大众汽车驾驶室人机分析及改进.doc

安全人机 课 程 设 计课 程 安全人机课程设计 题 目 大众汽车驾驶室的人机工程分析与改进 院 系 安全与环境工程系 专业班级 安全技术管理 安专0901班 学生姓名 周珂 学 号 09600130105 指导老师 刘爱群 完成时间 2010年11月30日 目 录1、引言42、 座椅设计的人机分析及改进42.1 座椅设计中相关人体尺寸42.2 座椅设计中相关尺寸62.3 座椅设计的人机分析72.4 座椅的改进设计8针对大众汽车驾驶室座椅的设计，其理想座椅的设计要求有如下几个方面：83、显示装置设计的人机分析及改进93.1显示装置设计中相关参考尺寸93.2.显示装置设计的人机分析103.3 显示装置的改进设计114、 操纵装置设计的人机分析及改进114.1操纵装置设计中相关参考人体尺寸124.2操纵装置设计参考图124.3操纵装置设计的人机分析144.4操纵装置的改进设计155、驾驶室内部空间设计的人机分析及改进155.1驾驶室内部空间设计的人机分析165.2驾驶室内部空间的改进设计166、总结167、致谢17参考文献17大众汽车驾驶室的人机工程分析与改进安全技术管理 ：周珂指导老师： 刘爱群【摘要】: 安全人机工程是从安全的角度和着眼点，研究人与机的关系的一门工程技术，其立足点是安全，以对在活动过程中的人实行保护为目的，主要阐述人与机应保持什么样的关系才能保证人的安全。本次安全人机课程设计，依据人机工程学的原理，从“机宜人”的角度对汽车驾驶室作业空间设计的宜人性进行综合评价与改进设计。以求在本次安全人机课程设计过程中发现存在的隐患问题，并提出相应的改进设计措施，同时不断丰富自己的专业知识，提高专业知识应用能力，为今后的发展奠定基础。【关键字】：机宜人、宜人性、分析、改进设计【Abstract】 ：Safe man-machine engineering from safe Angle and focus of human and machine relationship is an engineering technology, its foothold is safe, to the person in the process of the protection for the purpose, mainly expounds the human and machine should keep what kind of relationship to the suretys safety. The safe man-machine curriculum design, based on the theory of human-computer engineering, from anger person Angle to automobile cabin assignments of spatial design agreeableness comprehensive evaluation and improvement design. For in this safe man-machine curriculum design process found the hidden trouble in problems and puts forward the corresponding improvement measures designed, and constantly enrich their knowledge, improve their professional knowledge application ability, laying the foundation for the future development.