1、汽車人機工程學中的人體因素 2 概述 3 1 目 錄 汽車人機工程布置設計與車室尺寸設計 3 汽車視野設計 4 汽車顯示與操作裝置設計 5 乘坐舒適性設計 6 1、人機工程學的發展 人機工程學是工程學科中的一個分支，是研究人、機具（包 括汽車、飛行器等）及其相關工作環境之間相互作用的一門 學科。 經驗人機工程學經驗人機工程學 科學人機工程學科學人機工程學 現代人機工程學現代人機工程學 19世紀后期世紀后期 20世紀初期世紀初期 二次世界大二次世界大 戰期間戰期間 20世紀世紀60 年代年代 2 2、汽車人機工程學 汽車人機工程學：人機工程學知識、理論和方法在 汽車工業及其相關領域中的應用；汽車

2、人機工程學 通過揭示人、車、環境之間相互關系的規律，以達 到確保人車環境系統總體性能的最優化。 汽車人機工程設計的主要任務：利用人機工程因素 解決汽車（車身）設計中的“空間幾何”和“人機 界面問題”；空間幾何是指汽車的車室空間設計尺 寸和造型設計尺寸應該滿足駕駛員和乘員的主觀與 客觀要求；人機界面的設計目標是優化和減輕駕駛 員的工作負荷和疲勞。 3 作 業 思 考 1.什么是汽車人機工程學？什么是汽車人機工程學？ 2.汽車人機工程學研究的主要內容？汽車人機工程學研究的主要內容？ 4 l人的特性 l人體測量 l人體尺寸 第2章 汽車人機工程學中的人體因素 5 1.人體運動 系統組成 骨 骼 關節

3、 肌肉 2、人體測量 人體測量就是獲得包括人體高度、人體各部分長度、 厚度及活動位移范圍等參數的測量工作。 測量姿勢 立姿 坐姿 測量基準面 矢狀面 水平面 冠狀面 6 人體運動系統的組成 人體測量分類 靜態人體測量：被測者 靜止地站著或坐著進行； 設計工作區域的大小 動態人體測量：被測者 處于動作狀態下進行； 測量人在執行某種動作 時的形體特征 7 百分位數 人體測量的數據用百分位數表示人體尺寸 的等級，常用的是第5、第50、第95三種。 其中，第5百分位數表示有5%的人群人體 尺寸小于此值。 均值方差標準差 x P 22 1 1 () 1 n i i x n 8 3、人體尺寸的應用 產品尺

4、寸設計分類 按照所使用的人體尺寸的設計界限值的不 同情況，可將產品尺寸設計任務分為三種 基本類型: I型產品尺寸設計 需要同時利用需要同時利用兩個人體尺寸兩個人體尺寸百分位數作為尺寸百分位數作為尺寸上限值上限值 和和下限值下限值的依據之設計任務，稱為的依據之設計任務，稱為型產品尺寸設計，型產品尺寸設計， 又稱又稱雙限值設計。雙限值設計。 II型產品尺寸設計 只需要利用一個人體尺寸百分位數作為尺寸只需要利用一個人體尺寸百分位數作為尺寸上限值上限值或或 下限值下限值的依據之設計任務的依據之設計任務,稱為稱為型產品尺寸設計，又型產品尺寸設計，又 稱稱單限值設計單限值設計。 III型產品尺寸設計 只需

5、要人體尺寸的只需要人體尺寸的第第 50 百分位尺寸百分位尺寸數據作為產品尺寸數據作為產品尺寸 設計的依據之設計任務，稱為設計的依據之設計任務，稱為 型產品尺寸設計，也型產品尺寸設計，也 稱稱 折中設計折中設計。 9 所設計的產品或工程系統，在尺寸上能滿足 的合適使用者的人數，占特定使用者群體的 百分率，稱為滿足度。 滿足度 I型產品尺寸設計 應將滿足度取為應將滿足度取為98%，應選用，應選用第第99百分位百分位和和第第1百分位百分位 的人體尺寸數據作為尺寸設計上、下限值的依據。的人體尺寸數據作為尺寸設計上、下限值的依據。 II型產品尺寸設計 應將滿足度取為應將滿足度取為98%或或95%，大尺寸

