《车辆人机工程学》教案

《车辆人机工程学》课程教案2015——2016学年第1学期编写人：审核人：

第一章人机工程学概论授课学时：2学时讲授方法：板书教学条件：粉笔教学要求：理解人机工程学的基本概念，掌握人机工程学的研究对象和内容，了解人机工程的发展简史，理解人在机器设计中的核心地位，了解车辆设计和使用中常见的人机工程问题和未来面临的新课题。主要内容：人机工程学的基本概念，人机工程学的研究对象和内容，人在机器设计中的核心地位，车辆设计和使用中常见的人机工程问题和未来面临的新课题。重点难点：人-机关系，人在机器设计中的核心地位。：人机工程学的研究内容主要讲述人机工程学的定义、基本概念、研究对象和研究内容。：人机工程学的发展简史包括国内外的发展历程。：机器设计中人的因素包括机器设计中需要考虑的人体因素五个方面。：机动车辆设计和使用中的人机工程问题包括车辆操作系统人机界面的优化匹配、行车安全性及车内乘员的人体保护技术等。：未来车辆人机工程学面临的新课题包括环境、能源、电子技术发展对人机工程学的影响。

第二章人体参数授课学时：2学时讲授方法：板书教学条件：粉笔教学要求：掌握人体测量的项目和测量方法，了解我国成年人的人体结构尺寸、功能尺寸和人体参数的计算方法，了解人体测量数据的应用，了解以人体参数为基础建立的人体模型的种类、结构及用途。主要内容：人体测量的项目和测量方法，我国成年人的人体结构尺寸、功能尺寸和人体参数计算方法，人体测量数据的应用，以人体参数为基础建立的人体模型的种类、结构及用途。重点难点：我国成年人的人体结构尺寸、功能尺寸和人体参数的计算方法。：人体测量包括人体测量的分类、参照系、测量项目和测量方法及人体测量数据的统计特征。：人体尺寸包括我国成年人的人体结构尺寸、功能尺寸、人体参数的计算方法等。：人体测量数据的应用包括产品尺寸设计的分类、满足度、设计界限值的选择、人体尺寸测量数据的修正、产品功能尺寸的确定等。：人体模型包括二维人体模版、人机系统匹配评价用人体模型和汽车用H点三维人体模型。

第三章人的感知响应特性授课学时：2学时讲授方法：板书教学条件：粉笔教学要求：了解人的感知响应过程，了解人的视觉、听觉、皮肤感觉特性，了解人的信息传递理论，理解人体运动的生物力学特性。主要内容：人的感知响应过程，人的视觉、听觉、皮肤感觉特性，人的信息传递理论，人体运动的生物力学特性。重点难点：人体运动的生物力学特性。：人的感知响应过程包括感觉和知觉的概念、基本特性。：人的视觉特性包括视觉器官的功能和基本结构、视觉特性。：人的听觉特性包括听觉器官的功能与人耳的结构、听觉特性。：人的皮肤感觉特性包括触觉、温度觉和痛觉。：人的信息传递理论包括信息与信息量的概念，信息输入的途径、输入显示器及影响信息传递的主要因素、反应时间等。：人体运动的生物力学特性包括人体运动系统的概念、骨骼肌的力学特性、人体的出力、动作的灵活性和准确性等。

第四章显示装置授课学时：4学时讲授方法：板书教学条件：粉笔教学要求：了解显示装置的类型，掌握指针式仪表、仪表板的总体设计，了解仪表的照明设计、信号灯设计、图形标志设计，掌握车辆驾驶员眼椭圆的概念、测量方法及在汽车车身设计中的应用，掌握汽车的后视镜设计方法，了解改善车辆视认性的途径。主要内容：指针式仪表的设计，仪表板的总体设计，仪表的照明设计、信号灯设计、图形标志设计，车辆驾驶员眼椭圆的概念、测量方法及在汽车车身设计中的应用，汽车的后视镜设计方法，改善车辆视认性的途径。重点难点：仪表板的总体设计、车辆驾驶员眼椭圆的概念和汽车后视镜的设计方法。：显示装置的类型包括显示方式的类型、视觉显示装置的功能和类型等。：指针式仪表的设计包括刻度盘设计、刻度和刻度线设计、文字符号设计、指针设计、指针仪表的颜色匹配等。：仪表板的总体设计包括仪表板的空间位置、仪表排列方式、仪表有效认读范围等。：仪表的照明设计包括仪表照明与周围照明的关系、仪表照明的方式、仪表照明的强度、颜色等。：信号灯设计包括信号灯的视距和宽度、颜色、形状、位置设计、编码等。：图形标志设计包括图形标志设计的规则。：车辆驾驶员的眼椭圆包括驾驶员眼椭圆的概念、测定方法、画法和眼椭圆样板的制作、眼椭圆样板在车身视图上位置的确定方法、眼椭圆在汽车车身设计中的应用等。：汽车后视镜设计包括后方视野的评价方法、对后视镜的基本性能要求等。：改善车辆视认性的途径包括驾驶室人机界面的合理设计、恶劣天气条件下保持良好视野的技术措施。

第五章操纵装置授课学时：2学时讲授方法：板书教学条件：粉笔教学要求：了解操纵装置的类型和操纵器的选择，理解操纵器设计的原则、形状、大小及布置方法，理解操纵力、操纵位移的概念，掌握旋转式、移动式、按压式手控操纵装置的设计方法，掌握脚控操纵装置的设计方法。主要内容：操纵装置的类型和操纵器的选择，操纵器设计的原则、形状、大小及布置方法，操纵力、操纵位移的概念，旋转式、移动式、按压式手控操纵装置的设计方法，脚控操纵装置的设计方法。重点难点：操纵器设计的原则及布置方法，操纵力、操纵位移的概念，旋转式、移动式、按压式手控操纵装置的设计方法，脚控操纵装置的设计方法。：操纵装置的类型和选择包括操纵装置的类型、操纵器的选择。：操纵装置设计的人机工程问题包括操纵器设计的一般原则、操纵器的形状和式样、操纵器的大小和布置、操纵力和操纵位移、操纵器的编码、操纵器与显示器的协调关系等。：手控操纵装置的设计包括旋转式、移动式、按压式三种操纵装置的设计。：脚控操纵装置的设计包括脚控操纵装置的型式和操纵特点、适宜用力和设计等。

第六章作业空间设计授课学时：4学时讲授方法：板书教学条件：粉笔教学要求：掌握作业空间设计的原则，理解作业空间范围，掌握作业空间的布置及设计步骤，了解工作台设计，理解工作座椅的静态舒适性设计原理，理解车辆驾驶室的作业空间。主要内容：作业空间设计的原则，作业空间范围，作业空间的布置及设计步骤，工作台设计，工作座椅的静态舒适性设计原理，车辆驾驶室的作业空间。重点难点：作业空间的布置及设计步骤，工作座椅的静态舒适性设计原理，车辆驾驶室的作业空间。：作业空间设计的原则包括作业空间设计的目标和人机工程学原则、作业空间的人体尺度等。：作业空间范围包括近身作业范围、作业场所等。：作业空间设计包括作业空间的布置和设计步骤。：工作台设计包括工作台设计的关键任务和方法。：工作座椅的静态舒适性设计原理包括舒适坐姿的生理特征、工作座椅的设计等。：车辆驾驶室的作业空间包括驾驶员、驾驶座椅、显示装置、操纵装置、门窗、顶棚等的合理匹配。

第七章人机系统授课学时：2学时讲授方法：板书教学条件：粉笔教学要求：了解人机系统的功能和类型，了解人机系统的功能分配。主要内容：人机系统的功能和类型、人机系统的功能分配。重点难点：人机系统的功能分配。：人机系统的功能和类型包括人机系统的功能、人机系统的类型。：人机系统的功能分配包括人与机器特征机能比较，机械系统人机界面优化匹配等。

