人机工程学在汽车内部空间设计的应用

人机工程学在汽车内部空间设计的应用07机Y407122019宋增斌序言环境是影响安全、健康和舒适的因素，内部空间、光环境、色环境、空气环境等环境因素均会影响驾驶员的操作。因此，轿车驾驶室的设计也要从人一环境关系方面加以考虑。进行汽车内部空间设计时，在人有可能干涉的地方都应该合理设计，才能保证乘坐舒适性和撞车安全性。人机工程学简介所谓人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等一.车身侧围为保证侧面碰撞时乘员的安全，应设法将侧碰力有效地转移到车身具有保护作用的梁、柱、地板、车顶及其他构件上，使撞击力被这些构件分散、吸收。为此，可采取以下措施：：①增加防撞横梁提高车门强度；度；②合理设计侧围A、B、c柱的截面形状及增加板厚及相应部位联结刚度，保证侧碰力有效传递到整个车身；；③增加门槛梁强度，保证将碰击力有效分散给地板等其他构件；④在B立柱及仪表板下面及后风窗下面安装加强横梁等；⑤合理设计门锁及门铰，既要防止侧碰时车门自动打开，又要保证碰撞后车门容易开启，以利于救护。此外，根据人体不同部位的易伤害程度不同，可有效控制侧面变形形式。如，由于人体头部、胸部和肋骨是最易被伤害的部分，SAAB公司将侧面结构设计成具有“钟摆式”特点，使B柱底部发生大的变形，而上部相当于钟摆的“摆心”，使危险部位降到人的腿部，而减轻侧撞造成的伤害。在MERCEDES-BENZ190上采取了以下防侧撞措施：①在各立柱或车顶构架中，采用了离张力钢板：②对地板送行了强度改进，并采用了贯通其左右两端的横梁结构，既能增加强度，又改善和提高了对冲击的吸收能力，地板采用中央通道结构作为传动通道贯通于地板前后，而车架十字梁把整个地板进行纵向截交，从而加强地板的刚度；③仪表板内侧设有横梁可以减少车身挠曲，减少车厢变形；④侧门横梁设计成既可以吸收冲击能量，而后又能自行断裂，防止其弯曲后向车厢内穿刺；⑤取消座椅扶手，减少内部凸起物；⑥车门与其内饰间插入缓冲垫，增援横向缓冲能力。二.膝部空间驾驶员的膝部空间直接影响到操作方便性和撞车时驾驶员身体的运动轨迹及伤害程度，膝部空间主要指仪表板下方与膝部之间的空间，其设计应以膝部包络线为依据，在包络线与仪表板下方之间留有适当间隙。膝部包络线是指小腿绕踝点运动操作踏板时，膝部(特征点)扫过的轨迹形成的包络线。将95％百分位的膝部包络线定位与车身图上，再在包络线与仪表板下方之间留出适当间隙。除了使用安全带、安全气囊、能量吸收转向柱(二次伸缩式方向盘)和膝垫等外，为保证碰撞发生时乘员的安全，车身前部设计还必须满足以下两点：①尽量缓解乘员受到的冲击，尽可能地吸收车辆及乘员的运动能量；②确保乘员的有效生存空间，并保证碰撞后乘员易于逃脱和进行车外救护。为此，车身前部(如方向盘)在碰撞发生时必须能迅速退到规定的范围内，而且受压各部件的变形形式也必须得到控制，以防止车轮、发动机、变速箱等刚性部件侵入驾驶室而伤害驾驶入员。此外，还必须保证驾驶室坚固、不易交形以利于乘员快速逃脱。三.光环境驾驶员在驾驶汽车时，中枢神经系统和视觉器官(眼睛)始终处于注意力集中的紧张状态，不断地进行信息收集、分析、判断、发出指令等处理过程，当驾驶时间一长，便会引起视觉疲劳和中枢神经系统疲劳。为了减少驾驶员的视觉疲劳，汽车驾驶室内必须要有良好的光环境，以便驾驶员能够舒适、快速地进行各种信息的识别和判断。对于作业场所的光环境，有天然采光和人工照明两种。由于汽车车窗玻璃的透光性比较好，在白天光线较亮时，驾驶员都能较好地进行观察。所以，在汽车驾驶室内考虑光环境，主要考虑夜间或者白天能见度较低时所使用的车内人工照明。在轿车驾驶室内，为了创造良好的视觉工作条件，应有足够的亮度。因为在亮光下，瞳孔缩小，视网膜上成像更为清晰，视物更清楚，并且良好的照明能提高近视力和远视力。