6、設計大尺寸設計應選用第應選用第98 百分位或第百分位或第95百分位的人體尺寸數據作為尺寸百分位的人體尺寸數據作為尺寸設計上設計上 限值限值的依據；的依據；小尺寸設計小尺寸設計應選用第應選用第2百分位或第百分位或第5百分百分 位的人體尺寸數據作為位的人體尺寸數據作為尺寸設計下限值尺寸設計下限值的依據。的依據。 III型產品尺寸設計 必須以第必須以第50百分位的人體尺寸數據為依據。百分位的人體尺寸數據為依據。 10 1、百分位有何含義？ 2、產品尺寸設計的分類有哪些？ 課后作業 百分位是人體測量學中的一個術語，是用以表示人體某項尺 寸數據的等級。以95th百分位人體尺寸為例，表示人群中有 95%的

7、個體該尺寸小于此值，有5%的個體該尺寸大于此值。 型產品尺寸設計（雙限值設計） 型產品尺寸設計（單限值設計）IIA-單上限、IIB-單下限 型產品尺寸設計（折中設計） 11 第3章 汽車人機工程布置設計與車室尺寸設計 l汽車人機工程設計輔助工具 l汽車人機工程布置設計內容 12 1、汽車人機工程設計輔助工具 H點工具 眼橢圓 頭廓包絡 膝部包絡 胃部包絡 手伸及界面 13 H點工具 H點測量工具和H點設計工具，H點工具可用于 建立車內布置關鍵基準點和尺寸。 H點是人體身軀與大腿的連接點，即胯點。 汽車實際H點是指當H點三維人體模型按規定步驟安放在汽車 座椅中時，人體模型上左、右兩 H點標記連接

8、線的中點。表示 汽車駕駛員或乘員入座后的胯點關節點在車身中的實際位置。 14 硬點是對于整車性能、造型和車內布置具有重要意義的關鍵關鍵 基準基準；這些基準在總布置方案確定之后就固定下來，不能夠 隨便改動 硬點尺寸指連接硬點之間、控制車身外部輪廓和內部空間， 以滿足使用要求的空間尺寸。 15 眼橢圓 汽車駕駛員眼橢圓是指不同身材的駕駛員按自己 的意愿將座椅調整到適意位置，并以正常的駕駛 坐姿入座后，眼睛位置在車內坐標系中的統計分 布形狀。利用眼橢圓可進行視野的設計和校核。 視切比：含眼橢圓的含眼橢圓的切線一側區域內的眼睛數切線一側區域內的眼睛數與與眼睛總數眼睛總數之比之比 包含比：眼橢圓內眼橢圓

9、內包含的眼睛數包含的眼睛數與與眼睛總數眼睛總數之比之比 16 B類汽車是指H點高度在405530范圍內且轉向盤直徑在 450560范圍內的汽車，通常包括重型及中型載貨車及一些 大客車。 A類汽車是指H點高度低于405mm且轉向盤直徑小于450的 汽車，通常包括轎車、旅行車及轎車變型車。 影響眼橢圓尺寸及位置的因素 車型 男女比例座椅位置百分位數人體尺寸 17 頭廓包絡 頭廓包絡線是指不同百分位身材的駕駛員和乘 員在乘坐狀態下，他們頭廓線的包絡線;用于 在設計中確定乘員所需的頭部空間。 頭廓包絡線的生成原理 通過對人的頭部尺寸進行測量和統 計，SAE制定了平均頭廓線，來描 述側視和后視方向頭廓的