第一章人机工程学概论人机工程学的研究内容定义“Ergonomics”，“HumanEngineering”；日语称为“人间工学”；俄语音译为“Эргономика”；美国：“HumanFactors”。在我国，本学科处于初创阶段，名称尚不统一，有“人机工程学”，“人类工效学”、“人体工程学”和“工效学”等不同提法。“Ergonomics”=“Ergon”+“Nomos”“Ergon”的意思是“出力”、“工作”，“Nomos”的意思是“正常化、规律”。“Ergonomics”的含意就是“人出力正常化”或“人的工作规律”。CCWood的定义为：“设备的设计必须适合人的各方面的因素，以便在操作上付出最少能耗而求得最高效率”。WBWoodson的定义为：“人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，即对人的知觉显示、操纵控制、人机系统设计和布置、作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高的效率及人在作业时感到安全和舒适”。AChapanis的定义为：“人机工程学是在机器设计中考虑如何使人操作简便而又准确的一门学科”。EJMcCormick和MSSanders在《HumanFactorsinEngineeringandDesign》一书中给出人机工程学的简要定义为：“为人的使用而设计”和“工作和生活条件的最优化”。KHEKroemer，HBKroemer，KEKroemer-lbert等人在《Ergonomics--HowtoDesignforEaseandEfficiency》一书中给出人机工程学的简要定义为：“为适当地设计人的生活和工作环境而研究人的特性”和“工作的宜人化”。封根泉的定义为：“为了研究解决机器系统设计与人体有关的种种问题，使整个人机系统的工作效能达到最优而建立起来的一门科学，就是人体工程学”。赖维铁的定义为：“人机工程学是运用生理学、心理学和其它有关学科知识，使机器和人相互适应，创造舒适和安全的环境条件，从而提高工效的一门学科”。钱学森的定义为：“人机工程是一门非常重要的应用人体科学技术，它专门研究人和机器的配合，考虑到人的功能能力，如何设计机器，求得人在使用机器时整个人和机器的效果达到最佳状态”。曹琦等人给出的定义为：“人机工程学是研究并优化人机系统的科学”。国际人机工程学会(InternationalErgonomicsAssociation，简称IEA)的定义为：“人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素;研究人和机器及环境的相互作用;以及在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率，人的健康、安全和舒适等问题的学科”。本书的定义为：“人机工程学是从人的生理和心理特点出发，研究人、机、环境相互关系和相互作用的规律，以优化人-机-环境系统的一门学科”。基本概念人机系统(man-machinesystem)：指“人”与他所对应的“物”共处于同一时间及空间时所构成的系统。“人”指的是在所研究的系统中参与系统过程的人；“机”则泛指一切与人处于同一系统中并与人交换着信息、物质和能量的、供人使用的物；“环境”指的是“人”、“机”共处的、对“人”和“机”有直接或间接影响的周围外部条件。人机系统构成图人机系统构成图人机界面(man-machineinterface)：人机系统中，“人”与“机”之间能够相互施加影响、实现相互作用的区域。（1）第一类控制系统人机界面（2）第二类直接作用型人机界面（3）第三类间接作用型人机界面人机关系(man-machinerelationship)：（1）机宜人（2）人适机机宜人是有条件的，人适机也是有限度的。人机系统中的机宜人与人适机是相对的。任何一个人机系统都必然是既要尽量做到机宜人，也要设法做到人适机。调整这种人机相互匹配关系最根本的制约条件就是人的可能性与人的可靠性。研究对象人机工程学的研究对象是人-机-环境系统简称人机系统。人机工程学既要研究人-机-环境系统的各个组成部分的属性，更要着重研究人-机-环境系统的总体属性，以及人、机、环境之间的相互关系的规律。研究内容机工程学主要由两个学术研究方向构成：研究和实验确定工程设计所必需知道的有关人的特征和特性的具体数据。应用和工程设计宜人化的用品、工具、机器、环境、作业程序、工作任务等。（1）人机工程学学科的构成：（2）人的特性的研究人体尺寸及人体测量技术人体的力学性能人的劳动生理功能劳动中人的心理过程人的信息传递能力人的可靠性人员的选拔和培训人的动作时间研究人体模型（3）机的特性的研究信息传递技术操纵控制技术安全保障技术动力学仿真技术宜人化技术（4）环境特性的研究作业空间物理环境化学环境生物环境美学环境（5）人-机关系的研究人机系统功能分配人机界面优化匹配人机系统特性协调人机系统可靠性人机系统安全性（6）人-环境关系的研究（7）机-环境关系的研究（8）人-机-环境系统总体性能的研究人机工程学的发展简史经验的人机工程学一直延续到第一次产业革命时期。自有人类社会开始，就有了最原始的人机关系——人与器物的关系。原始人狩猎用的棍棒、石块或投枪，其尺寸、重量总是与人的体能大体相适应的。大约两千四百多年以前的战国初期，我国就出现了第一部科技汇编名著《考工记》。它的历史与科学价值名闻中外，联合国教科文组织已决定将《考工记》译成六种联合国的工作语言（中、英、法、俄、西班牙，阿拉伯文）以广流传与研究。在这部古代科技名著中，对一些器物制作应考虑的宜人性问题已有相当深入、十分精彩的论述。1.2.1经验的人机工程学※兵器握柄的形状※弓箭的制作和使用※掘土工具“耒”随着人类社会的发展，人创造和使用的器物和机器不断得到改进，由简单到复杂地逐步完善。这种实际存在的人机关系及其发展，可称为经验的人机工程学。我国古代的指南车，是最早的自动控制系统，其设计原理与现代人机工程学的反馈原理相吻合，是经验的人机工程学的典型应用实例。1.2.2科学的人机工程学※第一次产业革命时期(1750～1890年)：以法国Jacquard在纺织机械上使用穿孔卡片进行程序控制和英国Watt设计蒸汽机的调速器为代表，开始实现自动调节和控制。与此相适应，人机工程学开始由经验逐步上升为科学。1884年德国学者AMosso迸行了著名的肌肉疲劳试验，该项研究可以说是科学人机工程学的开端。※第二次产业革命时期(1870～1945年)：1898年美国学者FrederickWTaylor进行了著名的铁锨铲煤作业的试验研究。FrankBGilbreth夫妇首创采用当时先进的高速摄影（电影拍摄）方法，研究工人的砌砖作业动作过程。20世纪初，FWTaylor关于操作方法的研究成果在美国和西欧一些国家得到推行，并成为大大提高劳动生产率的“泰罗制”，FWTaylor的研究为科学人机工程学的建立奠定了基础。※第一次世界大战期间：各参战国都聘请心理学家解决战时兵种分工、特种人员选拔和训练、军工生产中的作业疲劳等问题。美国哈佛大学心理学Munsterberg教授的代表作《心理学与经济生活》和《心理工艺学原理》是人机工程学的最早著作。这一时期的研究者多是一些心理学家，当时的学科名称是“应用实验心理学”，其特点是选择和训练人，使人适应机器。战后，心理学的应用推广到非军事领域，学科名称改成了“工程心理学”。※第二次世界大战期间：工程技术设计思想开始发生了一个根本性的转变：由“使人适应机器”转变为“使机器适应人”，生理学家、心理学家、医生和工程技术专家共同研究解决武器和装备的优化设计的实践，促进了人机工程学作为一门独立的新兴学科的形成和发展。※第三次产业革命开始(1945年)以来：以电子技术的广泛应用为主要标志。随着工业技术的发展，工程技术设计中与人的因素有关的问题越来越多，人机协调问题越来越显得重要，从而促使人机工程学的研究和应用得到更广泛而迅速的发展。1.2.3现代的人机工程学※20世纪80年代，进入“现代的人机工程学”发展阶段，其突出特点是：人-机-环境系统的最优化。※“产品语义学”—产品的“认知”问题，成立了专门的研究方向。归结为两个极朴素的要求：第一，看到它，马上知道它是做什么用的；第二，比较容易弄清楚该怎么用。1992年，联合国环境与发展大会通过了著名的《关于环境与发展的里约热内卢宣言》，以保护生态环境为前提，提出了经济与科技活动所必须遵循的“可持续发展原则”。其后不久，我国制定了国家的“可持续发展战略”，把环境保护提升到了现代化建设的国策之高度。可持续发展原则使人机工程学的学术思想又产生了极大的扩展和深化：在空间方面，将所考虑的环境延伸到了整个自然界的大环境;在时间方面，不仅要考虑人造器物给当今人们带来的效益，而且要充分顾及对未来子孙后代的影响。可持续发展原则对人类的设计和生产活动提出了一系列新的准则：应该减少资源和能源的消耗，应该推行“绿色包装”，不但从源头上去减少垃圾，还要开拓废弃物资的再生利用。只要设计得当，让事物又好又省又美是完全做得到的。“从清晨起床到夜晚人睡，智能化的电子产品为人安排好了一切：定时唤醒人们起来，自动地定时做好早餐，自动地定时定购所需物品，…”“智能化的个人交通工具，能让人在户外足不涉地”，“恒温控制的居室，让人终年生活在四季如春的环境中”……对于人类的未来生活，报刊上不断出现这样的描述。如果今后多数社会成员的生活，真的都象那样完全不费脑子，不费力气，人类的子孙们，会一代比一代更聪明健壮，还是相反？人机工程学研究的目的是使人“安全、健康、舒适、高效”，在未来，这也许仍然没有错。但是必须从更高的视角来把握其含义：产品、设施、环境的创造，既要让人们现今生活得美好，更要有利于人类自身德、智、体的全面发展。一定要让科技进步促进人类自身的健康发展！1.2.4人机工程学的学术组织与刊物1949年12月，KFHMurrell第一次提出了“Ergonomics”这个词作为人机工程学的学科名称。1950年成立了英国人机工程学研究协会，1957年发行了会刊《Ergonomics》，该刊物现在已成为国际人机工程学学会的会刊。美国在1957年成立了人机工程学学会，发行了会刊《HumanFactors》，成为世界上出版人机工程学书刊最多的国家。1960年正式成立了国际人机工程学学会，1961年在瑞典的斯德哥尔摩举行了第一届国际人机工程学学术会议，此后每三年举行一次，至2003年为止，已举行了15次国际人机工程学学术会议。自20世纪60年代开始，俄罗斯(前苏联)、日本、德国、法国、荷兰、瑞典、瑞士、丹麦、芬兰等国也都相继成立了人机工程学学会或专门研究机构，从事人机工程学的研究、应用和人才培养工作。国际标准化组织(InternationalStandardizationOrganization，简称ISO)于1975年设立了人机工程学技术委员会(TC-159)，负责制订人机工程学方面的标准。各国根据自己的具体情况也制订了许多人机工程学的标准和规范。人机工程学在我国起步相对较晚，目前处于大力发展阶段。1989年正式成立了全国性的学术组织--中国人类工效学学会(ChineseErgonomicsSociety，简称CES)。机器设计中人的因素机器设计中的人体因素1.人体对作业负荷的耐受性2.人体参数3.人体的生物力学特性4.人的感知响应特性5.人的适宜劳动姿势车辆设计和使用中的人机工程问题1.机动车辆驾驶操纵人机界面的优化匹配2.机动车辆的行车安全性及车内乘员的人体保护技术3.机动车辆乘员的乘坐舒适性4.机动车辆的噪声控制5.机动车辆车内小气候环境的宜人化控制6.机动车辆驾驶员的驾驶适宜性7.机动车辆的道路适应性8.人-车-路系统的综合优化未来车辆人机工程学面临的新的问题车辆设计和使用中的人机工程问题既广泛又典型，几乎复盖了人机工程学的全部主体内容，它们一直是过去几十年中研究的热门。其中，尤以轿车设计和使用中的人机工程问题技术上最具有代表性和先进性。车辆人机工程专家面临的挑战将是怎样使得人体特性的差异如此巨大的轿车驾驶者和使用者群体中的大多数人、在大部分时间里对轿车的使用性能都感到满意。整个道路交通环境的改善将使轿车的驾驶者成为整个智能交通运输系统的组成部分之一，从而将其控制目标转向于谋求有限的道路通行能力的优化利用及整个系统的安全、高效运行。随着能源与环境问题的倍受人们关注，车辆技术发展的又一趋势可能是各种非石油燃料车辆，特别是电动汽车的大量使用，这些新型的车辆将带给驾驶者许多新的驾驶操纵特性，对车辆设计和使用提出某些新的人机工程问题。由于信息技术的发展和社会生活网络化程度的提高，轿车作为通勤交通工具的功能比率将渐趋下降，而用于休闲娱乐的功能比率将渐趋提高，轿车的行驶速度也许不再是最主要的使用性能要求了，而人们对轿车的宜人性、乘坐舒适性的要求却会比现在高得多，轿车作为一个活动的家，将要求车内空间增大，内部装饰更具有家庭的温馨气氛。未来社会大环境的其他变化，必将为人机工程学的发展提供新的机遇和更加广阔的前景，也必将对车辆人机工程学提出许多新的研究课题，从而引起车辆人机工程学研究重点的转移。

