1、人機(jī)工程學(xué), 汽車(chē)工程研究院 總體部,目錄,概論,人體尺寸與人體模型,駕駛員視野設(shè)計(jì),乘員頭部空間設(shè)計(jì),目錄,上下車(chē)方便性設(shè)計(jì),人體坐姿舒適性和手伸及平面,三踏板校核,雨刮刮刷面積校核,概論,汽車(chē)人機(jī)工程學(xué),人機(jī)工程學(xué)是20 世紀(jì)70 年代初迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科,它從人的生理和心理出發(fā),研究人-機(jī)- 環(huán)境相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律,并使人機(jī)系統(tǒng)工作效能達(dá)到最佳。在汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)中應(yīng)用人體工程學(xué),就是以人(駕駛員、乘客) 為中心,研究車(chē)身設(shè)計(jì)(包括布置和設(shè)備等) 如何適應(yīng)人的需要,創(chuàng)造一個(gè)舒適的、操縱輕便的、可靠的駕駛環(huán)境和乘坐環(huán)境,即設(shè)計(jì)一個(gè)最佳的人車(chē)環(huán)境系統(tǒng)。,概論, 通過(guò)測(cè)量、統(tǒng)計(jì)、分析

2、人體的尺寸，以此為依據(jù)確定車(chē)內(nèi)的有效空間以及各部件、總成的布置位置和尺寸關(guān)系。 通過(guò)對(duì)人體生理結(jié)構(gòu)的研究，以使座椅設(shè)計(jì)以及人體坐姿符合人體乘坐舒適性的要求 根據(jù)人體操縱范圍和操縱力的測(cè)定，確定各操縱裝置的布置位置和作用力的大小，以使人體操縱自然、準(zhǔn)確、輕便，并降低操縱疲勞程度。 通過(guò)對(duì)人眼的視覺(jué)特性、視野效果的研究、試驗(yàn)，校核駕駛員的信息系統(tǒng)，以保證駕駛員獲得正確地駕駛信息。 根據(jù)人體的動(dòng)力學(xué)，研究汽車(chē)碰撞時(shí)對(duì)人體的合理保護(hù)，正確確定安全帶的鉸接點(diǎn)位置和對(duì)人體的約束力；研究振動(dòng)時(shí)對(duì)人體乘坐舒適性的影響；研究人體上下車(chē)的方便性，以確定車(chē)門(mén)的開(kāi)口部位與尺寸。 研究人體的生理要求，合理確定和布置空調(diào)

3、系統(tǒng)。,人機(jī)工程學(xué)的具體應(yīng)用,人體尺寸與人體模型, 人體尺寸決定了人體所占據(jù)的幾何空間大小和人體的活動(dòng)范圍,是確定車(chē)身室內(nèi)有效空間和進(jìn)行內(nèi)飾布置的主要依據(jù)。根據(jù)人體尺寸的正態(tài)分布以人體尺寸的“百分位分布值”作為設(shè)計(jì)的尺寸依據(jù)。 百分位表示人體的某項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)于使用對(duì)象中有百分之幾的人可適用，這是人體工程學(xué)中一條基本的設(shè)計(jì)原則。車(chē)身設(shè)計(jì)中一般采用5 %、50 %和95 %三種百分位的人體尺寸,分別代表矮小身材、平均身材和高大身材的人體尺寸。車(chē)身設(shè)計(jì)中，常把第95 %百分位的值作為設(shè)計(jì)上限，把第5 %的值作為下限。這樣的設(shè)計(jì)結(jié)果可滿(mǎn)足90 %的使用對(duì)象。,人體尺寸,人體尺寸與人體模型,汽車(chē)設(shè)計(jì)和試