10、平均尺寸 將平均頭廓線樣板上的眼點沿著眼 橢圓輪廓上半部分運動，平均頭廓 線隨之平動，描繪出的各個位置平 均頭廓線的包絡就是頭廓包絡線。 18 膝部包絡 膝部包絡線是指不同百分位身材的駕駛員在 工作狀態下，膝部運動的包絡線;用于確定駕 駛室儀表板下方的膝部空間。 膝部包絡線生成的三要素 膝部特征點 膝部橢圓 二維人體模板的小腿 19 膝橢圓 兩膝部特征點的分布圖形均為橢圓 膝部包絡線 二位人體模型小腿繞踝點擺動時， K點的軌跡（或各膝橢圓的包絡線） 為膝部包絡線 膝部包絡線為圓弧線，膝部包絡半徑： 左：103.25mm，右：113.25mm 20 胃部包絡 胃部包絡線是指不同百分位身材的駕駛員

11、在工 作狀態下，胃部空間的包絡線;用于轉向盤與 駕駛員座之間尺寸、安全氣囊及座椅安全帶結 構方案的設計 。 胃部包絡線生成要素 兩個胃部特征點 一個輔助點 半徑為157.45mm 21 手伸及界面 指駕駛員以正常姿勢入座、身系安全帶、右腳 踩在加速踏板上、一手握住轉向盤時另一手所 能伸及的最大空間廓面，用于操縱裝置的布置 設計和校核。 通用布置因子 通用布置因子（通用布置因子（General Package Factor，G因子因子）是）是反映乘 坐環境布置的代數式。的代數式。 0.00180.01970.00270.0106 0.0010.00240.0027 3040918 13.1174

12、820 53 HAWA L G HA 22 HR基準面 HR基準面是用于定位駕駛員手伸及界面的平面， 它平行于車輛坐標系yz平面，位于AHP后方，到 AHP的距離根據下式計算。 78699HRG 23 G因子分成七檔 手伸及界面的描述 駕駛員男女性別比例分為駕駛員男女性別比例分為50 : 50、75 : 25和和90 : 10三種三種 將在測量臺上測得的數據根據G因子和男女比例進行分類， 對于三點式安全帶和兩點式安全帶各列成21張數據表格， 用來構造手伸及界面。 24 每張表格對應著每張表格對應著一定范圍的一定范圍的G因子值因子值、以及確定的、以及確定的 駕駛員比例駕駛員比例和安全帶形式。和安

13、全帶形式。 三個基準面： Z：過R點的水平面 Y：過R點的縱垂面 X：HR基準面 78699HRG 左為外側； 右為內測 25 駕駛員手伸及界面的定位 要建立駕駛員手伸及界面，首先要定位要建立駕駛員手伸及界面，首先要定位HR基準面。之后，根。之后，根 據表格中的數據就可以構造出手伸及界面。據表格中的數據就可以構造出手伸及界面。 HR基準面的定位方法如下： v確定駕駛室內部設計尺寸和駕駛員男女比例，并根據 公式計算G值 v計算HR基準面的位置 786-99GL53，HR基準面位于SgRP處 786-99G133 mm P107.3+7.320.5 P226.2+20.620.620.5 P319

14、1.011.2+11.2+22.5 P4191.0+11.211.2+22.5 133 mm P116.37.3+7.320.5 P239.2+20.620.620.5 P3175.011.2+11.2+22.5 P4175.0+11.211.2+22.5 注：X的正號向后；Y的正號向右；Z的正號向上。 P1、P2 、P3、P4由50/50男女混合的95th眼橢圓得到。 P1、P2對應的眼點是在眼橢圓上距對應的眼點是在眼橢圓上距A立柱最近的眼點，用來確定立柱最近的眼點，用來確定A立柱形成的立柱形成的 駕駛員雙目視野障礙。對于左位制，駕駛員雙目視野障礙。對于左位制，P1用于左用于左A立柱，立柱，

15、P2用于右用于右A立柱。立柱。 P3、P4對應的眼點是在眼橢圓上距后視鏡最遠的眼點。用來確定后視鏡的駕對應的眼點是在眼橢圓上距后視鏡最遠的眼點。用來確定后視鏡的駕 駛員間接視野。對于左位制，駛員間接視野。對于左位制， P3用于右后視鏡，用于右后視鏡， P4用于左后視鏡。用于左后視鏡。 49 v視線 從E點、V點到目標點、或按給定角度的，代表 駕駛員視線的直線。視線實際代表了在三維空 間的視面。 v眼睛轉動 最大轉動量： 從正前方，向左、向右各30； 由E點作視線，向左、右不得大于30。 向上45，向下65。 舒適轉動量： 從正前方，向左、向右各15， 向上、向下各15。 v頭部轉動 最大轉動量