第二章人体尺寸测量：人体测量2.1.1人体测量的分类1.静止形态参数的测量2.活动范围参数的测量3.生理学参数的测量4.生物力学参数的测量2.1.2人体测量的参照系测量基准轴：1.铅垂轴2.矢状轴3.冠状轴测量基准面：1.矢状面2.冠状面3.水平面4.眼耳平面测量姿势立姿 被测者挺胸直立，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体侧，手指轻贴大腿侧面，膝部自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈45°夹角，体重均匀分布于两足。坐姿 被测者挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左、右大腿大致平行，膝弯屈大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。2.1.3人体测量的项目和测量方法测量方向1.人体上下方向上方称为头侧端，下方称为足侧端。2.人体左右方向靠近正中矢状面的方向称为内侧，远离正中矢状面的方向称为外侧。3.四肢方向靠近四肢附着部位的方向称为近位，远离四肢附着部位的方向称为远位。4.上肢方向指向桡骨侧的方向称为桡侧，指向尺骨侧的方向称为尺侧。5.下肢方向指向胫骨侧的方向称为胫侧，指向腓骨侧的方向称为腓侧。测量项目我国国家标准GB3975-83《人体测量术语》中规定了人体测量参数的测点和测量项目其中，头部测点16个、测量项目12项；驱干和四肢部位的测点22个、测量项目69项。GB5703-85《人体测量方法》中规定了适用于成年人和青少年的人体参数测量方法。支撑面和衣着立姿测量时站立的地面或平台、坐姿测量时的座椅平面应当是水平、稳固、不可压缩的。要求被测者裸体或穿着尽量少的内衣(例如，只穿内裤和汗背心)进行测量。2.1.4人体测量数据的统计特征常用的统计特征参数有均值、方差、标准差、百分位数等。人体测量的数据常以百分位数来表示人体尺寸的等级，百分位数是一种位置指标，一个界值，以符号PK表示。一个百分位数将总体或样本的全部测量值分为两部分，有K%的测量值等于或小于此数，有(100-K)%的测量值大于此数。最常用的是第5、50、95三个百分位数，分别记作P5、P50、P95。人体尺寸2.2.1我国成年人的人体结构尺寸国家标准GB10000-88《中国成年人人体尺寸》按照人机工程学的要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据。标准中总共给出7类47项人体尺寸基础数据。标准中用7幅图分别表示项目的部位，相应用13张表分别列出各年龄段、各常用百分位的各项人体尺寸数据。男（18～60岁）女（18～55岁）1510509095991510509095991.1身高/mm154315831604167817541775181411491484150315701640165916971.2体重/kg44485059717583394244526366741.3上臂长/mm2792892943133333383492522622672843033083191.4前臂长/mm2062162202372532582681851931982132292342421.5大腿长/mm4134284364654965055233874024104384674764941.6小腿长/mm324338344369396403419300313319344370376390立姿人体尺寸男（18～60岁）女（18～55岁）1510509095991510509095992.1眼高/mm143614711495