4、驗(yàn)中所采用的人體模型視用途不同，種類(lèi)不一。常見(jiàn)的有H點(diǎn)人體模型、裝車(chē)試驗(yàn)用人體模型（假人）、振動(dòng)試驗(yàn)用多自由度振動(dòng)人體模型。,人體模型,人體尺寸與人體模型, H點(diǎn)是人體身軀與大腿的連接點(diǎn)，即跨點(diǎn)Hp。 H點(diǎn)人體模型是一種用來(lái)確定汽車(chē)車(chē)身的實(shí)際H點(diǎn)位置的人體模型。H點(diǎn)人體模型由背板部、座板部、小腿部及足部等構(gòu)成。,H點(diǎn)人體模型,人體尺寸與人體模型,H點(diǎn)人體模型,圖1 H點(diǎn)人體模型,人體尺寸與人體模型, 汽車(chē)實(shí)際H點(diǎn)是與操縱方便性極坐姿舒適性相關(guān)的車(chē)內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)點(diǎn)； 汽車(chē)實(shí)際H點(diǎn)是確定眼橢圓在車(chē)身重位置的基準(zhǔn)點(diǎn)； 汽車(chē)實(shí)際H點(diǎn)也是確定座椅參考點(diǎn)R（H點(diǎn)與R點(diǎn)重合）的基準(zhǔn)； 汽車(chē)實(shí)際H點(diǎn)的位置影響到

5、駕駛員的手伸及界面。,汽車(chē)實(shí)際H點(diǎn) 汽車(chē)實(shí)際H點(diǎn)是指當(dāng)H點(diǎn)三維人體模型按規(guī)定的步驟安放在汽車(chē)座椅上時(shí)，人體模型上左右兩H點(diǎn)標(biāo)記連接線的中點(diǎn)。,人體尺寸與人體模型, 撞車(chē)試驗(yàn)用的人體模型又稱(chēng)模擬假人，是進(jìn)行車(chē)身安全性研究必不可少的設(shè)備。通過(guò)其體內(nèi)的傳感器測(cè)量碰撞時(shí)人體的傷害值；通過(guò)碰撞瞬間的高速攝影分析人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，借以比較撞車(chē)時(shí)成員的傷害程度和乘員保護(hù)裝置等的性能； 汽車(chē)平順性試驗(yàn)中需要使用人體振動(dòng)模型作為座椅的載荷。這種人體振動(dòng)模型應(yīng)能較好地反映真人人體的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并可排除人的因素差異，使試驗(yàn)結(jié)果有統(tǒng)一的比較依據(jù)。,其它人體模型,駕駛員視野設(shè)計(jì),駕駛員視野直接影響汽車(chē)主動(dòng)安全性，是整車(chē)總布

6、置及造型設(shè)計(jì)要始終關(guān)注的基本方面。 駕駛員視野設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：前方視野、交通燈視野、A柱障礙角、直接后方視野及間接后方視野、儀表板視野。,駕駛員視野設(shè)計(jì),前后視野示意圖,圖2 駕駛員視野示意圖,駕駛員視野設(shè)計(jì), 前方地面視野：從駕駛員眼睛中心點(diǎn)作一條與發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋相切的直線，與設(shè)計(jì)地面線相交，其交點(diǎn)與前保險(xiǎn)杠最前端的縱向距離越小越好，一般希望小于5m ； 風(fēng)窗玻璃透明區(qū)視野 風(fēng)窗玻璃透明區(qū)至少應(yīng)包括風(fēng)窗玻璃基準(zhǔn)點(diǎn)連線所包圍的面積。這些基準(zhǔn)點(diǎn)是（注意：透明區(qū)域指的是光線垂直照射的時(shí)候，透光率大于70% ）： 基準(zhǔn)點(diǎn)a，V1點(diǎn)水平向前偏左17； 基準(zhǔn)點(diǎn)b，V1點(diǎn)向前沿鉛垂面偏上7； 基準(zhǔn)點(diǎn)

