汽车设计中的人机工程学

1汽车设计中的人机工程学内容概述人机工程概论一汽车设计中的相关应用各国相关标准汽车总布置设计中的相关校核三二四3人机工程概论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；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。汽车设计中的相关应用汽车属于人来操纵和使用的一种运动机械，它也是和人的工作及日常生活最为密切的一种机械，要求汽车，尤其是轿车设计项符合人的生理特征和满足人的心理需要。人机工程概念最早在1961年美国政府对军用汽车要求中提出（AD261132）它包括：座椅舒适性，操纵机构方便性，仪表板警告指示可视性，上下车安全和方便性，保养容易可接近性等。5注：其中前6项与轿车总布置关系最大，直接需要总布置进行设计和校核。汽车设计中的相关应用NO.1确定汽车造型的硬点尺寸NO.2确定汽车内部空间尺寸NO.3校核驾驶员的最佳坐姿NO.4校核操纵方便性NO.5校核视野NO.6校核上下车方便性NO.7汽车乘坐安全性（主动、被动安全性）NO.8汽车舒适性（噪音、振动、乘坐空间和温度）NO.9汽车使用方便性NO.10汽车装配保养方便性NO.11轿车娱乐性（收音机、CD、DVD机等）NO.12轿车外形观赏性（车型样式、色彩等）6各国相关标准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7各国相关标准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8各国相关标准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9人体坐姿校核校核目的在整车布置设计的过程中,为了能尽量降低驾驶员的疲劳程度,通过对人体的生理结构进行研究而得到人体的舒适驾驶姿势，这是在总布置设计中必须遵守的依据，同时本着提高车内空间利用率、满足外造型和整车尺寸原则，进行人性化的最优化设计。校核内容驾驶员SAE95%人体坐姿舒适性校核后排乘员SAE95%人体坐姿舒适性校核驾驶员SAE5%人体坐姿舒适性校核引用标准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10人体坐姿校核驾驶员SAE95%人体坐姿舒适性校核根据踵点，踏板参考点，驾驶员设计H点、方向盘中心位置及座椅靠背角确定驾驶员坐姿，对以下尺寸进行测量：H30-1R点到踵点的垂直距离L53R点到踵点的水平距离A40-1靠背角A42-1躯干与大腿夹角A57-1大腿与水平面夹角A44-1膝盖角A46-1踝角H61-1头部有效空间H47-1头部包络线与顶蓬的最小间隙11人体坐姿校核轿车驾驶员人体坐姿舒适推荐值对于驾驶员人体坐姿除应满足上表中的推荐值外，还应与参考车型进行对比分析。代码尺寸名称舒适参考范围H30-1R点到踵点的垂直距离（mm）250-405L53R点到踵点的水平距离（mm）——A40-1靠背角（°）20-30A42-1躯干与大腿夹角（°）95-115A57-1大腿与水平面夹角（°）——A44-1膝盖角（°）100-145A46-1脚角（°）87-11012人体坐姿校核后排乘客SAE95%人体坐姿舒适性校核根据踵点，地板平面，后排乘客设计H点位置及座椅靠背角确定后排乘客坐姿，对以下尺寸进行测量：H30-2R点到踵点的垂直距离——R点到踵点的水平距离A40-2靠背角A42-2躯干与大腿夹角A57-2大腿与水平面夹角A44-2膝盖角A46-2踝角H61-2头部有效空间H47-2头部包络线与顶蓬的最小间隙13人体坐姿校核轿车后排乘客人体坐姿舒适推荐值对于后排乘客人体坐姿除应满足上表中的推荐值外，还应与参考车型进行对比分析。14视野校核校核目的在汽车设计中，驾驶员视野直接影响汽车的使用和安全等，在进行布置设计时必须考虑视野是否符合法规要求及使用要求。校核内容前风窗基准点校核驾驶员前方180°视野校核A柱双目障碍角校核A、B、C柱直接视野障碍校核后视镜视野校核引用标准GB15084-2006汽车后视镜的性能和安装要求GB11562-1994汽车驾驶员前方视野要求及测量方法SAEJ941-2002汽车驾驶员眼点位置SAEJ1050-2003驾驶员视野的描述和测量EEC-649机动车辆驾驶员视野方面EEC-127机动车辆的后视镜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15视野校核前风窗基准点校核按照GB11562-1994（与EEC-649相同）规定前风窗玻璃透明区至少应包括风窗玻璃基准点联线所包围的面积。