15681643166417053371371138814541522154115792.2肩高/kg124412811299136714351455149411661195121112711333135013852.3肘高/mm92595496810241079109611288738999139601009102310502.4手功能高/mm6566806937417878018286306506627047467577782.5会阴高/mm7017287417908408568876486736867327797928192.6胫骨点高/mm394409417444472481498363377384410437444459坐姿人体尺寸人体水平尺寸人体头部尺寸人体手部尺寸人体足部尺寸中国六个区域人体尺寸的均值和标准差2.2.2我国成年人的人体功能尺寸GB10000-88中，只给出了成年人人体结构尺寸的基础数据，并没有给出成年人的人体功能尺寸。同济大学的丁玉兰教授对GB10000-88标准中的人体测量基础数据进行了分析研究，导出了几项常用的人体功能尺寸及人在作业位置上的活动空间尺度的数据。几项人体功能尺寸数据立姿活动空间坐姿活动空间单腿跪姿活动空间仰卧姿活动空间人体各部位的活动范围人体各部位的活动范围2.2.3人体参数的计算方法设计中所必需的人体数据，当没有条件测量、直接测量有困难或者为了简化人体测量的过程时，可根据人体的身高、体重等基础测量数据，利用经验公式计算出所需的其它各部分数据。我国成年人人体尺寸的比例关系人体各部位的尺寸由体重、身高计算人体体积和表面积由身高、体重、体积计算人体生物力学参数由人的年龄计算人体生理学参数人体车辆数据的应用2.3.1产品尺寸设计的分类按照所使用的人体尺寸的设计界限值的不同情况，可将产品尺寸设计任务分为三种基本类型：Ⅰ型产品尺寸设计。需要同时利用两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据之设计任务，称为Ⅰ型产品尺寸设计，又称双限值设计。例如，汽车驾驶座椅设计。Ⅱ型产品尺寸设计(Ⅱ型产品尺寸设计任务，又分为两类：ⅡA型产品尺寸设计、ⅡB型产品尺寸设计)。只需要利用一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值或下限值的依据之设计任务，称为Ⅱ型产品尺寸设计，又称单限值设计。ⅡA型产品尺寸设计只需要利用一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值的依据之设计任务，称为ⅡA型产品尺寸设计，也称大尺寸设计。例如，设计公共汽车的车厢高度。ⅡB型产品尺寸设计，只需要利用一个人体尺寸百分位数作为尺寸下限值的依据之设计任务，称为ⅡB型产品尺寸设计，也称小尺寸设计。例如，设计工作场所的栅栏结构、网孔结构或孔板结构等安全防护装置。Ⅲ型产品尺寸设计。只需要人体尺寸的第50百分位尺寸数据作为产品尺寸设计的依据之设计任务，称为Ⅲ型产品尺寸设计，也称折中设计。例如，门的把手或锁孔离地面的高度、电灯开关在房间墙壁上的安装位置离地面的高度设计。设计人员进行产品或工程系统设计时，首先必须正确判断设计任务应属于哪一种类型，然后恰当选取作为尺寸设计依据的人体相应部位的百分位数。2.3.2满足度所设计的产品或工程系统，在尺寸上能满足的合适使用者的人数，占特定使用者群体的百分率，称为满足度。满足度的取值应根据设计该产品或工程系统所依据的使用者群体的人体尺寸的变异性、生产该产品或实现该工程系统的技术可能性以及经济上的合理性等因素，综合权衡选定。在实际设计中，通常均以满足度达到90%作为设计目标。2.3.3设计界限值的选择对于Ⅰ型产品尺寸设计：应将满足度取为98%，应选用第99百分位和第1百分位的人体尺寸数据作为尺寸设计上、下限值的依据。对于ⅡA型产品尺寸设计：应将满足度取为98%或95%，应选用第98百分位或第95百分位的人体尺寸数据作为尺寸设计上限值的依据。对于ⅡB型产品尺寸设计：应将满足度取为98%或95%，应选用第2百分位或第5百分位的人体尺寸数据作为尺寸设计下限值的依据。对于Ⅲ型产品尺寸设计：必须以第50百分位的人体尺寸数据为依据。2.3.4人体尺寸测量数据的修正1.、功能修正量：(1)着装修正量(2)姿势修正量心理修正量2.3.5产品功能尺寸的确定最小功能尺寸：为了确保实现产品的某项功能而在设计时规定的产品最小尺寸，称为产品最小功能尺寸。产品最小功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量最佳功能尺寸：为了方便、舒适地实现产品的某项功能而设定的产品尺寸，称为产品最佳功能尺寸。产品最佳功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正量。人机工程学是以追求安全、健康、舒适、高效为目标的，只要客观上许可，就应当按最佳功能尺寸进行设计。以设计船舶居住区的层高为例，若以男子身高第90百分位尺寸1754mm作为设计界限值，鞋跟高修正量取为25mm，高度的最小余裕量取为90mm，高度的心理修正量取为115mm，则：最低层高=1754+(25+90)=1869≈1900mm最佳层高=1754+(25+90)+115=1984≈2000mm2.3.6人体身高尺寸在设计中的应用方法人体尺寸主要决定人机系统的操纵是否方便、舒适、宜人。因此，各种工作面高度、设备和用具的高度，（如操纵台、工作台、操纵件的安装高度以及用具的设置高度等），都要根据人的身高来确定。以身高为基准确定工作台面或设备的高度工作台面或设备的高度与人体身高的比例关系人体模型以人体参数为基础建立的人体模型是描述人体形态特征和力学特性的有效工具，是研究、分析、设计、评价、试验人机系统不可缺少的重要辅助手段。按人体模型的用途，有设计用人体模型、工作姿势分析用人体模型、动作分析用人体模型、运动学分析用人体模型、动力学分析用人体模型、人机界面匹配评价用人体模型、试验用人体模型等多种类别;按人体模型的构造方法，有物理仿真模型与数学仿真模型两类。2.4.1二维人体模板二维人体模板是目前人机系统设计时最常用的一种物理仿真模型。其侧视图如图2-17所示。正视图和俯视图可参看GB/T14779-93《坐姿人体模板功能设计要求》中的图2和图3。人体模板的结构1.基准线2.关节3.活动范围4.手的姿势5.人体模板的分段尺寸人体模板的尺寸等级对于安全设施，应尽可能按极端的百分位数设计，如选用第1和第99百分位，以适应绝大多数人的要求。对于一般设施，所选百分位数可适当偏离极端数值，如第10和第90百分位，这样可简化结构、降低成本。人体模板的应用人机系统设计时，可借助人体模板进行辅助制图、辅助设计、辅助演示或辅助测试。人体模板用于工作人体模板用于工作系统设计人体模板用于人体模板用于轿车驾驶室设计人体模板用于工程机械驾驶室人体模板用于工程机械驾驶室设计人体模板百分位的选择必须根据设计对象的结构特点和设计参数来选用适当百分位的人体模板。通常，确定外部尺寸，如手臂活动的可及范围、脚踏板的位置等，宜选用“小”身材的人体模板(如第5百分位)；确定内部尺寸，如腿、脚活动的占有空间、人体、头、手、脚的通过空间等，宜选用“大”身材的人体模板(如第95百分位)。2.4.2人机系统匹配评价用人体模型 在人机系统的评价中，不同的人对同一个系统有着不同的评价，这是人机工程学的一个基本观点。 人体模型内嵌有人体尺寸数据库，用它构造出的人体模型在三维尺寸上符合国家标准GB10000-88的要求。人体模型人体模型坐标系人体活动部位的活动方向和角度范围人体结构的树形表示人体结构的树形表示虚拟的人机界面虚拟的人机界面虚拟的人机界面虚拟的人机界面2.4.3汽车用H点三维人体模型H点，即胯点(HipPoint)，指人体身躯与大腿的铰接点。在人体模板中为髋关节。确定汽车车身或驾驶室内部人机界面几何尺寸关系时，常以此点作为人体的定位基准。（a）构件名称（b）构件尺寸和载荷分配1-背板；2-躯干重块悬架；3-靠背角水平仪；4-臀部角度量角器；5-座板；6-大腿重块垫块；7-连结膝关节的T型杆；8-小腿夹角量器；9-膝部角量角器；10-大腿杆；11-横向水平仪12-H点支轴；13-H点标记钮；14-靠背角量角器；15-头部空间探测杆汽车用H点三维人体模型的用途：汽车的实际H点是指当H点三维人体模型按规定的步骤安放在汽车座椅中时，人体模型上左右两H点标记连接线的中点。H点三维人体模型除了用来确定汽车的实际H点外，还可用来检验汽车座椅设计的合理性。H点三维人体模型在汽车内的安放方法和步骤可参阅国际标准ISO6549和我国国家标准GB/T11563-89。H点二维人体模板汽车车身设计中也采用H点二维人体模板来确定或校核车内尺寸，H点二维人体模板是根据H点三维人体模型制作而成的。美国SAE标准中采用的H点二维人体模板2.4.4车辆碰撞仿真分析用人体模型国外至今已研制出许多种先进的仿真模型及商品化软件，这些仿真模型中，都包含有三维或二维的基于多体系统动力学的人体模型（CAL3D和MADYMO3D）。我国清华大学、吉林工业大学、中国农业大学等单位也先后研制出基于多体系统动力学的二维和三维人体模型，应用于汽车碰撞过程中乘员运动响应的仿真分析、汽车碰撞行人事故中人体运动的仿真分析等问题的研究。清华大学研制的“MUL3D汽车碰撞人体运动响应”软件系统中的三维人体模型。1.人体模型的结构2.人体模型的参数3.所建立的多刚体系统动力学方法的特点4.MUL3D软件系统MUL3D的人体模型2.4.5汽车碰撞试验用人体模型试验用人体模型都是三维的物理仿真模型，又称为试验用假人或模型人。对汽车碰撞试验用假人的性能要求主要是：1.假人的尺寸、质量分布、关节的活动、胸部等部位受到负荷时的变形特征应与真人很相似；2.能对各部位的加速度、受力等参数进行实时测量；3.个体间的差别小，反复再现性好；4.耐久性、可靠性高。汽车碰撞试验用假人的构造中国首位汽车安全试验用模拟人

