人體工程學(xué)在車身設(shè)計中的應(yīng)用

關(guān)于人體工程學(xué)在車身設(shè)計中的應(yīng)用第1頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三人體工程學(xué)（人機工程學(xué)）是20世紀(jì)50年代初迅速發(fā)展起來的一門新興科學(xué)，其目的在于研究、解決工程技術(shù)設(shè)計與人體之間的關(guān)系，簡單地說是研究人與機械的關(guān)系。人機系統(tǒng)(man-machinesystem)：人與機器相互作用、相互配合和相互制約，并共同實現(xiàn)預(yù)定功能的系統(tǒng)。人體工程學(xué)概述第2頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三人體工程學(xué)概述第3頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三人機關(guān)系（man-machinerelationship)基本原則：1）機宜人機器系統(tǒng)盡量滿足使用者的體質(zhì)、生理、心理、智力、審美及社會價值觀念等素質(zhì)條件的要求。2）人適機盡量發(fā)揮人的因素具有可塑性的特點，讓人適應(yīng)機器，保證人機系統(tǒng)具有最優(yōu)效能。人體工程學(xué)概述第4頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三以人為中心的設(shè)計已成為現(xiàn)代迅速發(fā)展的技術(shù)的一個基本點。可以說在現(xiàn)代，設(shè)計的主要困難已不在于產(chǎn)品本身，而在于是否能夠找出人與產(chǎn)品之間最適宜的相互聯(lián)系的途徑與手段，在于是否能夠全面考慮到操作者在人／機系統(tǒng)中的功能作用特點和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與“人的因素”相吻合的程度。因此，如何把產(chǎn)品設(shè)計得更適合于人使用的問題越來越受到重視，人機工程學(xué)正是在這樣的背景下產(chǎn)生的。人體工程學(xué)概述第5頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三現(xiàn)代人機工程學(xué)發(fā)展的三個特點使機器適應(yīng)于人，以人為中心；利用所掌握的基本原理，進行具體的機械裝備設(shè)計；多學(xué)科合作。

人機工程學(xué)是實現(xiàn)以人為中心的設(shè)計思想的重要理論基礎(chǔ)，是衡量當(dāng)代產(chǎn)品設(shè)計水平的最重要指標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以人為中心的理念已成為設(shè)計產(chǎn)品系統(tǒng)的主要目標(biāo)，人機工程學(xué)也因此成為設(shè)計學(xué)科領(lǐng)域中的主要研究方向，成為工業(yè)設(shè)計的主要理論基礎(chǔ)和設(shè)計理念。第6頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三如工人操作的動作與時間分析、功能分析和工藝流程等用筆記錄、錄像、攝像借助儀器進行實際測量，如人體測量；對生理、心理變量的測量、分析等，如心跳、肌電反應(yīng)等；環(huán)境舒適性及信號檢知心理測定人體工程學(xué)研究方法（1）觀察法（2）實測法第7頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三（3）實驗法（統(tǒng)計推測）實驗法是人機工程學(xué)最常用也是最基本的方法。妥善控制其他若干變量，系統(tǒng)地改變某個變量A，觀察A的系統(tǒng)變化對另一變量B的影響。A為實驗變量，B稱為因變量。（4）模擬和模型試驗法操作訓(xùn)練模擬器；機械模型;人體模板。人體工程學(xué)研究方法第8頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三坐姿舒適性分析坐姿研究裝置第9頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三而汽車車身設(shè)計中應(yīng)用人體工程學(xué)，則是要以人(駕駛員、乘客)為中心，從人體的生理、心理和人體的運動出發(fā)，研究車身設(shè)計(包括布置和設(shè)備等)如何適應(yīng)人的需要，創(chuàng)造一個舒適的、操縱輕便的、可靠的、安全的、美觀的駕駛環(huán)境和乘坐環(huán)境。即設(shè)計一個最佳的人—車一環(huán)境系統(tǒng)。