【key words】 ：anger, agreeableness, analysis and evaluation, design improvement1、引言 随着我国加入WTO和经济全球化，我国汽车企业面临着巨大的挑战，其竞争的焦点是怎样充分满足顾客的需要。而调查表明，随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对汽车的性能（诸如：动力性、经济性、舒适性以及安全性等）要求越来越高。其中，舒适性和安全性更是近年来的热点，而这两项性能与驾驶室设计的宜人性有很大的关系。驾驶室设计的宜人性不仅关系到驾驶员舒适、安全和身心健康，而且进一步影响到整车性能和市场竞争力。因此，本次安全人机课程设计将在参阅有关资料、进行实地测量的基础上，开展对大众汽车驾驶室设计的宜人性评价研究，并以安全、协调舒适为目标，针对有关问题，提出建议和相关改进设计措施。 汽车驾驶室的宜人性，即“机宜人”，指的是驾驶室的设计要充分考虑驾驶员的体质、生理、心理、智力、审美以及社会价值观念等素质条件的要求，包括：信息显示既便于接受又易于做出判断；操纵元件的尺寸、力度、位置、结构、形式均适合操作者的需要；座椅的设计应保证驾驶员的乘坐舒适性；工具、用品、器具的使用得心应手，能充分发挥使用效率；驾驶员所处的作业环境舒适安全，有利于身心健康，能充分发挥人的功能等。 在大众汽车驾驶室的安全人机关系研究中，主要针对驾驶员的驾驶进行分析评价和研究。驾驶员在驾驶时，手握方向盘坐于座椅上，保持驾驶姿势，眼睛注视车内外信息，同时通过其他感觉器官来接受信息，然后经过大脑的加工、决策，然后通过手、脚来操纵控制系统做出反应，来改变汽车的行驶状态。本章将运用安全人机工程学的原理和方法对影响驾驶员作业的安全性、准确性、舒适性、可靠性的主要因素座位、显示面板、操纵机构、脚踏板等几个方面对大众汽车驾驶室进行评价和改进设计。2、 座椅设计的人机分析及改进 座椅设计的宜人性评价指标选择主要考虑：座椅的尺寸是否适合人体的测量值；是否能保证人体具有良好的作业姿势；座面是否舒适。依据GB/T 147741993工作座椅一般人类工效学要求，评价指标为座椅结构参数（包括座高、座宽、座深、座面倾角、腰靠长、腰靠宽、腰靠厚、腰靠高、腰靠圆弧半径、倾覆半径、腰靠倾角）和座面舒适性。2.1 座椅设计中相关人体尺寸影响人体座椅的尺寸如下：1 （3.1） 坐高2 （3.7） 坐姿眼高3 （3.7） 坐姿膝高4 （3.5） 坐姿肘高5 （3.8） 小腿加足高6 （3.6） 坐姿大腿厚7 （3.10 臀膝距8 （3.9） 坐深表1 人体尺寸参数年龄分组百分位数测量项目男(1860岁)女（1855岁）1510509095991510509095993.1 坐高8368588709089479589797898098198558919019203.2 坐姿颈椎点高5916156246576917017195635795876176486576753.3 坐姿眼高7297497617988368478686786957047397737838033.4 坐姿肩高5395575665986316416595045185265565855946093.5 坐姿肘高2142282352632912983212012152232512772842993.6 坐姿大腿厚1031121161301461511601071131171301461511603.7 坐姿膝高4414564644935235325494104244314584854935073.8 小腿加足高3723833894134394484633313423503823994054173.9 坐深4074214294574864945103884014084334614694853.10 臀膝距4995155245545855956134814955025295615705873.11 坐姿下肢长8929219379921 0461 0631 09682685186591296097510052.2 座椅设计中相关尺寸 椅面高度A：椅面高度定义为椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。