汽車(chē)的人機(jī)工程學(xué)

1、汽車(chē)的人機(jī)工程學(xué)汽車(chē)駕駛座椅布置設(shè)計(jì)H 點(diǎn)人體模型中的H點(diǎn)是人體身軀與大腿的連接點(diǎn),即跨點(diǎn)(Hip Point) ,它是與操作方便性及坐姿舒適性相關(guān)的車(chē)內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)點(diǎn)。駕駛員以正常姿勢(shì)入座后,其體重的大部分通過(guò)臀部由座椅和坐墊來(lái)支撐,一部分通過(guò)背部和腰部由靠背來(lái)承受,另一部分通過(guò)左右手作用于方向盤(pán)上。在這種特定的約束坐姿下,駕駛員在操作時(shí)身軀上部的活動(dòng)必然是繞過(guò)實(shí)際H 點(diǎn)的橫向水平軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。人機(jī)工程學(xué)專(zhuān)家從多方面研究表明為了減輕駕駛員駕駛時(shí)的疲勞,駕駛員身體各部分之間的夾角應(yīng)當(dāng)保持在某一合理的范圍之內(nèi), 這些角度稱(chēng)為舒適角 (見(jiàn)圖1 )H 點(diǎn)的分布區(qū)域的約束條件有如下幾方面:( 1 ) 下肢

2、舒適性約束：以駕駛員下肢的關(guān)節(jié)角度的舒適性作為約束來(lái)計(jì)算H點(diǎn)分布區(qū)域。( 2 ) 上肢舒適性約束：以駕駛員上肢的關(guān)節(jié)角度的舒適性作為約束來(lái)計(jì)算H 點(diǎn)分布區(qū)域。( 3 ) 視野約束：以保證駕駛員視野舒適性為約束條件計(jì)算H 點(diǎn)分布區(qū)域。根據(jù)人體關(guān)節(jié)與駕駛室之間的幾何關(guān)系,推導(dǎo)出舒適角計(jì)算公式, 以舒適角在舒適范圍內(nèi)和方向盤(pán)與身體不發(fā)生干涉為約束條件,確定合理的跨點(diǎn)高度、座椅水平調(diào)節(jié)量、靠背椅調(diào)節(jié)范圍和方向盤(pán)位置及傾角, 然后利用計(jì)算結(jié)果繪制駕駛員上下視野極限,進(jìn)行校正,找到合適點(diǎn), 如圖2 所示。駕駛員在駕駛室中的坐姿幾何關(guān)系如圖3 所示。A 點(diǎn)為駕駛員的腳和地面的接觸點(diǎn), B 點(diǎn)為人的膝關(guān)節(jié)點(diǎn),

3、 C 點(diǎn)為人的肩關(guān)節(jié)點(diǎn), H 點(diǎn)為人的胯關(guān)節(jié)點(diǎn), D 點(diǎn)為人的肘關(guān)節(jié)點(diǎn), E點(diǎn)為人的腕關(guān)節(jié)點(diǎn), F 點(diǎn)為方向盤(pán)的中心,1 為小腿和腳的夾角,2 為大腿和小腿的夾角,3 為大腿和軀干的夾角,4 為軀干和鉛垂線(xiàn)的夾角,5 為大臂和小臂的夾角,k 為大臂和軀干的夾角, X 為踏板和胯關(guān)節(jié)點(diǎn)距離, Z 為胯關(guān)節(jié)點(diǎn)的高度, L 為轉(zhuǎn)向桿的長(zhǎng)度, XE 和ZE 分別為腕關(guān)節(jié)到轉(zhuǎn)向器的水平和垂直距離, XF 和ZF 分別為方向盤(pán)中心到轉(zhuǎn)向器的水平和垂直距離,F 為轉(zhuǎn)向桿和水平線(xiàn)的夾角,人體尺寸對(duì)于特定的百分位是常量。對(duì)于滿(mǎn)足度為90% (第5 第95 百分位) 的汽車(chē), 滿(mǎn)足1 舒適度的Z取值范圍為270

4、400mm , 滿(mǎn)足2 舒適度的Z取值范圍為320 600mm , 單從滿(mǎn)足人體下肢人機(jī)工程學(xué)要求來(lái)講, H 點(diǎn)高度的取值范圍是320 400mm。根據(jù)汽車(chē)人體工程學(xué), 駕駛員靠背角的范圍應(yīng)當(dāng)位于20 30 之間。駕駛員視覺(jué)界面設(shè)計(jì)駕駛員視覺(jué)界面設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮人的視覺(jué)特征、心理生理特征,如車(chē)內(nèi)儀表板的排列、顯示的大小等要適宜于人的視覺(jué)特性,駕駛員以正常姿勢(shì)坐在汽車(chē)座椅中時(shí),其眼睛位置的統(tǒng)計(jì)分布圖形要呈橢圓狀,使駕駛員有較好的視野。另外,汽車(chē)駕駛采用自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)、安全輔助駕駛系統(tǒng)等,使駕駛智能化,有助于駕駛員減少精神緊張,減輕精神負(fù)荷,隔離駕駛疲勞。駕駛員操縱界面設(shè)計(jì)駕駛員操縱界面設(shè)計(jì)可從以下幾