16、： 從正前方，向左、向右各60。 舒適轉動量： 從正前方，向左、向右各45。 50 u視切比：含眼橢圓的含眼橢圓的切線一側切線一側 區域內的眼睛數區域內的眼睛數與與眼睛總數眼睛總數之比。之比。 51 駕駛員前方視野要求 1）風窗玻璃透明區至少應包括風窗玻璃基準點連線所包圍的面積。這 些基準點是： V1點水平向前偏左17的基準點a； V1點向前沿鉛垂面偏上7的基準點b； V2點向前沿鉛垂面偏下5的基準點c； 在汽車縱向對稱平面另一側，增加3個與a，b，c三個基準點相對稱的輔助基準 點a，b，c ； V1、V2點在以R點為原點的直角坐標系RXYZ中具有固定坐標值，根據靠背角 的不同需進行修正； 2

17、）按駕駛員視野測量的規定測量，每根A立柱雙目障礙角不得超過6。 3）汽車不得有兩根以上的A立柱。 4）在駕駛員前視野180范圍內，在通過V1的水平面下方和通過V2的 三個平面上方的范圍內，除了A柱、三角窗分隔條、車外無線電天線、 后視鏡和風窗玻璃刮水器等造成的障礙外，不得有其它障礙。 52 駕駛員后方視野要求 u根據布置參數按照前述方法計算后視野區域。 u判斷當前后視野區域是否與法規區域對齊。 u如果后視野區域沒有與法規要求區域對齊，則需要 在水平和垂直方向調節鏡面，以調整后視野方向， 直至對齊為止。 u計算對齊后的視野參數（后視角和視距），并將它 們與法規要求對比。 53 眼橢圓的應用 1）

18、計算頭部轉動點P。左側駕駛使 用P1反之使用P2； 2）按照頭部轉動角為零時計算兩個 眼點的坐標； 3）在眼點高度上作一水平面，截左 A立柱得到A立柱斷面； 4）計算最小頭部水平轉角，最小頭部水平轉角是保持左眼點向左轉動30 的狀態下，再向左轉動頭部直至左眼完全看見A立柱斷面時的頭部轉角； 5）計算A立柱雙目障礙角，在眼點高度的水平面內，從左眼點EL向A立柱 斷面的左側作切線，再從右眼點ER向A立柱斷面做切線，左右切線的夾角 就是A立柱得雙目障礙角。 A立柱盲區的求作 54 駕駛員在觀察儀表等顯示裝置時，其視線會受到轉 向盤結構阻擋，在儀表板上會形成盲區。 轉向盤在儀表板上形成的盲區包括轉向盤

19、輪緣形成 的盲區和輪轂及輪輻形成的盲區兩部分。 在計算盲區之前先要建立儀表板工作面，它應該位 于儀表顯示面處，且與之平行。 儀表板盲區的校核 55 u計算特征盲區計算特征盲區 特征盲區是選取左右眼橢圓中心點為左右眼點時 計算出來的雙眼盲區，它是左右眼點單眼盲區的 公共部分。 1）轉向盤輪緣盲區求作）轉向盤輪緣盲區求作 56 u計算最嚴重障礙點計算最嚴重障礙點 最嚴重障礙點（C點），是由左右眼點連線中 點出發向轉向盤輪緣上中心點所作射線與儀表 板工作平面的交點。 57 u確定確定C點運動軌跡橢圓點運動軌跡橢圓 過轉向盤輪緣上中心點作一系列中央眼橢圓的切 線，與儀表板工作平面相交得一系列交點，交點