这些基准点是：基准点a，V1点水平向前偏左17°；基准点b，V1点向前沿铅垂面偏上7°；基准点c，V2点向前沿铅垂面偏下5°；辅助基准点a`、b`、c`与a、b、c点关于汽车纵向对称平面对称;V点的确定当靠背角等于25°时，V点相对R点的坐标见下表：16视野校核驾驶员前方180°视野校核A柱双目障碍角校核A、B、C柱直接视野障碍校核后视镜视野校核20m4m17前风窗玻璃刮刷面积校核校核目的为了使风窗玻璃刮水器有效地清除附着在挡风玻璃上的雾、霜、雨、雪、泥、尘埃及其他污物，保证驾驶员的视线清晰，保证雨雪天气行车安全，整车设计时需对风窗雨刮器进行刮刷面积校核分析。校核内容风窗玻璃A、B区确定刮刷面积校核引用标准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18前风窗玻璃刮刷面积校核前风窗玻璃A、B区确定视野区域A是下述从V点向前延伸的4个平面与挡风玻璃外表面相交的交线所封闭的面积：通过V1和V2点且在X轴的左侧与X轴成13°角的铅垂平面；通过V1点，与X轴成3°仰角且与Y轴平行的平面；通过V2点，与X轴成1°俯角且与Y轴平行的平面；通过V1和V2点且在X轴的右侧与X轴成20°角的铅垂平面。视野区域B是指由下述4个平面所围成的挡风玻璃外表面的面积，且距挡风玻璃透明区的边缘向内至少25mm：通过V1点，与X轴成7°仰角且与Y轴平行的平面；通过V2点，与X轴成5°俯角且与Y轴平行的平面；通过V1与V2点且在X轴的左侧与X轴成17°角的铅垂平面；以车辆纵向中间平面为基准面且与上一条中的平面对称的平面。19前风窗玻璃刮刷面积校核前风窗玻璃A、B区确定前风窗玻璃雨刮器法规要求雨刮器的刮刷面积覆盖B区域应不少于80%；雨刮器的刮刷面积覆盖A区域应不少于98%。20手伸及界面校核校核目的驾驶室内的一切手操作钮件、杆件、开关等位置均应在驾驶员手伸及的范围之内，充分考虑人机工程学原理，使驾驶员在驾驶过程中最低限度的减少操作错误频率，进而达到安全驾驶的目的校核内容手伸及操纵件布置范围校核A、B区的按钮、开关位置的校核引用标准SAEJ1100-2005MotorVehicleDimensions（汽车尺寸）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21手伸及界面校核A、B区定义基准平面即经过方向盘中心，与Y轴垂直的纵向铅垂面。A区为基准平面的左边，B区为基准平面的右边。对于按钮、开关位置的布置应满足法规SAEJ1138-1999的要求。具体见下表：22踏板间距布置校核校核目的在汽车的行驶过程中，造成驾驶员操纵疲劳的主要因素是频繁踩踏，这就要求汽车驾驶室特别是驾驶员经常接触的三个踏板（离合踏板、制动踏板和加速踏板）的布置一定要合理。校核内容踏板排列位置校核踏板间距校核踏板落差校核引用标准GB/T17346-1998轿车脚踏板的侧向间距GB7258-2004机动车运行安全技术条件SAEJ1100-2005MotorVehicleDimensions（汽车尺寸）ECER35关于就脚控制件的布置方面批准车辆的统一规定23踏板间距布置校核踏板排列位置校核脚制动控制装置应以驾驶员的乘座观察角度，按照下列顺序由左至右进行布置：离合器踏板（如果有）、行车制动踏板、加速踏板。◆踏板间距的定义24上下车方便性校核校核目的上下车方便性是汽车总布置设计中必须考虑的重要因素之一。整车的布置设计必须满足乘员上下车方便性的要求。通过对人体生理和汽车结构相互关系的研究，可以得到人体的上下车方便性的角度和相关尺寸范围，这也是本报告校核参考的依据。校核内容车门立柱倾斜度对上下车方便性的影响上下车通道宽度对上下车方便性的影响车身侧壁倾斜度对上下车方便性的影响引用标准GB/T19234-2003乘用车尺寸代码SAEJ1100-2005MotorVehicleDimensions（汽车尺寸）25上下车方便性校核车门立柱倾斜度对上下车方便性的影响车门立柱应适当倾斜，当车门立柱直立时，前后座入座都会感到很别扭，如果将门立柱适当倾斜，则可以大大改善入座的方便性（见下图）。26上下车方便性校核上下车通道宽度对上下车方便性的影响上下车通道宽度尺寸要求（见下图）：L18是前车门打开时下部通道宽度，一般推荐要求L18﹥400mm；L19是后车门打开时下部通道宽度，一般推荐要求L19﹥250mm；L’是前车门打开时上部通道宽度，一般推荐要求L’﹥650mm；L”是后车门打开时上部通道宽度，一般推荐要求L”﹥650mm；L2是前车门立柱水平尺寸，一般推荐要求L2﹥700mm；L3是后车门立柱水平尺寸，一般推荐要求L3﹥600mm。27上下车方便性校核车身侧壁倾斜度对上下车方便性的影响侧壁倾斜度的要求：如下图所示，当K值（车门上缘与门槛之间的间距）为零时，乘客的上身必须倾斜30°以上才能进入车内，入座很费劲，轿车的K值一般取100～150mm（视车身高度有所变化），则人的上身只需稍许倾斜即可入座。必须指出，当K值过大时