7、c，V2點(diǎn)向前沿鉛垂面偏下5； 輔助基準(zhǔn)點(diǎn)a、b、c，與a、b、c點(diǎn)關(guān)于汽車(chē)縱向?qū)ΨQ(chēng)平面對(duì)稱(chēng)。 (V點(diǎn)是表征駕駛員眼睛位置的點(diǎn)，它與通過(guò)駕駛員乘坐位置中心線的縱向鉛垂平面、R點(diǎn)及設(shè)計(jì)座椅靠背角有關(guān)。此點(diǎn)用于檢查汽車(chē)視野是否符合要求。通常用V1、V2兩點(diǎn)表示V點(diǎn)的不同位置。),前方視野,駕駛員視野設(shè)計(jì), 駕駛員前方180范圍內(nèi)直接視野：在通過(guò)V1的水平面下方和通過(guò)V2的三個(gè)平面（三個(gè)平面都和水平面向下成4夾角，其中一個(gè)平面垂直于Y基準(zhǔn)平面，另兩個(gè)平面垂直于X基準(zhǔn)平面） 上方的范圍內(nèi)，除了A柱、三角窗分隔條、車(chē)外無(wú)線電天線、后視鏡和風(fēng)窗玻璃刮水器等造成的障礙外，不得有其它障礙。,前方視野,圖3 駕

8、駛員前方180 內(nèi)視野評(píng)價(jià),駕駛員視野設(shè)計(jì),交通燈視野：要求汽車(chē)在停車(chē)線1m以外能方便看到交通燈最上面的紅燈，不能被車(chē)頂或其它零件所遮蓋（內(nèi)后視鏡除外）。見(jiàn)圖2 所示。,交通燈視野,A柱障礙角,按GB 11562-1994的規(guī)定進(jìn)行測(cè)量，每根A柱雙目障礙角不得超過(guò)6。若兩柱相對(duì)汽車(chē)縱向鉛垂面是對(duì)稱(chēng)的，則右柱不需要再測(cè)量。 在測(cè)量A柱障礙角的時(shí)候，一定要注意門(mén)窗密封條、門(mén)窗的上框架、遮陽(yáng)帶也要考慮在內(nèi)。 測(cè)量方法如下：,駕駛員視野設(shè)計(jì),A柱障礙角, P點(diǎn)至駕駛員眼睛高度上的頭部中心點(diǎn)，通常以P1、P1兩點(diǎn)表示駕駛員水平觀察物體時(shí)P點(diǎn)的不同位置。 Pm點(diǎn)指通過(guò)R點(diǎn)的縱向鉛垂面與P1、P2連線的交點(diǎn)

9、。,駕駛員視野設(shè)計(jì),A柱障礙角測(cè)量方法：,駕駛員視野設(shè)計(jì),A柱障礙角,圖6 雙目障礙角測(cè)量示意圖,圖5 E點(diǎn)和P點(diǎn)的相對(duì)位置,駕駛員視野設(shè)計(jì), 直接后方視野主要與倒車(chē)性能有關(guān)。求作方法是從駕駛員眼睛中心點(diǎn)作一條與后擋風(fēng)玻璃透明部分最下沿（或衣帽架最上沿、行李箱蓋）相切的直線，并與設(shè)計(jì)地面線相交，交點(diǎn)與保險(xiǎn)杠最后段的距離越小越好（一般要求小于20m）。 間接后方視野是指駕駛員通過(guò)內(nèi)、外后視鏡觀察車(chē)后物體的視野范圍。 1、內(nèi)后視野 駕駛員借助內(nèi)后視鏡必須能在水平路面上看見(jiàn)一段寬度至少為20m的視野區(qū)域，其中心平面為汽車(chē)縱向基準(zhǔn)面，并從駕駛員的眼點(diǎn)后60m處延伸至地平線（如下圖） 。,后方視野,圖7