20、 圍成的橢圓就是C點運動軌跡。 58 u計算轉向盤輪緣總盲區計算轉向盤輪緣總盲區 將C點沿其運動軌跡橢圓移動一周，特征盲區隨之 平動，在儀表板工作平面上掃過的區域便是雙眼 總盲區。 59 2）轉向盤輪轂、輪輻盲區求作）轉向盤輪轂、輪輻盲區求作 u確定眼點確定眼點 自轉向盤輪轂中心點分別作左右眼橢圓最下端 的切線，分別取左右切點作為左右眼點。 u計算盲區計算盲區 過左眼點作一系列轉 向盤輪轂和輪輻上切 線，與儀表板工作平 面相交得一系列交點， 交點連線下方區域就 是左單眼盲區。 60 作業： 1、什么是雙眼視區和雙眼盲區？ 2、什么是直接視區和間接視區? 3、繪圖并說明頭部轉動點P和眼點EL和E

21、R的關系？及其在視野 設計中的作用？ 4、繪圖并說明左側A立柱盲區障礙角的求法？ 5、儀表板盲區由哪幾部分組成？如何求解？ 61 3、繪圖并說明頭部轉動點P和眼點EL和ER的關系？及其在視野 設計中的作用？ 1）如圖所示，頭部轉動點P和左 右眼點位于同一水平面內； 2）頭部轉動點到左右眼點的距離 為98mm 3)左右眼點之間的距離為65mm 進行視野設計時，左右眼點是視 線的出發點，當視線不滿足要求 時，可以使兩眼點繞頭部轉動點 轉動一定角度（60）來滿足 視線最低要求，轉動過程中眼點 和頭部轉動點的相互位置關系保 持不變。 62 1）轉向盤輪緣盲區的求解 u建立儀表板工作面：它應該位于儀表顯

22、示面處，且與之平行，約向前17mm處； u計算特征盲區：選取左右眼橢圓中心點為左右眼點時計算出來的雙眼盲區，它是左右 眼點單眼盲區的公共部分。 u計算最嚴重障礙點：選取左右眼橢圓中心點為左右眼點時計算出來的雙眼盲區，它是 左右眼點單眼盲區的公共部分。 u確定C點運動軌跡橢圓：過轉向盤輪緣上中心點作一系列中央眼橢圓的切線，與儀表 板工作平面相交得一系列交點，交點圍成的橢圓就是C點運動軌跡。 u計算轉向盤輪緣總盲區：將C點沿其運動軌跡橢圓移動一周，特征盲區隨之平動，在 儀表板工作平面上掃過的區域便是雙眼總盲區。 2）轉向盤輪轂、輪輻盲區求作 u確定眼點：自轉向盤輪轂中心點分別作左右眼橢圓最下端的切

23、線，分別取左右切點作 為左右眼點。 u計算盲區：過左、右眼點作一系列轉向盤輪轂和輪輻上切線，與儀表板工作平面相交 得一系列交點，交點連線下方區域就是左、右單眼盲區，左、右單眼盲區的重疊部分為 輪轂、輪輻形成的雙眼總盲區。 5、儀表板盲區由哪幾部分組成？如何求解？ 63 第5章 汽車顯示與操縱裝置設計 l汽車顯示裝置設計 l汽車操縱裝置設計 布置原則舒適性基本類型 64 汽車人機系統是一個相互作用和相互依賴的、由“駕駛員” 和“汽車”結合而成、具有特定的乘客或載物功能的運動體。 環境環境 機器機器 工具工具 用品用品 . . . 人人 三要素模型中，人和 車之間存在一個相互 作用的“面”，稱為 汽車人機界面。 汽車人機界面 65 顯示與裝置的一般設計原則 1）最少顯示界面布局原則，以減少駕駛員信息傳遞和分析 時間，同時避免產生儀表間的視覺混亂； 2）最精確的顯示原則，以減少誤讀，提高駕駛員反應能力 和降低視覺疲勞; 3）最自然的顯示格式，以便駕駛員用自然、習慣性的理解 和辨識方式去分析和處理信息，減少誤讀率; 4）最有效的布置技術，以便駕駛員有一個好的識讀環境 （照明）和識讀位置等; 5）優化顯示性，創造出看