第三章人的感知响应特性人的感知响应过程人的感觉响应系统由感觉器官、传入神经、大脑皮层、传出神经和运动器官组成。3.1.1感觉与知觉感觉感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的个别属性的反映。分为：外感受器、内感受器、本体感受器。知觉知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。3.1.2感觉的基本特性适应刺激感觉阈值适应性感觉的相互作用对比余觉3.1.3知觉的基本特性整体性选择性主观性恒常性错觉人的视觉特性3.2.1视觉器官的功能和基本结构视觉器官的功能人眼的基本结构图3-2人眼的基本结构视觉形成的机理光觉光谱光效率图3-3光谱的可见光区图3-4光谱光效率曲线两种细胞的工作制简化眼模型图3-5简化眼模型视觉的全过程3.2.2视觉特性视角视力视野视距双眼视觉与立体视觉对比感度暗适应与明适应眩光视错觉颜色视觉是觉得运动规律视觉辨认能力的特点人的听觉特性3.3.1听觉器官的功能与人耳的基本结构听觉器官的功能是分辨声音的强弱和高低，以及环境中声源的方向和远近。3.3.2人的听觉特性（1）听觉的频率响应特性图3-19声音在空气中的传播图3-20听力损失曲线图3-21听阀、痛阀与听觉区域800～1500Hz频率范围内，听阈无明显变化；低于800Hz时，可听响度随着频率的降低明显减小；在3000～4000Hz之间达到最大的听觉灵敏度。超过6000Hz时，听觉灵敏度再次下降，大约在17000Hz时，听觉灵敏度降至标准值的1/10；除2000～5000Hz之间有一段谷值外，开始感到疼痛的极限声强几乎与频率无关；在1000Hz时的平均听阈值I0值大约为10-12W/m2，痛阈Imax约为10W/m2。对声音高低强弱的辨别能力人耳对频率的感觉很灵敏，表现为辨别音调高低的能力。对声源方向和距离的辨别能力人耳的听觉，绝大部分涉及到所谓“双耳效应”，或称“立体声效应”，是正常的双耳听觉具有的特性。（4）听觉的掩蔽效应一个声音被另一个声音所掩盖的现象，称为掩蔽。一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应，称为掩蔽效应。图3-22纯音对纯音的掩蔽效应曲线人的皮肤感觉特性人体皮肤内主要的感受器是：触觉感受器、温度感受器和痛觉感受器。皮肤感觉主要有三种：触觉、温度觉（冷觉和热觉）和痛觉。3.4.1触觉（1）触觉的类型触-压觉触-压觉按所受刺激的强度不同，又可分为接触觉和压觉。轻轻的刺激产生接触觉；刺激强度增大就产生压觉。触-摸觉触-摸觉是皮肤感觉与肌肉运动感觉的结合，是在高级神经支配下，通过手的运动感觉与皮肤感觉把信息传给大脑，经大脑综合分析后，判别出的肢体与被触摸的物体之间的相对空间位置。（2）触觉的适宜刺激对触觉感受器的适宜刺激是皮肤位移(变形)的梯度和接触界面皮肤变形的曲率，由皮肤变形引起感受器和神经末梢的变形，从而产生触觉。（3）触觉的阈限用毛发触觉计测定身体不同部位对刺激的触觉感受性和触觉阈限，结果表明，身体不同部位的触觉绝对感受性，从高到低，依次为：鼻部、上唇、前额、腹部、肩部、小指、无名指、上臂、中指、前臂、拇指、胸部、食指、大腿、手掌、小腿、脚底、足趾。（4）触觉定位触觉不但能够感知物体的长度、大小、形状等特征，而且还能够区分出刺激作用于身体的部位，这项功能称为触觉定位。（5）触觉编码大小编码形状编码位置编码（6）触觉特性的应用人的触觉特性的应用，关键问题在于如何选择合适的形状或压力作为触觉的适宜刺激，与此相关的一些实际应用中的技术要领，也需严格掌握。3.4.2温度觉温度感受器分布在皮肤的不同部位，形成所谓冷点和热点。每一平方厘米皮肤内，冷点有6～23个，热点有3个，温度觉的强度，取决于温度刺激强度和被刺激部位的大小。在冷刺激或热刺激不断作用下，温度觉也会产生适应。3.4.3痛觉人体各个组织的器官内，都有一些特殊的游离神经末梢，在一定刺激强度下，就会产生兴奋而出现痛觉。神经末梢在皮肤中分布的部位，称为痛点。人的信息传递理论人在进行各种操作活动的同时能给出身体及四肢所在位置的信息，这种感觉称为本体感觉。3.5.1平衡觉平衡觉系统的外周感受器官是前庭器官，前庭器官由位于内耳迷路中的三个半规管和椭圆囊、球囊组成，是人体对运动状态和头部在空间位置的感受器。3.5.2运动觉人体组织中，有三种类型的运动觉感受器，第一类是肌肉内的纺锤体，它能给出肌肉拉伸程度及拉伸速度方面的信息；第二类是位于腱中各个不同位置的感受器，它能给出关节运动程度的信息，由此指示运动速度和方向；第三类是位于深部组织中的层板小体，埋藏在组织内部的这些小体对形变很敏感，能给出深部组织中压力的信息。人体运动的生物力学特性3.6.1人体运动系统人体运动系统由骨、骨连结和骨骼肌三部分构成。骨是人体运动的杠杆，骨连结是支点，骨胳肌是动力。人体骨骼关节关节的运动：角度运动(通常有屈、伸和收、展两种运动形态)、旋转运动、环转运动。关节的活动范围如图3-27、图3-28和表3-11所示。3.6.2骨骼肌的力学特性收缩性伸展性弹性粘滞性3.6.3人体的出力坐姿时手臂的操纵力立资时手臂的操纵力坐姿时的足蹬力手的握力3.6.4人体动作的灵活性与准确性人体动作的灵活性人体动作的准确性