当照明不良时，因反复努力辨认，易使视觉疲劳，工作不能持久。视觉疲劳会引起视力下降、眼球发胀、头痛以及其他疾病而影响健康，并会引起操作失误。据统计，夜间发生道路交通事故的可能性比白天高1．O～l。5倍，而且重大事故多，损失严重。发生事故的一个主要原因就是照度水平低，驾驶员视认条件差。但是，轿车驾驶室内的亮度也不应过高，因为人眼在亮度对比过大或物体及其周围背景发出刺目和耀眼光线时(即在弦光状况下），会因瞳孔缩小而降低视网膜上的照度，并在大脑皮层细胞间产生相互作用，使视觉模糊。眩光在眼球介质内散射，也会减弱物体与背景间的对比，造成不舒适的视觉条件，进而导致视觉疲劳。因此，轿车驾驶室内的照明亮度应适度，不然亮度过高或过低都会造成对驾驶员驾驶的不良影响。此外，在考虑轿车内的照明时，要特别注意到的是：驾驶员在夜间驾驶时，首先要从车外进入车内，并且一般的都是从较暗环境进入到车内进行驾驶操作，因此当驾驶员开启车内照明系统时，往往有一个视觉上的明适应过程(人由暗处进入到明亮处，刚开始看不清物体，需要经过一段适应的时间后，才能看清物体)；而当驾驶员在夜间从车内走到车外时，同样存在着一个视觉上的暗适应过程(人从光亮处进入黑暗处，也需要经过一段时间才能看清物体)。明适应时间一般需2～3min，暗适应时间大约要30min发右。人眼虽然有一个对亮度变化的适应性，但是当视野内明暗急剧变化时，眼睛却不能很好适应，从而会产生视觉疲劳和引起视力下降。因此，考虑到人的这种视觉适应过程特点，建议轿车内的照明系统能够设置成亮度可调节式的。当驾驶员夜间从车外较暗环境进入到车内时，可以先使用一个较暗的照明亮度，经过短暂的适应后再将照明调亮。这样，能够缓和车内外这种亮度变化给人眼所造成的刺激，并能使人的眼睛从一个舒适状态开始驾驶。反之，当驾驶员夜间从车内走到车外时，可在走出前将车内照明逐步调暗，这同样能使驾驶员较好地适应车内外这种亮度的变化，并且可避免驾驶员因不能清楚地观察周边环境而可能导致的事故的发生。所以，对于轿车驾驶室的照明，除了要求其亮度缓和、均匀和稳定之外，最好还应将照明系统设置成可调节式的，这样，能够进一步提高驾驶员驾驶的舒适性和安全性。四.色彩环境色彩是人体视觉的生理特性以及人的心理属性的综合反映。好的色彩环境有助于提高工作效率，减少或避免差错，提高人对信号、标志的辨别速度，且可加快恢复人的视觉能力，减少疲劳等；而坏的色彩环境将影响人的心理情绪和视觉功能，影响工作效率。驾驶室的色彩配置一般以较低明度的偏冷色，使驾驶员在视觉和心理上产生柔和和安静的感觉，以愉快的情绪驾驶汽车保证安全性。色彩对人的生理和心理作用是明显的。在不同的色彩环境里，人的脉搏、血液循环、消化系统等都有不同的变化。据有关研究测试表明，人在绿色环境中皮肤温度可以降低l～2.2℃，脉搏每分钟减少4～8次，而在浅红色的房间里，脉搏变快；在黄色的房间里脉搏正常；在白色的房闻里脉搏变慢。由于色彩的这种影响，所以在对环境的色彩进行选择时，应考虑到人对不同色彩的各种生理和心理反应，以便选用的环境色彩能符合人的生理、心理特点。在对工作环境进行色彩设计时，应当正确选择。这样，能使工作环境对人有良好的生理、心理作用，能使人的心绪安静下来，从而提高人的工作效率。相反，如果色彩的选用不恰当，则会引起人的视觉疲劳，影响情绪，因而会降低工作的效率和质量。对于轿车驾驶室内色彩，考虑到驾驶员的驾驶是一个较长时间的高注意力作业过程，所以要求车内色彩应平缓、柔和、无强烈刺激，仪表板上的各种文字、刻度、符号威清晰、易辨，以使驾驶员能够保持一个较为平静、舒适的心情进行驾驶。由于冷色(蓝色、浅蓝色等)和淡浅颜色(如白色)能够使人有宁静感，并能促进入的注意力集中，因此这些色彩适用于操作者停留时间较长、注意力较集中的环境场所。