直距离：130mm～520mmH点的水平调节范围：≥130mm方向盘直径D：330mm～600mm方向盘倾斜角WA：10°～70°方向盘中心至踵点的水平距离Wx：660～152mm方向盘中心至踵点的垂直距离Wz：530～838mm利用综合因子G来评价上述尺寸对手伸及界面的综合影响：G因子分7档为：G<-1.25；-1.24<G<-0.75；-0.74<G<-0.25；-0.24<G<0.24；0.25<G<0.74；0.75<G<1.24；1.25<G男女驾驶员的比例关系：50／50、75／25、90／10形成21种方案，可查表设计。影响伸及能力的因素第四十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期日手伸及界面表格示例检验步骤：(P81)

测量尺寸；计算G值；查表，并校核。国际标准ISO3958表格所述及的手伸及界面,适用于三点式安全带,且为驾驶员三指呈捏式的指尖伸及面。第四十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期日检验步骤如下：（1）测量出欲检验汽车驾驶室的以下几项尺寸：Hz,D,Wx,Wz,α，β，γ与手伸及界面有关的驾驶室尺寸；（2）根据标准中给出的驾驶室尺寸综合因子G的计算公式算出G值；（3）算出手伸及界面及界面前后方向上基准面HR离踵点的距离d，确定该基准面的位置；（4）用基准面HR、驾驶员座椅对称平面以及通过最后H点的水