人機工程學(xué)在汽車設(shè)計中應(yīng)用.doc

人機工程課程論文 題目: 人機工程學(xué)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 生 學(xué) 號： 專 業(yè) 名 稱： 機械工程 所 屬 學(xué) 院： 機械工程 2015年6月人機工程學(xué)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人機工程學(xué)理論在產(chǎn)品設(shè)計中占有越來越高的地位。而作為與人類生活息息相關(guān)的汽車，人機工程學(xué)在汽車設(shè)計之中的應(yīng)用顯得尤為重要。無論是以駕駛員為中心還是以乘坐人員為中心，都應(yīng)最大限度地滿足人們的需求。并且各種主、被動保護措施也使人們在突發(fā)危險時，能最大限度地減小傷害，確保人的安全?？傊囋O(shè)計中的各種設(shè)計都應(yīng)該將人的因素考慮其中，確保了以人為主的設(shè)計原則，使汽車更完美地服務(wù)于人們。本文主要闡述了人機工程學(xué)概念以及人機工程理論在汽車車身設(shè)計、汽車座椅設(shè)計、安全方面的設(shè)計中的應(yīng)用。關(guān)鍵字：人機工程學(xué)；汽車車身設(shè)計；汽車座椅設(shè)計；安全性設(shè)計Abstract：With the development of science and technology, ergonomics theory occupies more and more high status in the product design. As a car is closely related to human life, the application of ergonomics in automobile design is particularly important. Both for the center with the driver to take people as the center, should be maximally satisfy peoples needs. And all sorts of main and passive measures also make people safety and minimize harm in immediate danger, Anyhow, all sorts of design should consider including the human factor, to ensure that the design principle is given priority to people and make the car perfectly serve the people. This article mainly expounds the concept and the theory of ergonomics in the automobile body design, automotive seat design, the application of the safety aspects of the design.Key word：ergonomics; automobile body design; automotive seat design; security design0.緒論人機工程學(xué)是工業(yè)工程研究的眾多重要學(xué)科領(lǐng)域之一。所謂的人機工程學(xué)，亦即是應(yīng)用人體測量學(xué)、人體力學(xué)、勞動生理學(xué)、勞動心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對人體結(jié)構(gòu)特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關(guān)系以及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、以及動作時的習(xí)慣等人體機能特征參數(shù)，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應(yīng)能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對工作效率的影響等。在汽車設(shè)計中的人機工程學(xué)稱為車輛人機工程學(xué)，它是以改善駕駛員的勞動條件和車內(nèi)人員的舒適性為核心，以人的安全、健康、舒適為目標(biāo)，力求使整個系統(tǒng)總體性能達到最優(yōu)1。1.人機工程學(xué)在車身設(shè)計中的應(yīng)用主動安全性是指汽車防止事故的能力。車身的主動安全性能包括：照明燈、信號燈的性能，汽車的前，后視野性能，實現(xiàn)操縱穩(wěn)定性及制動性等。1.1照明燈前照燈的燈光強弱，照射距離及防炫目裝置就是根據(jù)人眼的生理特點和人機工程學(xué)原理設(shè)計而成。為了滿足不同駕駛環(huán)境(雨，霧和雪等)，路面狀況，交通密集以及駕駛條件（高速，轉(zhuǎn)彎等）下自動控制前照燈的光束模式，日KOITO公司研究的智能燈光系統(tǒng)，歐洲研究的先進前照燈系統(tǒng)，本田等公司的可動式前照燈系統(tǒng)、博世公司的光線疊加自適性前照燈系統(tǒng)以及VALEO公司的燈光系統(tǒng)等都能根據(jù)不同的外界條件自動控制前照燈所發(fā)出的光束形狀，強度和發(fā)光方向2。