10、 內(nèi)后視野示意圖,駕駛員視野設(shè)計(jì),2、駕駛員一側(cè)外后視鏡的視野 駕駛員借助外后視鏡必須能在水平路面上看見(jiàn)一段寬度至少為2.5m的視野區(qū)域，其右邊與汽車(chē)縱向基準(zhǔn)面平行。且與汽車(chē)左邊最外側(cè)點(diǎn)相切，并從駕駛員眼點(diǎn)后10 m外延伸至地平線（見(jiàn)下圖） 。 3、乘客一側(cè)外后視鏡的視野 對(duì)于總質(zhì)量小于2000kg的M1和N1類(lèi)汽車(chē)，駕駛員借助外后視鏡必須能在水平路面上看見(jiàn)一段寬度至少為4m的視野區(qū)域，其左邊與汽車(chē)縱向基準(zhǔn)面平行，且與汽車(chē)右邊最外側(cè)點(diǎn)相切，并從駕駛員的眼點(diǎn)后20m處延伸至地平線（見(jiàn)下圖）。,后方視野,駕駛員視野設(shè)計(jì),圖8 外后視野示意圖,駕駛員視野設(shè)計(jì),儀表板視野指的是由于轉(zhuǎn)向盤(pán)而造成的駕駛員

11、對(duì)于儀表板上指示裝置的視野障礙。根據(jù)人機(jī)工程要求，這些指示裝置應(yīng)該在女子5 百分位和男子95 百分位的視野范圍之內(nèi)。其中，影響視野上限的為轉(zhuǎn)向盤(pán)輪緣，影響視野下限的為轉(zhuǎn)向盤(pán)中央蓋板或轉(zhuǎn)向盤(pán)柱上沿。,儀表板視野,駕駛員視野設(shè)計(jì),儀表板視野,圖9 儀表板視野測(cè)量示意圖,駕駛員視野設(shè)計(jì), 汽車(chē)駕駛員眼橢圓是指不同身材的駕駛員以正常駕駛姿勢(shì)坐在座椅上,其眼睛位置在車(chē)身中的統(tǒng)計(jì)分布圖形。由于圖形呈橢圓狀,故稱(chēng)之為“眼橢圓”。在車(chē)身設(shè)計(jì)中一般采用眼橢圓樣板來(lái)描述駕駛員的眼睛分布范圍。 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO4513 中,對(duì)應(yīng)于一定的座椅水平調(diào)整行程,提供了各種百分位的駕駛員眼睛分布位置,即側(cè)視圖和俯視圖上的相應(yīng)眼

12、橢圓樣板,并適用于下列尺寸范圍的車(chē)身: 座椅靠背角:540 最后H 點(diǎn)到踵點(diǎn)的垂直距離:127457 mm 座椅垂直調(diào)節(jié)范圍:038 mm 座椅水平調(diào)節(jié)范圍:102165 mm 最后H 點(diǎn)到踵點(diǎn)的水平距離: 508 mm,眼橢圓,駕駛員視野設(shè)計(jì),眼橢圓,圖10 轎車(chē)車(chē)身內(nèi)部布置中95 %眼橢圓樣板的繪制及其在側(cè)視圖上的定位,乘員頭部空間設(shè)計(jì), 駕駛員及乘員頭部活動(dòng)空間校核主要通過(guò)頭廓包絡(luò)線來(lái)計(jì)算完成，頭廓包絡(luò)線是指不同百分位身材的駕駛員和乘員在乘坐狀態(tài)下，他們頭廓線的包絡(luò)線。頭廓包絡(luò)線的形成方法是將頭廓線樣板放在眼橢圓樣板上面，使頭廓線樣板上的眼點(diǎn)沿著眼橢圓樣板上的上半部眼橢圓運(yùn)動(dòng)，并保持兩樣

