基于人机工程的汽车设计方法

基于人机工程的汽车设计方法

高海领 陈姗姗

奇瑞汽车河南有限公司 河南 475000

摘要：汽车设计是一项贯穿整个车型开发过程的设计工作，是一个反馈协商，调整的过程。整车总布置从技术先进性，生产合理性和使用要求出发，正确选择性能、质量和主要尺寸参数，提出总体设计方案，为各部件设计提供整车参数和设计要求，保证整车性能。 

关键词：人机工程；汽车设计；方法；分析

1人机工程学概述  　　人机工程学最早发源于欧洲，并在美国形成具体理论并获得进一步发展，它是一门研究人在生产活动中如何合理、适度的劳动和用力的学科，简称“人机学”。人机工程学的基础研究对象是人-机-环境，通过运用心理学、生理学等有关学科按照人体和机械的工作特点和规律，合理的设计人和机械工作中所承担的职能，实现人-机的有效配合，进而为人营造一个舒适且安全的生产作业环境，实现工作效率最优化。企业产品附加值的提高需要从人机工程学的角度入手，设计并制造出符合人类工作习惯的人性化产品，从而激发消费者的购买欲望。 

2汽车人机工程设计的基本内容  　　2.1汽车人机工程设计的任务与要求

汽车的设计开发，必须围绕以人为中心的人性化前提展开。因此，汽车人机工程设计的任务就是开发出使驾驶者感到操纵方便、高效、不易疲劳，使乘坐者感到舒适、安全的汽车产品。由于驾驶者身材各异，而一种汽车的布置尺寸只有一种，要使一种操纵件的布置能最大限度地满足不同身材驾驶者的手脚伸及性与姿势舒适性的要求，必须对人机工程进行仔细研究。例如，同是操纵油门踏板，高个子驾驶者比矮个的座椅要靠后一些，但他们的手臂和腿的长度相差并不大，因此，高大的男人比娇小的女人更不易触到仪表板。对操作姿势来说，通过试验研究，由座椅、踏板和转向盘的位置以及驾驶者姿势参数的变化得到了驾驶者的舒适特性。  　　2.2对人体模型及百分位相关内容的简要分析

人机工程在汽车总装置设计中对人体模型及百分位的调整主要分为三种：即百分之五、百分之五十、百分之九十五。但人体模型的百分位具体是什么呢？研究人员对人体数据进行测量之后，就能结合这些数据制造出具有标准人体尺寸的人体模型。什么是百分位呢？百分位表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比。就拿百分之五百分位而言，百分之五百分位代表着人类可以对汽车使用的群体中有百分之五满足该项的设计，其他人的体型会比设计的体型更加的高大。同样的百分之五十百分位就是群体中有百分之五十的人满足该设计，其他人的体型要比设计的体型要大。百分之九十五百分位就是群体中有百分之九十五以上的人满足设计的要求，其他人的身形要比设计的大。 