5、個(gè)方面考慮:(1) 駕駛員的手伸及界面設(shè)計(jì)。駕駛員以正常姿勢(shì)坐在座椅中,身系安全帶,右腳支承于加速踏板上,一只手握住方向盤(pán)時(shí),另一只手所能伸及的最大空間輪廓面是駕駛員的手伸及界面。駕駛室內(nèi)的一切手操縱件的位置均應(yīng)在駕駛員手伸及界面內(nèi)。只有將手操縱件布置在駕駛員手伸及范圍以?xún)?nèi),才能滿(mǎn)足駕駛員的生理要求,減緩疲勞。(2) 合理設(shè)計(jì)操縱件的布局及形狀。操縱件的設(shè)計(jì)要適宜于人體尺寸要求,以便于人的操縱,如操縱桿手柄的形狀應(yīng)與手的生理特點(diǎn)相適應(yīng)。就手掌而言,掌心部位肌肉最少,指骨間肌和手指部分是神經(jīng)末稍滿(mǎn)布的區(qū)域。而指球肌、大魚(yú)際肌、小魚(yú)際肌是肌肉豐滿(mǎn)的部位,是手掌上的天然減振器。因此,手柄形狀設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)

6、避免完全貼合于手的握持空間,更不能緊貼掌心,手柄著手方向和振動(dòng)方向不宜集中于掌心和指骨肌(容易引起疲勞和操作不準(zhǔn)確) 。(3) 合理設(shè)計(jì)作業(yè)中的用力方法。汽車(chē)操縱包括手操縱和腳操縱,合理安排施力方式與負(fù)荷,可降低操縱負(fù)荷。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理,方向盤(pán)傾斜角度對(duì)駕駛員施加到方向盤(pán)上的力有很大影響,方向盤(pán)的安裝角度越平緩,駕駛員可能施加的力越大,方向盤(pán)安裝角度通常選在便于活動(dòng)的3060。腳操縱主要是腳對(duì)加速踏板、制動(dòng)踏板的控制。人腳發(fā)出力的大小與人的姿態(tài),腳的位置和方向等有關(guān)。通常踏板的高度應(yīng)設(shè)置在腳能發(fā)出最大力的位置,即腳踏板與座椅座墊上表面齊平或稍低一些。駕駛員聽(tīng)覺(jué)界面設(shè)計(jì)通過(guò)改進(jìn)汽車(chē)設(shè)計(jì),隔離

7、引起駕駛疲勞的噪聲源是當(dāng)前聽(tīng)覺(jué)界面設(shè)計(jì)主要考慮的問(wèn)題。另外,駕駛過(guò)程播放音樂(lè)可有利于緩解精神疲勞。優(yōu)美悅耳的音樂(lè)通過(guò)聽(tīng)覺(jué)器官傳入大腦皮層的興奮點(diǎn),使原來(lái)處于緊張狀態(tài)的部分得到抑制,處于相對(duì)休息狀態(tài),使大腦的各部分趨于平衡。駕駛疲勞與汽車(chē)人機(jī)工程學(xué)駕駛員駕駛時(shí),手握方向盤(pán)坐于座椅上保持駕駛姿勢(shì),眼睛注視車(chē)內(nèi)外信息,同時(shí)通過(guò)耳朵接收聲音信息。駕駛員根據(jù)接收到的信息,用手、腳操縱控制系統(tǒng),改變汽車(chē)行駛狀況。與此同時(shí)在駕駛過(guò)程中由路面不平引起的振動(dòng)通過(guò)駕駛座椅傳遞到人體。據(jù)此分析,建立人汽車(chē)環(huán)境駕駛界面模型如圖4 所示。4降低駕駛疲勞可采取兩種措施:一是防止或隔離駕駛疲勞;二是在駕駛疲勞已客觀存在的條件下緩解駕駛疲勞。駕駛疲勞是人與駕駛環(huán)境綜合作用的結(jié)果,駕駛疲勞的程度與駕駛員汽車(chē)環(huán)境界面設(shè)計(jì)的友好性有很大關(guān)系。駕駛員駕車(chē)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是人車(chē)環(huán)境三者之間信息交換的過(guò)程,汽車(chē)效能的完美化取決于系統(tǒng)中人車(chē)環(huán)境三者相互作用的協(xié)調(diào)與特性的最佳匹配,即為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)駕駛員行為特性、車(chē)輛機(jī)械特性以及道路設(shè)施和交通法規(guī)之間的最優(yōu)協(xié)調(diào),以追求系統(tǒng)整體的最佳效益?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)方向盤(pán)的設(shè)計(jì)合理與否直接影響汽車(chē)在行駛中的安全，方向盤(pán)與手指接觸的部位應(yīng)有適合指形的波紋，橫截面應(yīng)為橢圓形或圓形，保證操作舒適，握持牢靠，方向盤(pán)的直徑一般為330600mm，握把直徑為205