第四章显示装置第一节显示装置的类型人机系统中，显示装置的功能通过可视化的数值、文字、曲线、符号、标志、图形、图像，可听的声波以及其它人体可感知的刺激信号向“人”传递“机”的各种运行信息。4.1.1显示方式的类型4.1.2视觉显示装置的功能视觉显示装置是人机系统中功能最强大、使用最广泛的显示装置。视觉显示装置的功能，是向操作人员提供机器系统运行过程的有关信息，使操作人员及时、合理地进行操纵，从而使机器系统按预期的要求运行，完成预定的工作。对视觉显示装置的要求，最主要的是使操作人员观察认读既准确、迅速而又不易疲劳。按所显示的信息量类型来划分，视觉显示装置可分为数字显示和模拟显示两大类。常用指针式仪表指针式仪表的设计视觉显示装置设计的人机工程学问题，可概括为下列三个方面：确定操作者与显示装置间的观察距离。根据操作者所处的位置，确定显示装置相对于操作者的最优布置区域。选择有利于传递和显示信息、易于准确快速认读的显示器型式及与其相关的匹配条件(如颜色、照明条件等)。4.2.1刻度盘设计刻度盘的形状，常用的有圆形、半圆形、直线形、扇形等。刻度盘大小与其刻度标记数量和观察距离有关。4.2.2刻度和刻度线设计刻度盘上刻度线间的距离称为刻度。刻度的大小根据人眼的最小分辨能力来确定。人眼直接读数时，刻度的最小尺寸不应小于0.6～lmm，一般宜在1～2.5mm间选取，必要时也可取为4～8mm。若用放大镜读数，最小刻度一般应取为1/fmm(f为放大镜的放大率)。刻度的最小值还受所用材料的限制，钢和铝的最小刻度为1mm，黄铜和锌白铜的最小刻度为0.5mm。刻度大小要适宜，太小不利于认读，读数的准确度和速度都低；太大则使刻度盘尺寸增大，不但不经济，而且也使认读效果降低。图4-4刻度线宽度对读数误差的影响4.2.3文字符号设计 用得最多的字符是数字、汉字、拉丁字母及各种专用符号。（1）字符的形状对字符形状的要求是简单醒目。因此，宜多采用直线和尖角，加强各字体本身特有的笔划，以突出“形”的特征。避免采用草体和装饰形体。字符的大小数字的立位符号和标志4.2.4指针设计指针的形状和大小指针的零点位置指针与刻度盘面的关系指针的颜色和涂料4.2.5指针式仪表的颜色匹配图4-13仪表板的空间位置仪表板的总体设计4.3.1仪表板的空间位置仪表板离人眼的距离最好是710mm左右，其高度最好与眼平齐，板面上边缘的视线与水平视线的夹角不大于10°，下边缘的视线与水平视线的夹角不大于45°。仪表板应与操作者的视线成直角，至少不应小于60°，当人在正常坐姿下操作时，头部一般略自然前倾，所以布置仪表板时应使板面相应倾斜。通常，仪表板与地面的夹角为60°～75°。4.3.2仪表板上的仪表排列根据视觉运动规律，仪表板面一般应呈左右方向为长边的长方形形状。最常用、最主要的仪表应尽可能安排在视野中心3°范围内，这是人的最优视区。一般性仪表允许安排在20°～40°视野范围内。40°～60°视野范围只允许安排次要的仪表。各仪表刻度的标数进级系统，应尽可能一致。图4-15美国SAEJ209号标准推荐的一种仪表板上仪表的分区和排列形式4.3.3仪表板面的有效认读范围试验指出，观察距离为800mm时，若眼球不动，则水平视野20°范围为最优认读范围，其正确认读时间为1s左右。图4-16仪表版面的有效认读范围仪表的照明设计4.4.1仪表照明与周围照明的关系一般说来，周围环境的光照度与仪表照明区的光照度相近时，观察效率较高。周围环境的光照度不宜大于或小于仪表照明区光照度的十倍。夜间行驶的车辆，为了保证对车外环境观察的视觉效率，仪表照明的光照度应在能看清指示的前提下尽可能低。4.4.2仪表照明的方式外照明：用灯光照射仪表板。这种照明方式需注意避免外照射光在仪表板、仪表的刻度盘面和仪表玻璃上产生反射光。一般都希望采用间接照明，它对仪表的视觉认读效果较好，受暗适应的影响较小。透射光：光线由仪表内部照射，透过仪表面而形成发光的仪表面或发亮的刻度。仪表壳内侧照射：用很小的灯泡，从仪表壳的内侧、仪表面的上方和侧面照射仪表面。荧光涂料：仪表刻度线和指针使用荧光涂料，能产生不影响夜间视力的荧光，荧光以黄色光最清晰。但荧光毕竟不如灯光清晰，并且荧光在黑暗背景中易产生幻动错觉，观看时间久了还容易引起视觉疲劳。蚀刻式刻度的侧面光照：用灯光从玻璃仪表面的侧面照射，光线在蚀刻的刻度线上产生折射和反射，使仪表面上的刻度表现为发光似的记号，而仪表的其它部分则很暗。这种照明方式使刻度十分清晰。4.4.3仪表照明的强度黑夜里，仪表照明的合适的光照度约为0.1lx。仪表照明的最低光照度不宜小于0.03lx。4.4.4仪表照明的颜色对人眼来说，最接近日光的光线视觉频率最高。信号灯设计信号灯的优点：面积小、观察距离远、引人注目、简单明了。信号灯的缺点：信息负荷有限，当信号灯数量太多时，会形成杂乱和干扰。4.5.1信号灯的视距和亮度信号灯必须清晰醒目并保证一定的视距。车内信号灯必须保证驾驶员看得清楚，又不能太亮而造成眩目或夜间影响对车外情况的观察。交通信号灯应保证较远的视距，而且在日光明亮和恶劣气象条件下都清晰可辨。信号灯的亮度要能吸引操作者的注意，其亮度至少是背景亮度的两倍，而背景最好灰暗无光。4.5.2信号灯的颜色、形状和闪烁频率作为警戒、禁止、停顿或指示不安全情况的信号灯，应使用红色；提请注意的信号灯，宜使用黄色；表示正常运行的信号灯，应使用绿色；其它信号灯则用白色或别的颜色。4.5.3信号灯与操纵器和其它显示装置的协调性当信号灯的含义与某种操作响应相联系时，必须考虑它与操纵器和操作响应的协调关系。4.5.4信号灯的位置设计信号灯应安设在显眼的地方。性质重要的信号灯必须安置在视野中心3°范围之内；一般信号灯应安排在视野中心20°范围之内；只有相当次要的信号灯才允许安排在视野中心60°～80°范围内。4.5.5信号灯的编码表示复杂信息内容的信号灯系统，应当采用合适的编码方式，避免采用过多的单个信号灯。信号灯编码方式常以颜色编码为主，辅之以形状编码和亮度编码。图形标志设计根据人的视觉特性和视觉运动规律，图形标志的设计应当遵循以下原则：图形标志应明显突出于背景之中，使图形与背景形成较大的反差。图形边界应明确、稳定。应尽量采用封闭轮廓的图形。图形标志应尽可能简单，表示不同对象的标志都应蕴含有利于理解其涵义的特征。应使显示部分结合成为统一的整体。第七节车辆驾驶员的眼椭圆4.7.1车辆驾驶员眼椭圆的概念运用统计的观点和方法研究驾驶员的视点分布规律，发现车辆驾驶员的视点分布图形是呈椭圆状，故称为驾驶员眼椭圆。汽车驾驶员眼椭圆的确立为研究汽车视野性能提供了科学的基准。图4-23不同百分位人群的眼椭圆侧视图4.7.2眼椭圆的测定方法眼椭圆的测定需在相当大的室或厅内进行。