13、板上的自身坐標(biāo)平行，描繪出頭廓線運(yùn)動(dòng)時(shí)候的包絡(luò)線便是頭廓包絡(luò)線。如圖1所示。由于頭廓包絡(luò)線以眼橢圓為基準(zhǔn)而生成，而眼橢圓的長(zhǎng)短軸因身材百分位及H點(diǎn)水平行程的不同而有異，因而頭廓包絡(luò)線是有許多條的。,頭廓包絡(luò)線,乘員頭部空間設(shè)計(jì),頭廓包絡(luò)線,圖11 頭廓包絡(luò)線形成側(cè)視圖,上下車(chē)方便性, 在現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)中，雖然常常涉及的緊湊型汽車(chē)，但同時(shí)需要保證汽車(chē)內(nèi)部空間的寬敞，更不能因車(chē)身的緊湊影響進(jìn)出的方便性，正因?yàn)槿绱?，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中要進(jìn)行周全的考慮，細(xì)致協(xié)調(diào)，既要滿(mǎn)足空間要求，又要符合造型需要，更要推敲技術(shù)上的可行性。,概述,上下車(chē)方便性, 考慮上下車(chē)方便性，首先要考慮的是車(chē)門(mén)立柱是否符合要求，下面圖

14、12給出了前座不能翻倒的轎車(chē)車(chē)身與座椅相對(duì)位置的推薦值。當(dāng)立柱傾斜度過(guò)低或者為0時(shí)，前后座入座都會(huì)不舒適，如果將門(mén)立柱往后傾斜適當(dāng)角度，則可以大大改善入座離座的方便性，參考圖13所示。,車(chē)門(mén)立柱傾斜度,上下車(chē)方便性,車(chē)門(mén)立柱傾斜度,圖12 立柱與座椅相對(duì)位置推薦值,圖13 車(chē)門(mén)立柱對(duì)上下車(chē)方便性的影響,上下車(chē)方便性, 影響上下車(chē)方便性結(jié)構(gòu)主要是車(chē)門(mén)，座椅及車(chē)門(mén)檻。對(duì)于前座的上下車(chē)方便性（圖14、15）H130（前門(mén)檻至地面的垂直距離）、H74（在方向盤(pán)中心平面內(nèi)，方向盤(pán)到未壓坐墊的最小距離）、HY1（R點(diǎn)到前車(chē)門(mén)上沿的垂直距離）、L18（前入口的足部空間，前門(mén)最大開(kāi)度時(shí)門(mén)內(nèi)邊緣或在門(mén)檻之上10

15、2mm的立拄與前座椅最小距離）、LX1（前車(chē)門(mén)X方向最大開(kāi)度）、LX2（前車(chē)門(mén)對(duì)角最小距離）起著最關(guān)鍵的作用。不管車(chē)型大小，前門(mén)上下車(chē)尺寸都以駕駛員的要求為中心的，不同級(jí)別的尺寸大小相當(dāng)。推薦值如下：L18450mm H130150MM HY1750mm。,通道尺寸,上下車(chē)方便性,對(duì)于后座的上下車(chē)方便性（圖14、15），H131（后門(mén)檻至地面的垂直距離）、HY2（R點(diǎn)到后車(chē)門(mén)上沿的垂直距離）、L19（后入口的足部空間，后門(mén)最大開(kāi)度時(shí)內(nèi)邊緣或在門(mén)檻之上102mm的立柱與前座椅最小距離）、LX1（前車(chē)門(mén)X方向最大開(kāi)度）、LX2（前車(chē)門(mén)對(duì)角最小距離）、LX3（后車(chē)門(mén)X方向最大開(kāi)度）有直接影響。一般而

16、言，高度方向上的上下尺寸不因級(jí)別而異，而長(zhǎng)度方向的尺寸則因級(jí)別的不同而有不同的要求，級(jí)別越高，尺寸越大。推薦值如下：L19250mm H131750mm 。,通道尺寸,上下車(chē)方便性,通道尺寸,圖14 L18和L19示意圖,上下車(chē)方便性,通道尺寸,圖15 影響上下車(chē)方便性關(guān)鍵尺寸圖示,上下車(chē)方便性, 側(cè)壁傾斜度對(duì)于上下車(chē)特別是上車(chē)有很大的影響，如圖16所表示，當(dāng)K值（車(chē)門(mén)上緣與門(mén)檻之間的間距）為0時(shí)，乘客的上身必須傾斜30以上才能進(jìn)入車(chē)內(nèi)。而當(dāng)K值在100-150mm（視車(chē)身高度變化），則可以很方便的入座。 當(dāng)K值過(guò)大時(shí)，下車(chē)時(shí)也不方便，同時(shí)將由于上下比例失調(diào)而影響汽車(chē)的外觀，同時(shí)也會(huì)影響內(nèi)部空