3汽车上的人机工程  　　3.1仪表  　　仪表是为驾驶员提供汽车各方面行驶信息，是驾驶员发出正确操作指令的基础。因为汽车的高速行驶和路面情况瞬息万变，所以要求仪表为驾驶员提供精准信息的同时还要求提供的信息应该易于识别，便于快速识别，且不易误解。  　　驾驶负荷是认知资源的有限性问题，即认知过程中驾驶员的加工能力有限带来的负荷。驾驶负荷是一个多维度的结构，与驾驶环境下的多任务密切相关，受到任务、驾驶外部支持和个体因素的影响。从汽车人机界面设计的角度看驾驶负荷则应维持在合理水平，过高和过低的负荷水平均不利于驾驶的绩效。所以仪表的界面设计背景色与数字显示的分辨度应该要高一些，实验表明墨绿色和淡黄色仪表背景色配上白色和黑色的刻度时误读率最小;而黑色和灰黄色仪表背景色配上白色刻度线时误读率最高，不宜采用。在驾驶过程中，观看仪表是很频繁的动作，故而仪表的位置应该设置在最佳视线之内。根据人机工程学研究汽车仪表板的面板要在驾驶员的目视距离500毫米至700毫米之间。这个目视距离符合中国人的身材特点，也是结合多年的汽车仪表板的面板设计经验的结果而确定下来的。仪表板的平面与视线成30°角是最合理的范围。因为人视线的变化习惯从左到右，从上到下和顺时针方向运动，仪表的刻度方向设计应该遵循这个规律。当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最佳，故而仪表一般设计在视线中心左侧。夜晚如果仪表灯光通过前风窗玻璃反射到人眼里，那么仪表就会在前风窗上成像，在行驶的过程中严重干扰驾驶员对前方路面信息的接收和分析，影响到行车安全。故而人机工程要求：光线不能通过风窗玻璃的反射，射到驾驶员99%眼椭圆向外增加20mm偏距的眼椭圆内。在白天，组合仪表里面的指示灯射出的光线不能造成驾驶员炫目。  　　3.2按键  　　按键的尺寸，力度、行程决定了按键的灵敏度和驾驶者的疲劳程度。按键的位置排序按以下4个原则进行：（1）按按键的重要性排位置，越重要越靠近手边。（2）按频次排位，经常使用的按键优先排在操作舒适区里。（3）按功能排位，把功能相似的放在一起，比如4个窗户的升降控制按键，一般设置在驾驶座侧的门框上。（4）按使用顺序来排位，比如空气循环和温控开关，一般放一起。  　　近年来，触屏按键越来越流行，大有取代传统按键之势。触屏和传统按键各有优劣势，触屏不如传统按键有那么明显的反馈，触感比较弱。但是触屏有其自身优势，它不像传统按键那样只能担任一个功能，按键数量繁多。特别是因为电控技术的发展，汽车上的舒适性和安全性越来越重要，汽车内部增加了很多可以针对驾驶员个性化设置的按键，这个时候如果还是使用传统按键，就会使得按键数量激增，车内操作面杂乱无章，增加驾驶员的操作难度，增加误操作的概率。  　　3.3确定座椅调整范围和驾驶员设计基准点

汽车驾驶员设计参考点R的基准确定采用第95百分位二维人体模型。这种具体方法是确定地板平面图，通常设计为水平线。以人体模型踵点作为加速踏板的基准点，计算压缩地毯的厚度为15mm。考虑到坐垫和靠背的压缩，在参考数据和经验值的基础上，初步给出了R点的位置，R点的位置通过一组舒适的乘坐角度来确定。然后我们可以给出一个初步的座位调整和每个座位位置的R点轨迹。在现代汽车设计中，应考虑设计位置的R点向后延伸，同时考虑靠背角度的调整，留出余量，满足99%的座椅要求和制造需要。因此，将座椅滑轨调整到最终极限并不会让H点对应于R点的设计位置。加速踏板作为定点，观察的位置和角度的变化，并考虑离合器踏板操作方向盘和空间需求。 

3.4应用于踏板布置  　　踏板是汽车中的使用性相对频繁的部件，所以踏板的布置要满足舒适性，尤其是长时间操作时，在未踩下加速踏板时，踝关节的角度要确保能在87°以上，并且踩到底时，要保证踝关节的角度低于105°。踏板中心高度的确定要保证驾驶员在驾驶时，其脚部拇指点踩的位置在踏板中心。对于加速踏板来说，要根据踩踏行程确定前后位置，并且在满足所需空间的基础上，尽量选择靠前位置，可以达到节约空间的目的，而且加速踏板布置直接影响了驾驶员操纵的舒适性。另外，踏板表面所具有的倾斜角度是否合理也是一个关键因素，其决定了踩踏踏板时，驾驶员鞋底能否与踏板的表面良好贴合。踏板布置完成后，需要进行下肢舒适性研究，研究选用三种百分位驾驶员，还应该考虑特殊的驾驶情况，比如开车不允许穿高跟鞋。 

4结束语  　　未来，人机工程会进一步发展。工厂应以此为契机，不断完善现有人机工程体系的细节，使人机工程系统的优势得到深入的发掘。同时，将人机工程从在汽车制造生产线中的应用经验逐渐扩展到更多汽车相关领域，从而使人机工程体系更全面更高效的投入到实际应用之中，服务更多的工程领域。此外，人机工程系统的创新和普及，还会促进汽车制造行业的深层次发展。

参考文献

[1]卢小菊.人机工程在汽车设计中的应用[J].机械工程与自动化,2017(06):207-208+210.

[2]张露.人机工程在汽车总布置设计中的应用分析[J].时代汽车,2017(16):84-86.

[3]程琳,关太炎.浅谈人机工程在汽车工程中的应用[J].山东工业技术,2016(01):70.

[4]曾满林,戴礼强,赵福全.基于人机工程的汽车设计方法[J].工业工程,2012,15(05):55-59.