人體尺寸（確定空間）坐姿（舒適性）視野及視野設(shè)計手、腳的操縱范圍、操縱力人體工程學(xué)研究方法第10頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第11頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）：GB7258-2004機動車運行安全技術(shù)條件GB11556-1994汽車風(fēng)窗玻璃除霜系統(tǒng)的性能要求及試驗方法GB11565-1989轎車風(fēng)窗玻璃刮水器刮刷面積GB11562-1994汽車駕駛員前方視野要求及測量方法GB15084-2006汽車后視鏡的性能和安裝要求GB/T19234-2003乘用車尺寸代碼GB/T12673-1990汽車主要尺寸測量方法GB/T11559-1989汽車室內(nèi)尺寸測量用三維H點裝置（05年取消，暫無新標(biāo)準(zhǔn)代替）GB/T17346-1998轎車腳踏板的側(cè)向間距GB/T13053-2008客車車內(nèi)尺寸第12頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三美國汽車工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)（SAE）：SAEJ1100-2005MotorVehicleDimensions（汽車尺寸）SAEJ826-2002H點機械和設(shè)計工具規(guī)程和規(guī)格SAEJ4002-2005H點機械和設(shè)計工具規(guī)程和規(guī)格SAEJ1517-1998駕駛員選擇的座椅位置SAEJ1052-2002汽車駕駛員及乘員頭部位置SAEJ941-2002汽車駕駛員眼點位置SAEJ1050-2003駕駛員視野的描述和測量SAEJ287-2007駕駛員手控制區(qū)域SAEJ1138-1999乘用車多用途車和總重量不超過100001b的貨車的駕駛員手操作位置設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)歐洲經(jīng)濟共同體汽車法規(guī)（EEC標(biāo)準(zhǔn)）：EEC-127機動車輛的后視鏡EEC-317機動車輛玻璃表面的除霧和除霜系統(tǒng)EEC-318機動車輛刮刷和清洗系統(tǒng)EEC-649機動車輛駕駛員視野方面歐洲經(jīng)濟委員會機動車法規(guī)（ECE標(biāo)準(zhǔn)）：ECER46關(guān)于批準(zhǔn)后視鏡和就后視鏡的安裝方面批準(zhǔn)機動車輛的統(tǒng)一規(guī)定ECER35關(guān)于就腳控制件的布置方面批準(zhǔn)車輛的統(tǒng)一規(guī)定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)第13頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)H點人體模型第14頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三三維H點人體模型第15頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三三維H點人體模型主要由背板、座板、軀干重塊懸架、配重等部分組成，而且模型的背板和座板模擬成年男子的乎均背部、臀部和大腿的輪廓形狀。作用：一般在1︰1的車身內(nèi)部模型或?qū)嵻囎紊喜捎茫糜跍y定H點。我國人體模型的標(biāo)準(zhǔn)可參見GB/T11559-89，GB/T11563-89汽車H點確定程序。國際標(biāo)準(zhǔn)組織H點人體模型可參見ISO6549，該模型等同于SAE-3DM，一般代表歐美人的人體。其它的人體模型撞車試驗用的人體模型（假人）多自由度振動人體模型。三維H點人體模型第16頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三車身實際H點與座椅參考點車身實際H點是指利用三維H點人體模型按規(guī)定的操作程序測量出的H點。作用：實際H點位置是車身室內(nèi)尺寸關(guān)系的基準(zhǔn)點，直接影響著操縱方便性，乘坐舒適性和室內(nèi)有效空間的利用。實際H點位置直接影響著駕駛員的操縱范圍。實際H點位置是確定駕駛員眼睛在車身內(nèi)部分布范圍的作圖基準(zhǔn)。車身設(shè)計應(yīng)使實際的H點位置完全反映設(shè)計的H點位置。座椅參考點（SeatReferencePoint，SRP）是座椅制造廠家設(shè)計座椅的基準(zhǔn)點，并且R點用于確定座椅在車身室內(nèi)布置的最后的正常位置，即與布置設(shè)計的最后H點相一致。第17頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三車身設(shè)計中使用人體尺寸的說明 人體尺寸應(yīng)國家、地區(qū)、人種而異，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的使用國家和地區(qū)的人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計依據(jù)，這對于開發(fā)國際市場的產(chǎn)品和出口有重大意義；對于引進技術(shù)能否符合本國國情也十分重要；人體尺寸的百分位分布提供了一個標(biāo)準(zhǔn)人的人體尺寸，不與現(xiàn)實中的任何具體人相吻合；設(shè)計中應(yīng)以市場原則選擇適宜的人體尺寸和滿足度要求，一般選用的有：男子5%到95%百分位，女子5%到男子95%百分位，和女子2.5%到男子97.5%百分位。制定完善的適合車身設(shè)計的中國人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)非常必要。