此外，霧燈，示寬燈，倒車燈，牌照燈，踏步燈，檢修用燈以及轉(zhuǎn)彎指示燈等也都是根據(jù)駕駛員的不同需要而設(shè)計的。1.2汽車的前、后視野 為保證駕駛?cè)藛T有盡可能寬廣的視野，前支柱（A柱）中央支柱（B柱）和后支柱（C柱）的粗細及位置很重要。設(shè)計上，必須根據(jù)駕駛員的眼橢圓范圍確定風(fēng)窗玻璃掛掃面積和部位，并在滿足翻車安全保障和前窗振動抑制要求的前提下，以最細的支柱來減小視野死角。提供后視野的后視鏡也要保證駕駛員有足夠的后視范圍。FIAT公司的MULTIPLA采用的雙片可調(diào)式小圓鏡后視鏡不僅可以使駕駛員看到車后其它車輛的行駛狀況，而且也可觀察后車胎與路面的接觸情況。圖1 普通后視鏡與采用雙片可調(diào)式小圓鏡后視鏡1.3操作的穩(wěn)性定與制動性制動踏板和手柄的行程和位置，必須滿足一般身材人體的需要，踏板力，手柄等也應(yīng)適應(yīng)一般人群，因為這些都對制動性能影響較大，據(jù)報道，美國有5%的女性司機由于身材矮小為踩上腳踏板而使身體與方向盤的距離小于2cm，當(dāng)氣囊膨脹時脖子常受到傷害。此外，車身總質(zhì)量大小及軸荷分配，整體轉(zhuǎn)動慣量，車身空氣動力學(xué)特性，車身重心高度和相關(guān)部件剛度等也都對操作穩(wěn)定性有一定影響。2.人機工程學(xué)在座椅設(shè)計中的應(yīng)用汽車的座椅是汽車內(nèi)部很重要的組成部分，汽車座椅設(shè)計主要包括座椅造型設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、顏色設(shè)計等。在人體接觸車輛之前，首先給人的是視覺感官沖擊，好的座椅設(shè)計能在第一時間獲得人們的認同，因此，一個好的座椅設(shè)計能夠給使用者帶來良好的駕駛環(huán)境，營造舒適、安全的駕乘環(huán)境，有效的降低交通事故的發(fā)生。能夠很好的引起消費者的關(guān)注。2.1座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅實平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導(dǎo)致腰酸背痛現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明：過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩(wěn)定性，而且不易改變坐姿，容易產(chǎn)生疲勞。依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計時應(yīng)保證有靠背兩點支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車座椅設(shè)計時應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點支撐，第一支撐點位于人體第56胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支撐設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證坐姿下的近似于正常的腰弧曲線。座椅材料是座椅的主要減振元件，要想使座椅獲得較低的振動傳遞率，使座椅有較高的振動舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料。根據(jù)駕駛室的微氣候環(huán)境，調(diào)整座椅表面的濕溫度特性，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)人體代謝，達到減輕疲勞的目的。圖2.1 汽車座椅的結(jié)構(gòu)2.2座椅舒適性設(shè)計根據(jù)人機工程學(xué)原理,為保證良好的舒適度，針對靜態(tài)舒適度，設(shè)計中應(yīng)遵循以下原則： 座椅尺寸應(yīng)與人體測量尺寸相適宜；座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢，并能最大范圍滿足各類人體的乘坐要求；座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部 充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)3。座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發(fā)現(xiàn)這并非唯一最主要的影響因素。許多 文獻都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對于是否能使人保持良好坐姿，減少 人體疲勞具有重要作用。從人機工程學(xué)的角度來講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此 ，座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結(jié)構(gòu)設(shè)計中十分重要。 乘員正常入座時，人體身軀與大腿的連接點胯點(hip point)簡稱H點，H點的位置是決定 駕駛員操作方便、乘坐舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)。此外，座椅的調(diào)節(jié)特性對座椅的舒適度影響很大，已成為座椅舒適度設(shè)計中重點考慮的因素。