在室或厅的一面墙上设有宽银幕，银幕前方一定距离处停放测定用的汽车，银幕中央安设一架照相机，在汽车驾驶员旁侧一定距离处设置第二架照相机，两照相机等高，并且光轴互相垂直。测试场地的布局如图所示。图4-23眼椭圆测定场地的布局4.7.3眼椭圆的画法和眼椭圆样板汽车车身设计中，常将各种百分位的眼椭圆事先制作成样板，以便设计或校核之用。4.7.4眼椭圆样板在车身视图上的位置的确定方法眼椭圆样板在车身视图上的位置应如图4-26所示。图中标注的关键符号说明如下：L17：H点的前后方向的水平调节量；L40：座椅靠背角；L33：H点至加速踏板踵点的水平距离；H30：H点至加速踏板踵点的垂直距离；H50：H点的垂直调节量；W3：H点向上254mm处的驾驶室最小宽度；W7：方向盘中心离汽车纵向对称平面的距离。图4-24眼椭圆的画法图4-25确定眼椭圆的位置4.7.5眼椭圆在汽车车身设计中的应用风窗玻璃刮扫面积和部位的确定：以驾驶员眼椭圆为基准。车身A立柱形成的盲区方向盘一侧的风窗玻璃框架立柱称为A立柱，是形成驾驶员前方视野盲区的主要结构因素之一。图4-29A立柱形成的盲区的作图法直接视区驾驶员无需借助汽车后视镜可直接看到的区域。间接视区驾驶员借助汽车后视镜能看到的区域，也就是后视野。单眼视区驾驶员用左眼或右眼单独观察时所能看见的区域。双眼视区驾驶员用左、右两眼同时观察时，两眼都能看见的区域。两单眼视区左、右眼分别单独观察时所能看见区域的叠加，即两单眼视区的合成。由于两单眼视区中的重叠部分就是上述双眼视区，因此双眼视区包含在两单眼视区之中。双眼盲区左、右眼不能同时都看见的区域。驾驶员的视区与盲区车内后视野的确定图4-30确定车内后视野的作图法汽车后视镜设计4.8.1后方视野的评价方法安装在汽车上的车外、内后视镜，可以使驾驶员在正常操作位置上驾驶汽车时，不必回头就能间接地看清车辆后方的道路交通情况，有助于提高车辆行驶的安全性。GB15084-94《汽车后视镜的性能和安装要求》中，规定了对车外、内后视镜的后方视野的基本要求，如下图所示。汽车内后视镜的后方视野区域美国SAE推荐采用沿椭圆的方法确定后方视野，规定轿车和小客车的后方视野范围，如图4-33所示。图4-33轿车的后方视野区域后方视野的评价方法分感觉评价和试验评价两种。4.8.2对后视镜的基本性能要求后视镜的视野角度：取决于镜面大小、镜面曲率以及镜与视点间的距离。后视镜的左右单眼总视野E—内后视镜；OD、OE—驾驶员眼点；ID、IE—单眼虚像；I—左、右眼总虚像；A—左眼视角；B—右眼视角；C—双眼视角；D—左、右单眼总视角（2）后视镜的反射率：按GB15084-94第5.2节规定的方法测定的数值，不得小于40%。（3）后视镜的失真率：平面镜不得大于3%；凸面镜不得大于7%。（4）后视镜的有效面积：车内后视镜，允许遮挡部分的总和占规定视野的15%以下;车外后视镜，允许遮挡部分的总和占所规定视野的10%以下。（5）后视镜的耐气候性：包括耐高温、耐低温、耐湿空气、防水等性能)（6）后视镜的缓冲性能：后视镜在遭到撞击时，应具有移位或脱落的功能。4.8.3汽车后视镜新功能的研究和开发（1）远距离调节后视镜角度（2）后视镜加热除雾（3）后视镜除灰装置（4）后视镜的清洗甩水机构（5）防眩目后视镜液晶防眩目后视镜（6）新型多曲面、无盲区后视镜（7）后视摄像-防撞系统第九节改善车辆视认性的途径4.9.1驾驶室(车身)人机界面的合理设计（1）提高车内视觉显示装置的视认性（2）扩大车外直接视野范围a.前方视野b.前上方视野c.动态前方视野d.侧方视野e.全周视野4.9.2恶劣天气条件下保持良好视野的技术措施（1）刮水、洗涤雨天行车时，为了洗净、刮掉风窗玻璃外表面的雨水、泥污，保持良好的视野，汽车上装有风窗刮水器和风窗洗涤器。GB15085-94《汽车风窗玻璃刮水器、洗涤器的性能要求及试验方法》中规定了对M1类汽车的风窗玻璃刮水器、洗涤器的性能要求。（2）除霜、除雾除霜装置是用来溶化凤窗玻璃内、外表面上的霜和冰，使之恢复清晰视野的装置。除雾装置是用来清除风窗玻璃内表面上的水蒸汽凝结物，使之恢复清晰视野的装置。4.9.3提高夜间视认性的技术措施夜间行车，机动车必须配备一系列的灯具：有用于夜间外部照明，恢复本车行驶前方视野的前照灯、辅助前照灯、前侧位灯；有向道路的其他利用者传递信息的转向信号灯、制动灯、驻车灯、后侧位灯、中侧位灯、示廓灯以及反射器；有二者兼用的倒车灯；有在雾、雨、雪等天气能见度差时，用于恢复视野和使迎面来车及尾随车辆知道本车位置的前、后雾灯等等。这些灯具中，最重要的是前照灯。（1）车辆设计和使用中保证前照灯的正确配光性能（2）改善前照灯的使用性能4.9.4增强视认性的辅助信号灯（1）制动灯要求制动灯的生理可见度，在阳光下距离30m可见，夜间良好天气距离300m可见。（2）转向信号灯在夜间天气良好的情况下，转向信号灯应在300m距离处可见；在阳光下，应在30m距离处可见。（3）前位灯和后位灯在夜间天气良好的情况下，前位灯和后位灯应在300m距离处可见。（4）示廓灯：示廓灯应保证夜间良好天气时距离300m处可见。机动车必须装设后反射器，车长大于10m的机动车以及汽车列车和轮式拖拉机车组的挂车还必须装有侧反射器。反射器应能保证夜间在正面前方150m处用汽车前照灯照射时，在照射位置就能确认其反射光。（5）倒车灯及倒车报警器（6）危险报警闪光灯：危险报警闪光灯的闪光频率应为1.5±0.5Hz，起动时间不大于1.5s。危险报警闪光灯应保证白天距离100m处可见。4.9.5高新技术的应用为了扩展或/和增强车辆驾驶员的视觉功能，以进一步改善车辆的视认性能、视野性能及回避危险性能，基于现代高新技术的各种辅助装置和系统，在车辆上和交通工程领域得到了日益广泛的应用。例如：全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)、智能视觉系统、摄像-监视系统、雷达-监控系统、超声波监控系统、红外线监控系统、智能车辆公路系统IVHS(IntelligentVehicleHighwaySystem)、智能交通运输系统ITS(IntelligentTransportationSystem)等等。这些装置和系统的基本特点是综合运用计算机、电子、自动控制和人工智能等各种先进的技术以提高车辆的自动化、智能化水平。具体装置的实例：美国研制的一种发射无线电波的探测器，通过电脑数字处理区分车外一定距离处的不同物体。法国的雷诺和标志在自动引导车上装设一种通过雷达探测30～80m的障碍物，并在电脑屏幕上显示出来的装置和一种通过激光测距仪、摄像机和后视镜使司机能看清30m范围内行人过马路情况的装置。