第18頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三各國汽車企業(yè)使用三維H點人體模型的情況美國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求采用的是95%百分位SAE-3DM；歐洲法規(guī)要求采用的是50%百分位的SAE-3DM；日本法規(guī)根據(jù)目的不同要求采用50%百分位的JSAE-3DM；我國目前還沒有中國人體尺寸的三維H點人體模型，標(biāo)準(zhǔn)GB11599-89要求采用的3DM實際上與JSAE-3DM相同，但由于國內(nèi)轎車多為引進，因此實際上的使用各不相同。第19頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三我國汽車企業(yè)使用三維H點人體模型的情況第20頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第21頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三人眼的視覺特征視力視覺器官對物體形態(tài)的精細辨別能力視野人眼所能觀察到的空間范圍人車視野：直接視野、間接視野、雨刷視野和儀表視野等。視覺的適應(yīng)性（暗適應(yīng)性，明適應(yīng)性)視線軸心30度范圍內(nèi)為眩目區(qū),應(yīng)避免強光射入視錯覺視感覺與實際觀察對象有差別利用視錯覺,改善造型設(shè)計避免視錯覺,提高判斷能力第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第22頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三駕駛員視野范圍視覺效果良好的汽車——視野廣闊、視覺干擾少和具有良好的視覺適應(yīng)性。第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第23頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三（1）人眼直視前方不動的視野范圍人眼直視前方不動的垂直視野范圍為直前視線上方50°—55°，下方60°—70°。這里“直視前方不動”是指眼睛保持向前直視且眼球不動，“直前視線”是指兩眼瞳孔連線的平分線。第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第24頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三人眼直視前方不動的水平視野范圍第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第25頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三（2）主視野在一定車速時(車速既影響視力,也影響視野;車速增加,視力下降,視野減小)，人的眼睛直視前方不動的有效視野范圍。主視野水平視角范圍為左、右各45°，垂直視角范圍為上下各30°。（3）人的眼睛和頭部的轉(zhuǎn)動范圍：通過轉(zhuǎn)動眼睛、頭部實際能獲得的有效視野范圍。按舒適與否分為自然轉(zhuǎn)動范圍和勉強轉(zhuǎn)動范圍。第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第26頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三眼睛和頭部的轉(zhuǎn)動范圍第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第27頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三駕駛員眼橢圓概念：駕駛員以正常駕駛姿勢坐在座椅中時其眼睛位置在車身中的統(tǒng)計分布圖形。由于該圖形呈橢圓狀，故稱為眼橢圓。眼橢圓已被列為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4513一1978(道路車輛——視野性能——關(guān)于駕駛員眼睛位置——眼橢圓確定方法)。與美國的SAEJ941相同。第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第28頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三SAE眼橢圓樣板第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第29頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三眼橢圓樣板繪制繪制自身坐標(biāo)線查表確定眼橢圓中心位置查表確定長短軸確定傾角眼橢圓的位置定義:

根據(jù)H點和H點水平調(diào)節(jié)行程，確定中心、長短軸、傾斜角。第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第30頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第31頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三眼橢圓樣板在車身視圖上的定位由H點水平調(diào)節(jié)量和眼橢圓百分位選樣板在側(cè)視圖上，由最后H點向上作635mm垂直工作線和水平工作線,交點為眼橢圓自身坐標(biāo)原點(靠背角25度，偏差可查表）在俯視圖上定位第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第32頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三眼橢圓樣板定位第二節(jié)汽車駕駛員眼橢圓及視野設(shè)計第33頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三前方視野在車身布置圖上，根據(jù)眼橢圓可作出駕駛員的前方視野范圍。