壓力分布是導(dǎo)致不舒適的最主要的 生物力學(xué)因素，通過界面壓力對座椅舒適度進行評價是一種重要客觀、有效的方法。消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預(yù)測座椅的不舒適性。國內(nèi)外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。目前，國內(nèi)在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：沒有針對中國人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；對于座椅靜態(tài)舒適性評價還沒有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；在應(yīng)用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)建模方法評價舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進一步研究4。2.3座椅空間位置設(shè)計座椅空間位置設(shè)計就是為了達到操作舒適性的目標(biāo)，而進行駕駛室座椅空間位置設(shè)計以確保駕駛員有良好的視野，同時對汽車轉(zhuǎn)向盤、腳踏板等操作部件有恰當(dāng)?shù)牟僮饕缶嚯x，以達到操作舒適性的最終目的。圖2列出了駕駛作業(yè)空間設(shè)計的主要指標(biāo)。圖2.2 駕駛作業(yè)空間設(shè)計的主要指標(biāo)3.人機工程學(xué)在安全設(shè)計中的應(yīng)用隨著生活水平的提高，人們對所乘坐汽車的安全性也提出了更高的要求。而ABS（剎車防抱死系統(tǒng)），ESP（電子穩(wěn)定系統(tǒng)），以及EBD（電子助力轉(zhuǎn)向）等的發(fā)明標(biāo)志著車輛的安全性能得到提高，并且在人機工程學(xué)方面也起到了一定的作用5。預(yù)緊式安全帶確保了車輛在發(fā)生交通事故時使人們的身體一直與座椅保持接觸狀態(tài)，防止了因身體的過度前傾而使身體受傷害，因為在大部分的事故中，因人的身體過分前傾而造成的傷害太多了。 我們都知道在戰(zhàn)斗機中，飛行員頭盔前面的玻璃既起到保護作用，也同時起到了顯示屏的作用。寶馬公司發(fā)明的抬頭顯示系統(tǒng)便和這個大同小異。通過投影技術(shù)將相關(guān)信息顯示在風(fēng)擋玻璃上，在保證不影響駕駛員視野的同時提供了豐富的信息，使駕駛員不用低頭，只需變化一下焦點就能做到“一切盡收眼底”，從而避免了注意力的分散，駕駛安全性得到了保證，同時也確保了人機信息的快速交換，相應(yīng)的操作效率也得到大幅度的提升。在光線進入人眼的管線瞬間出現(xiàn)變化時，人眼會出現(xiàn)瞬間無法看清面前的物體，往往需要一段時間才能看清物體，這被稱為適應(yīng)。在夜間駕車的過程中，當(dāng)兩車相對行駛的過程中，由于雙方的車燈亮度不同，較亮的一方的車燈就會使對方瞬間失明，甚至出現(xiàn)嚴重事故?，F(xiàn)在人們開始對車燈進行了改良，采用了冷光車燈，并且加入了轉(zhuǎn)向隨動系統(tǒng)，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時，燈光的照射方向也隨之發(fā)生改變，這種設(shè)計使夜間行車變得安全，危險系數(shù)也變低了8。 雖然在夜間有了車燈，但人眼的視覺范圍是有限的，距離較遠是仍無法看清遠處的物體。而車載夜視系統(tǒng)的出現(xiàn)無疑解決了這一問題，這樣，即使是在大霧天氣下也能看清周圍一切，而這也同樣保障了人身安全，確保了在不良視野下的安全駕駛。 在未來的汽車安全方面的設(shè)計中，智能安全氣囊，倒車影像，ESC電子穩(wěn)定控制，胎壓低壓報警和側(cè)氣簾會漸漸成為主流配置。此外，車內(nèi)緊急呼叫、智能巡航等也會被采用，利用雷達和傳感器在保證車距的同時預(yù)測危險并在駕駛員做出反應(yīng)之前剎車，避免事故發(fā)生10。4.結(jié)論隨著汽車在日常生活中的廣泛應(yīng)用，人機工程學(xué)設(shè)計就顯得更加重要，而在今后的汽車設(shè)計中，越來越多的人機工程學(xué)設(shè)計將被采納。體現(xiàn)了更多的人性化的設(shè)計元素。舒適、安全正被更多的人所重視，符合安全人機工程學(xué)的產(chǎn)品必然會獲得成功。而那些符合人機工程學(xué)的設(shè)計產(chǎn)品，能給人們創(chuàng)造一種舒適的環(huán)境，讓人們的駕駛過程變得更加愉快，將會成為未來發(fā)展趨勢。參考文獻1 劉東明,孫桂林.安全人機工程學(xué)M.北京：中國勞動出版社，19932 郭竹亭.汽車車身設(shè)計.吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1992年3 黃天澤.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2003年4 吳翔.產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計.中國輕工業(yè)出版社,2000年5 謝慶森,王秉權(quán)主編.安全人機工程.天津大學(xué)出版社,19996 王宣，李宏光等.現(xiàn)代汽車安全M.北京：人民交通出版社，19987 王惠軍.汽車造型設(shè)計.國防工業(yè)出版社,2007年8 劉維信汽車設(shè)計M北京：清華大學(xué)出