考虑到色彩的这一特性以及驾驶对车内色彩的要求，所以在轿车内宜选用冷色和浅淡颜色作为其主体色彩，另外考虑到车内色彩亮度不能太高，以免造成对视觉刺激过大而产生疲劳，因此建议在轿车驾驶室内使用中明度、中纯度的浅色调作为主体色彩，如乳白色、浅蓝灰色等。因为车内存在许多不同的部分，因此在考虑了驾驶室内主体色之外，还要根据车内各自不同的部分来进行不同的色彩设置。总的来说，车内色彩应该是上明下暗，上淡下深，上轻轻下重，这样符合人的视觉稳定规律和自然平衡稳定规律。因此，可以考虑在轿车驾驶室的地板使用中等明度、低纯度的色彩。此外，在轿车内色彩的配置时，要考虑各部分的色彩应与其本身的功能作用相适应，特别是车内的视觉显示装置部分和操纵装置部分。针对视觉显示装置部分，为了使驾驶员能清晰、舒适、有效地识别信息，应对视觉显示装置进行最清晰、最有效的色彩搭配选用。对于操纵装置，主要应考虑使各种操纵件的色彩与材质相结合，以符合人的使用习惯。所以，在驾驶室内的色彩设计时，不仅要考虑整个环境色彩的统一、协调，还要针对各部分本身的特殊要求进行考虑，以使车内的色彩能够满足人的心理与生理要求。在视觉显示装置的设计中，色彩对显示的效果、识别的清晰程度都有着重要影响。为了创造一个良好的工作和生活环境，视觉显示装置的色彩设计应该具有良好的传达性、记忆性、舒适安全性和联想性。汽车内部的色彩设计，应根据不同情况和需要，采用不同的色彩。在驾驶室内，要求色彩无刺激、无强烈的反光，仪表板上的各种文字、刻度、符号应清晰、易辨。据人机工程学原理可知，人在对不同颜色进行辨认时，通过视力的辨别，也会产生不同的影响。人从远处对前方的不同颜色进行辨认时，其易辨认的顺序是红、绿、黄、白，即红色最先被看到。对于不同颜色搭配的识别，表1列出了人眼对不同颜色搭配进行辨认的能力高低的顺序。1.颜色的匹配及清晰程度在汽车内部视觉显示装置中，仪表和显示器基本安装在仪表板上。为了使驾驶员能够清晰、舒适、有效地识别信息，不仅要求单个仪表的颜色搭配好，而且多个仪表安装在一起时的颜色也要搭配好，也就是总体颜色协调、明快、稳定，在配色上既满足显示装置的功能要求，又满足使用者的认知和审美要求。在汽车的驾驶过程中，它的安全性是首先必须考虑的因素，因此，在汽车仪表显示的要求中，可辨性就成为其色彩设计时首先要考虑的因素。仪表盘面是仪表的重要功能部件，它是仪表运行结果的指示部分，它的颜色选择对于仪表的可辨性影响很大，所以应重点考虑盘面的颜色。为了使盘面部分清晰、显眼，以及盘面、指针和字符等统一，要求运用人机学研究提供的清晰色彩搭配方法来进行设计。在汽车的仪表设计中，要考虑到它的特殊性：驾驶员在进行仪表认读时，一般是将视线从车外转到车内，然后又要快速转回车外，其所需时间非常短，因此，如果按照一般仪表的认读方式来进行设计，指针使用黑色，其显示会不够醒目，不能让驾驶员在较短时间做出判断。所以，在汽车仪表的指针色彩上需要使用比较醒目的颜色如黄色或红色等。在现行轿车中，仪表也基本都是黑底、白字和红色指针的搭配。五.空气环境人们在通风不良的室内工作或生活，往往会引起诸如头痛、疲倦、呕吐，呼吸急促、心率加快等不舒适感。严重，会使人窒息死亡，轻者也会影响人们的工作效率。所以，为了保障人体健康和维持人机系统的效能和安全，有必要对室内工作环境的空气进行改善，尤其是小空间的工作环境。由于汽车驾驶室内空间比较小，因此考虑到驾驶员的健康和安全，需要采用一定的空气调节装置以保证汽车驾驶室内的空气质量。在工作环境中，对空气质量产生影响的因素有：空气的湿度、温度、气流、清洁度等。对于轿车驾驶室，为了保证驾驶员能有一个适宜的空气环境，应利用车内的空气调节装置对驾驶室内进行空气的湿度、温度、气流、清洁度等的调整，以满足驾驶员驾驶的舒适性，并且，最好应使装置有自动感应室内空气质量的能力，当空气质量指标超出一