前方視野的要求最小垂直視角：上視角應(yīng)保證能觀察到車輛前方12m遠、5m高的信號燈，下視角不應(yīng)在車輛前端產(chǎn)生過大的盲區(qū)。最小水平視角：一般大與70°。關(guān)于人車視野性設(shè)計眼橢圓定位方法第34頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三視野盲區(qū)確定前方視野盲區(qū)包括由方向盤產(chǎn)生的儀表板盲區(qū)，以及由車身前、中、后支柱等因素形成的視野盲區(qū)。車身設(shè)計中應(yīng)減小盲區(qū)，擴大視野。圖為由轎車各支柱形成的視野盲區(qū)。關(guān)于人車視野性設(shè)計車身各支柱形成的視野盲區(qū)第35頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三儀表板盲區(qū)校核關(guān)于人車視野性設(shè)計第36頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三后方視野（車內(nèi)后視鏡、車外后視鏡）后視鏡設(shè)計主要包括正確選擇曲率半徑、鏡面大小、安裝位置及傾角、后視鏡個數(shù)以及為實現(xiàn)后視野設(shè)計要求的后視鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)于人車視野性設(shè)計第37頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三兩種方法：SAE眼橢圓確定法和EEC視點確定法（國家標(biāo)準(zhǔn)GB11565-1989《轎車風(fēng)窗玻璃刮水器刮刷面積》或81/643EEC）。風(fēng)窗玻璃刮掃面積及部位的校核第38頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三SAE眼橢圓法轎車雨刮形式及布置第39頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三轎車前風(fēng)窗玻璃刮刷面積要求(SAE)風(fēng)窗玻璃刮掃面積及部位的校核第40頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)駕駛員的手伸及界面第41頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三駕駛員手伸及界面是指駕駛員以正常駕駛姿勢坐在汽車座椅上，身系安全帶，右腳置于加速踏板上，一只手握住方向盤時另一只手所能伸及的最大空間曲面。此曲面所包絡(luò)的空間范圍，為駕駛員的操縱范圍。第42頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三影響伸及能力的因素駕駛員自身因素：男、女百分位駕駛室結(jié)構(gòu)尺寸：座椅靠背角β最后H點至踵點的垂直距離H點的水平調(diào)節(jié)范圍方向盤直徑D方向盤傾斜角WA方向盤中心至踵點的水平距離Wx方向盤中心至踵點的垂直距離Wz第43頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三適用范圍：座椅靠背角β：9.0°～33.0°最后H點至踵點的垂直距離：130mm～520mmH點的水平調(diào)節(jié)范圍：≥130mm方向盤直徑D：330mm～600mm方向盤傾斜角WA：10°～70°方向盤中心至踵點的水平距離Wx：660～152mm方向盤中心至踵點的垂直距離Wz：530～838mm利用綜合因子G來評價上述尺寸對手伸及界面的綜合影響：G因子分7檔為：G<-1.25；-1.24<G<-0.75；-0.74<G<-0.25；-0.24<G<0.24；0.25<G<0.74；0.75<G<1.24；1.25<G男女駕駛員的比例關(guān)系：50／50、75／25、90／10形成21種方案，可查表設(shè)計。影響伸及能力的因素第44頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三手伸及界面表格示例檢驗步驟：(P81)

測量尺寸；計算G值；查表，并校核。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO3958表格所述及的手伸及界面,適用于三點式安全帶,且為駕駛員三指呈捏式的指尖伸及面。第45頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三檢驗步驟如下：（1）測量出欲檢驗汽車駕駛室的以下幾項尺寸：Hz,D,Wx,Wz,α，β，γ與手伸及界面有關(guān)的駕駛室尺寸；（2）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中給出的駕駛室尺寸綜合因子G的計算公式算出G值；（3）算出手伸及界面及界面前后方向上基準(zhǔn)面HR離踵點的距離d，確定該基準(zhǔn)面的位置；（4）用基準(zhǔn)面HR、駕駛員座椅對稱平面以及通過最后H點的水平