在设计时主要考虑到两点：椅面过高会使大腿肌肉受压，椅面过低就会增加背部肌肉负荷。驾驶座椅的椅面高度应低些。 椅面宽度B：在空间允许的条件下，以宽为好。但对于汽车驾驶座椅来讲，驾驶员坐姿单一，不涉及变换姿势，通常设计应以满足最宽人体需要为准。 椅面深度C：指椅面前缘至靠背前面水平距离。其尺寸应满足：腰部得到靠背的支承；椅面前缘与小腿之间留有适当距离，以保证大腿肌肉不受挤压，腿弯部分不受阻碍。靠背 高度D及宽度：靠背的高度和宽度与坐姿肩高和肩宽有关，对于汽车驾驶座椅靠背的高度应采取高靠背，最好加靠枕。 靠背倾角：靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。 椅面倾角：指椅面与水平之间的夹角。主要考虑到为了防止人体臀部向前滑动而是椅面前缘向后倾。此角不易过大，否则会增加大腿下平面与座垫前缘的压力，从而减少双脚着地的负荷，阻碍血液循环，引起身心疲劳。通过以上座椅尺寸参数的确定，以保证驾驶员人体脊柱曲线更接近于正常生理脊柱曲线。2.3 座椅设计的人机分析座椅是影响驾驶与乘坐舒适程度的重要设施，而驾驶员的座椅就更为重要。舒适而操作方便的驾驶座椅，可以减少驾驶员的疲劳程度，降低故障的发生率。驾驶员座椅设计优劣与否直接关系到驾驶质量。司机的座位-工作状态1司机的座位-工作状态22.4 座椅的改进设计针对大众汽车驾驶室座椅的设计，其理想座椅的设计要求有如下几个方面：1 结构形式使操作者身体舒适、稳定，能准确进行操作；2 座高和腰高便于调节，并能进行可靠的紧固；调节范围从女子5百分位数到男子95百分位数。座高：360480mm，无级或20mm一档，有级调节；腰高：165210mm，无级调节；3 外露部分没有易伤人的尖角、锐边、突头等；4 结构材料无毒，阻燃，耐用；坐垫、腰靠材料柔软，防滑，透气，吸汗不导电。如图所示是轻便小汽车驾驶座椅的形式。图中给出的尺寸是以身高1690-1800mm的人体形为基础，对于比这种身材高或低的人，可以调节座椅位置，在水平面上可以调节100mm，在垂直面上可以调节40mm。3、显示装置设计的人机分析及改进 汽车驾驶室的显示装置包括各种转速表、（水温、油压等）检测仪表、指示灯等，其设计的宜人性是指其设计和布置应符合人的视觉特性，使信息显示既便于接受又易于做出判断。在评价显示装置时，主要的评价指标为视距、视角、显示装置的形状、排列、显示对象的大小、颜色匹配、照明效果。3.1显示装置设计中相关参考尺一般音响装置的强度范围和主要频率如下表：一般音响显示装置的强度范围和主要频率使用范围装置形式平均声压级（dB）可听到的主要频率（Hz）距装置2.5m处距装置1m处用于较大区域（或高噪声场所）4英寸铃65-7775-8310006英寸铃74-8384-9460010英寸铃85-9095-100300角笛90-100100-1105000汽笛100-110110-1217000用于较小区域（或低噪声场所）低音翁鸣器50-6070200高音翁鸣器60-7070-80400-10001英寸铃607011002英寸铃62721003英寸铃6373650钟6978500-10003.2.显示装置设计的人机分析显示装置是为了使驾驶员能够进行高效、安全的驾驶作业，大众汽车驾驶室内的视觉显示装置，应能够迅速、方便、准确地给人提供视觉信息。因此，在进行视觉显示装置设计时，应该选择合理的传递信息和数据的形式，并根据人的视觉特点，按最佳观察方式来进行总体布置。仪表。在汽车系统中，仪表作为主要的视觉显示设备。它设计的好坏直接关系到行车安全。因此，在设计过程中要充分考虑人的视觉特征，从而正确地进行视觉显示器的设计。 视野。