17、間的利用，以及乘員的頭部空間和乘坐適合性，而且玻璃升降占用車(chē)門(mén)內(nèi)腔的空間太大，也會(huì)使車(chē)門(mén)變厚。,側(cè)壁傾斜度,上下車(chē)方便性,側(cè)壁傾斜度,圖16 車(chē)身側(cè)壁傾斜度對(duì)上下車(chē)方便性的影響,人體坐姿舒適性和手伸及平面, 駕駛員舒適駕駛姿態(tài)和手伸及范圍都是駕駛員駕駛適宜性的重要組成部分，在進(jìn)行轎車(chē)駕駛室設(shè)計(jì)過(guò)程中，駕駛室，駕駛座等相關(guān)尺寸也是由人體尺寸及其操作姿勢(shì)或舒適的坐姿確定的。但由于相關(guān)尺寸非常復(fù)雜，人與“機(jī)”的相對(duì)位置要求十分嚴(yán)格，為了使這種人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能更好地符合人的生理要求，在設(shè)計(jì)中，可以采用人體模板來(lái)校核有關(guān)駕駛室空間尺寸，方向盤(pán)等操縱機(jī)構(gòu)的位置，顯示儀表的布置以及功能按鍵和旋鈕是否符合手伸

18、及界面和規(guī)定姿勢(shì)的要求。,概述,人體坐姿舒適性和手伸及平面, 由于駕駛員的舒適駕駛姿勢(shì)隨車(chē)型的不同而變化, 各自選擇舒適姿勢(shì)下的關(guān)節(jié)角度有較大的差別。如圖1所示，對(duì)于轎車(chē)通?？勘辰茿 1 最大不超過(guò)33, 最舒適為28;人體軀干與大腿的夾角A 4 以105為宜, 110115最理想; 肘角A 3 以105為宜; 膝角A 5 在112118為好; 腳角A 6 (踏平面與小腿間夾角) 最小為87,最大不超過(guò)130。這些都是在總結(jié)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上得到的經(jīng)驗(yàn)值。,人體坐姿舒適性,人體坐姿舒適性和手伸及平面,人體坐姿舒適性,圖17 舒適駕駛狀態(tài)下駕駛員生理角度調(diào)節(jié)范圍,人體坐姿舒適性和手伸及平面, 駕

19、駛員的手伸及界面是指駕駛員以正常姿勢(shì)坐在座椅中、身系安全帶、右腳支承于加速踏板踵點(diǎn)上、一手握住方向盤(pán)時(shí)另一手所能伸及的最大廓面。駕駛室內(nèi)的一切操縱鈕件、桿件、開(kāi)關(guān)等的位置均應(yīng)在駕駛員手伸及界面之內(nèi)，這是車(chē)身設(shè)計(jì)中的一條重要原則。 在高度方向上，手伸及界面的0線位于通過(guò)H點(diǎn)的水平面上，向上為正，向下為負(fù)。在左右方向上，其0線位于通過(guò)H點(diǎn)的縱向垂直平面上，駕駛員左側(cè)為正，右側(cè)為負(fù)。在汽車(chē)的前后方向上，離加速踏板踵點(diǎn)后方水平距離為d處，有一表示手伸及距離的HR基準(zhǔn)面。HR基準(zhǔn)面至手伸及界面之間的水平距離表示了駕駛員在不同高度及左右方向上的最大可伸及距離。,手伸及平面,人體坐姿舒適性和手伸及平面, d=786-99G