视野指人的眼球不动的情况下不能够看见的范围，其中包括最佳视觉区（1.5度20度）、有效视觉区（左右为15度20度；上30度，下40度）、最大视野区（左右120度；上55度60度，下70度75度）。 视距。视距是指人的眼睛的正常观察距离。一般为700mm为最佳视距，过远和过近都会使人的认读速度和准确性降低。最大视距为760mm，最小视距300mm。色视。人眼对各种颜色的视野范围是不相同的，实验表明，人眼对白色的视野最大，对绿色的视野最小。 运动特征。眼睛的水平运动比垂直运动快；眼睛的垂直运动比水平运动更易疲劳；对周围运动物体的感知力比静止物体容易。汽车仪表设计最常用的为模拟显示的指针式仪表。由于汽车的使用特征，迅速而又准确的识别信息显得尤为重要。因此要设计和选择好度盘、指针、字符、颜色等视觉内容并使它们之间相互协调，以符合人读信息的接受能力。 光信号。光信号器包扩信号盘、仪表盘上的光色显示器、信号灯等。汽车仪表板的灯光要求能使驾驶员快速准确的识读信息且不影响驾驶员的前方视线，因此，必须选择合适的的灯光颜色和亮度。汽车灯光设备中除了用于照明的前大灯、雾灯、牌照灯、阅读灯还有信号灯如：转向灯、刹车灯、示宽灯、危险信号灯。信号灯用于提醒道路上其他驾驶员或行人注意，灯光颜色满足习惯上的约定、并且达到警示的目的。红色表示危险警报、黄色表示警告有危险的可能性，因此刹车使用高亮度红色灯光、转向使用黄色频闪灯。 声音信号。车用声音主要用于警报、提醒驾驶员和其他人员注意。车辆故障或运行状况恶化时，常采用光信号和声信号共同作用。常用的音响显示装置有：蜂鸣器、铃、角笛、报警器等。3.3 显示装置的改进设计为了实现以上要求，驾驶室的视觉显示器的设计和选用必须遵循以下原则： 根据使用要求，选用最适宜的视觉刺激维度作为传递信息的代码，并将视觉代码的数目限制在人的绝对判别能力允许的范围内； 使显示精度与人的视觉辨认特性同系统要求相适应。显示精度过低，不足以提供能保证系统正常运行的信息；显示精度过高，会提高认读难度和增大工作负荷； 尽量采用形象直观的和与人的认知特点相匹配的显示格式； 目标和背景之间要有适宜的对比关系； 具有良好的照明性质和适宜的照明水平； 所在平面与人的正常视线接近垂直；按从左到右、从上到下、顺时针方向布置。听觉显示器设计必须遵循以下原则： 采用声音的强度、频率、持续时间等维度作信息代码时，应避免使用极端值。代码数目不应超过使用者的绝对辨别能力。 信号的强度应高于噪声背景。 尽量使用间歇或可变的声音信号等。这是大众迈腾系列的精美仪表盘，强烈的豪华感对比色，易于识别，浅色的主色调配合传统的棕褐色桃木纹给人更多的商务气息。4、 操纵装置设计的人机分析及改进驾驶室内的操纵装置包括手操纵装置转向盘、变速杆、手制动、旋（按）钮、开关等和脚操纵装置（制动踏板、离合踏板、油门踏板），参照GB/T 144751993操纵器一般人类工效学要求，其宜人性设计的评价指标为：操纵装置的形状、大小、安装位置、操纵力、操纵位移、运动方向、显示操纵比及操纵装置编码。 4.1操纵装置设计中相关参考人体尺寸 人体相关尺寸年龄分组百分位数测量项目男(1660岁)女（1855岁）1510509095991510509095991.1 身高1 5431 5831 6041 6781 7541 7751 8141 4491 4841 5031 5701 6401 6591 6971.2 体重/kg44485059717583394244526366741.3 上臂长2792892943133333383492522622672843033083191.4 前臂长2062162202372532582681851931982132292342421.5 大腿长4134284364654965055233874024104384674764941.6 小腿长3243383443693964034193003133193443703753904.2操纵装置设计参考图人体在人体在坐姿状态操控范围和力度如图二：踏板布置示意图踏板间距示意图操纵件的伸及性下图列出了立姿、坐姿和立、坐姿交替操作时的脚踏板设计参数，可供设计和选用时参考。 在用力大小、速度和准确度方面，一般人的右脚都优于左脚。但是，对于操作频繁、容易疲乏，且不是很重要的操作，应考虑两脚能交替操作。当操纵力过大时，工作座椅也应作相应改动，见下图。4.3操纵装置设计的人机分析控制装置是人与机交互过程中的重要装置。当操纵者通过显示装置得到机器设备或环境的显示信息后，就要通过控制装置将人的信息传输给机器。控制器按操纵方式可分为手动和脚动。汽车控制系统主要包括：手操纵的方向盘、制动器和各种开关；脚操纵的刹车装置、加速装置等。这些控制装置设计的好坏直接影响汽车的运行安全。手操纵的方向盘以及行驶中需要经常操作的一些控制装置，要以人的操纵方便的位置来进行合理的布局。为减少手的运动、节省空间和减少操作的复杂性，宜采用复合多功能的控制装置。下图为大众汽车中方向盘和各种操纵器的综合设计形式。汽车中刹车装置、加速装置等脚操纵器，主要是在空间的位置直接影响脚的施力和操纵效率。合理的空间布局会给操作带来极大的方便性。脚踏板可分为双脚操作和单脚操作两种。双脚操作的脚踏板主要有往复式和回转式两种形式。单脚操作的脚踏板主要有脚踏式和脚踩式两种。双脚操作的脚踏板 单脚操作的脚踏板汽车操控系统的设计要符合人体工程学的要求 4.4操纵装置的改进设计 手控操纵装置的设计 必须有效地实现预定的功能 需要与操驾驶员的身体成适当比例,使驾驶员发挥最大效率 按照驾驶员的力度和作业能力设计,所以可以适当地考虑到性别、训练程度和身体素质的差异 驾驶员作业时姿势不能引起过度疲劳 好把手应具有较大接触面，使压力能分布于较大的手掌面积上，减小应力；或者使压力作用于不太敏感的区域，如拇指与食指之间的虎口位。 如没有特殊的作用，最好不留指槽，因人体尺寸不同，不合适的指槽会造成某些驾驶员手指局部的应力集中。 脚踏装置的设计 对于汽车脚踏板的位置，应将其设置在驾驶员的大、小腿保持舒适夹角进行操纵的距离范围内，最好是能使操作者的大、小腿间夹角为120度 设置多个踏板时，应保证驾驶员能以最短的距离、不受干扰地进行快速、准确的操纵。一般将离合器踏板、制动踏板、油门踏板按从左到右的顺序排列 制动踏板在油门踏板后2.5-5cm时，驾驶员的脚移动时间最短，可以不用把脚提起来，能提高驾驶员的刹车的操作速度 在脚踏板的下部安装有滚动转子。当女性驾驶员穿高跟鞋驾驶车时，需要踩刹车或离合器时，鞋的后跟能够在滚动转子来回滑动，避免了鞋后跟被卡在脚踏板下而带来的车失去控制的危险性，同时也使女司机免去换平底鞋的麻烦。可以解决汽车上脚踏板容易卡鞋后跟的问题5、驾驶室内部空间设计的人机分析及改进进行汽车内部空间设计时，在人和车有可能发生干涉的地方都应该合理设计，确保乘坐舒适性和撞车安全性。5.1驾驶室内部空间设计的人机分析 在驾驶员驾驶汽车的过程中，一直处于驾驶室有限的空间内，所以，驾驶室内的环境对于驾驶员工作的效率、安全性、舒适性等也有着很大的影响。驾驶室内环境宜人性的评价指标为振动、噪声、湿热条件、照明与色彩。 对于驾驶室内环境因素的考虑，除了光环境、色彩环境、空气环境之外，还有振动环境、噪声环境、热环境等。对于这些环境因素的考虑，也都是考虑各自环境因素对人的生理、心理的不良影响减少到最小，以便驾驶员在驾驶过程中能保持较长时间舒适、安全和高效的作业。5.2驾驶室内部空间的改进设计 驾驶室顶棚的高度应保证驾驶员坐在座椅上时头部与顶棚间有一定间隙 后风窗与驾驶员头部间留有活动空间 驾驶员的膝部空间直接影响到操作方便性和撞车时驾驶员身体的运动轨迹及伤害程度，膝部空间主要指仪表板下方与膝部之间的空间，其设计应以膝部包络线为依据。因而所选的指标为：顶棚高度、膝部空间高度、宽度。 6、总结本文对驾驶室作业空间设计宜人性的评价研究，是为汽车的研究和设计提供一种思路，就是要以人为本、充分考虑人的需求的设计思想。汽车生产企业只有重视运用人机工程学原理对驾驶室进行宜人性