第五章操纵装置操纵装置的类型和选择操纵装置的类型操纵装置的类型按人体操作部位按实现的功能手控操纵装置脚控操纵装置开关式操纵器

操纵器转换式操纵器调节式操纵器紧急停车操纵器器旋转式操纵器移动式操纵器按压式操纵器5.1.2操纵器的选择根据操纵器的功能特点和使用操纵器的具体条件（如使用要求、空间位置、环境因素等)初步选择工作效率较高的几种型式，然后考虑经济因素进行筛选确定。曲柄(摇把)适用于费力、移动幅度大而精度要求不高的调节。主要用于无级调节、且要求几个旋转动作之后停止在一个位置上的操纵工况。曲柄的优点是操纵转矩较大，适应范围较广，其形状确保操作者不可能产生无意识的操作，安全性较好。但它受空间限制较大。当两工位或多工位有级操纵时，为了快速调节，而调节位置还要看得见、摸得着，也可选用曲柄。手轮适用于细微调节和平稳调节。当手轮一次连续转动角度大于120°时，应选用带柄手轮。主要适用于无级调节、三工位或多工位的分级开关。手轮很适宜于保持在一个位置上，要求精确地调节，但容易产生无意识操纵。因此，手轮要有联锁或保险装置。旋钮适用于用力较小且变化细微的连续调节或三种状态以上的分级调节。可用于某一工位的快速调整，能实现无级调节，旋转运动不受限制，可广泛用于粗调或细调。按钮只允许有两个工位。适用于安装空间受限制或要求单手同时快速操纵多个操纵器的场合。更适宜于要求可以看见和触及所控制工位的情况。为了防止无意识操纵，可采取适当的结构措施。(按键只允许有两个工位。适用于安装空间受限制或要求单手同时快速、准确地操纵多个操纵器的场合。按键可根据用途不同，选用不同颜色，便于识别。旋塞既适用于无级调节，又适用于分级开关。若调节范围小于一周，则旋塞用于分级控制时可以有2~24个工位（例如，旋转量程旋择开关）。旋塞通常做成指针形状或带有指示标记，各个工位有指示数值，以利于提高操纵的准确性。钥匙适用于对安全有特殊要求，不允许产生非授权的和无意识的调节的场合。尤其适用于保持在一个工位上的操纵要求。开关杆适用于要求能保持并精确调节的场合，可用于两个或多个工位的操纵，也可用于多个运动方向及无级调节。当要求每个工位都可见、可及和快速调节时，选用开关杆极为合适。拨动式开关适用于快速调节、占据空间小、单手操纵几个操纵器，以及要求可见、可及的场合。视其结构不同，可调节两个或三个工位。摆动式开关只能用于两个工位。最适宜于空间小的情况下，对几个操纵器用单手同时进行快速操纵，且要求可见和可触及相应工位的场合。脚踏板适用于动作简单、快速、需要的操纵力较大的调节。能较长时间保持在调节位置上，可用于两个或几个工位的调节和无级调节。脚控操纵器一般适用于需要连续进行操作，而且用手又不方便的场合，或手的任务量太大，需要的操纵力较大的场合。在坐姿、有靠背的条件下宜选用脚控操纵器。键盘键盘由几个或几十个按钮开关或按键组成，其按键组合应符合国家标准或国际标准。键盘主要适用于安装空间受限制、便于集中控制的场合。手闸适用于操纵频率较低的场合，可进行两个或数个工位的调节及无级调节。当阻力不大时，可用作为两个终点工位之间的精确调节。手闸的工位容易保持，并且可以看见和触及。若有多个滑动操纵器需要用单手同时操纵，则可用手闸进行快速精确调节，并且能保持在调节的工位上。指拨滑块指拨滑块分两类，一类是人手施加的力通过滑块与手指间的摩擦来传递，它只允许有两个工位，适用于安装空间受限制且可看见工位的场合，也适用于要求防止无意识操纵的场合；另一类是滑块所受的力通过滑块的突起形状来传递，它允许有两个、几个工位及无级调节，适用于要求可以看见和触及的操纵，并能快速调节和保持在调节位置的场合。牵拉式操纵器适用于两个、几个工位及无级调节，它要求有恰当的结构设计（如行程、标记等），适宜用于要求能保持调节位置，并能进行快速精确调节的场合。操纵装置设计的人机工程问题5.2.1操纵器设计的一般原则操纵器要适应于人的生理特点，便于大多数人使用操作。操纵器的运动方向要同机器的运行状态相协调。操纵器要容易辨认。尽量利用自然的操纵动作或借助操作者身体部位的重力进行操纵。在条件许可的情况下，尽量设计多功能的操纵器。操纵器的造型设计，要求尺寸大小适当、形状美观大方、式样新颖、结构简单，并且给操作者以舒适的感觉。5.2.2操纵器的形状和式样操纵器的形状同它的功能之间最好有逻辑上的联系，以利于辨认和记忆。操纵器的式样应便于使用，有利于操作者用力。有定位或保险装置的操纵器，其终点位置应有标记或专门的止动限位装置。分级调节的操纵器应有中间各档位置标记和定位、自锁、连锁装置。脚控操纵器不应使踝关节在操作时过分弯曲。操纵器的使用方法应尽量简化。当操纵器数量很多，而又难以单纯用形状来区分时，可在操纵器上刻以适当的符号，作为辅助标志。这些符号最好用手感触即可辨别。5.2.3操纵器的大小操纵器的大小应适合于人的手或脚进行操作。常用操纵器的尺寸范围及优先选用规范，可查阅GB/T14775-93《操纵器一般人类工效学要求》中的5.2节及相应的图、表数据。操纵器的适宜大小同它的使用目的和使用方法有着密切的关系。5.2.4操纵器的布置操纵器的排列应适合人的操作习惯，按照合理的操作顺序和逻辑关系进行安排。操纵器应优先布置在人的手或脚活动最灵敏、辨别力最好、反应最快、用力最强的空间范围和合适的方位上。当这些空间范围不够用时，则按操纵器的重要性和使用频率依次布置在较好或次要的位置上。联系较多的操纵器应尽可能安排在邻近位置，并同操纵器的编码相适应。当操纵器很多时，应按照它们的功能分区布置，各区之间用不同的位置、颜色、图案或形状进行区分。同一台机器的操纵器，其操作运动方向要一致。操纵器应尽可能布置在人的视野范围内，借助视觉进行识别。紧急操作用的操纵器必须与其它操纵器分开布置，安排在最显眼而又最方便操作的位置，以确保操纵准确及时。操纵器与显示器配合使用时，两者之间应有优良的协调性。纵器的总体布置要力求简洁、明确、易操作及造型美观。操纵装置的空间位置和分布应尽可能做到在盲目定位时有较高的操纵工效。各种操纵装置之间的内侧间隔距离5.2.5操纵力和操纵位移（1）操纵阻力操纵装置的操纵阻力主要由摩擦阻力、弹性阻力、粘滞阻力、惯性阻力等部分构成。（2）最大操纵力：最大操纵力既取决于操纵器的工作要求，又受限于操作者在一定姿势下所能产生的最大出力。常用操纵器的操纵力要求可查阅GB/T14775-93《操纵器一般人类工效学要求》中的5.4节及相应的表格中的数据。（3）最优操纵力：一般推荐最优操纵力的范围为手操纵5～20N；手指操纵2～5N；脚操纵45～90N；脚尖操纵20～45N。最优(或最适宜)操纵力的选定应兼顾能量消耗、操纵精确度、操纵速度及获取操纵量的反馈信息等四方面的要求，谋求最高的操纵工效。从能量利用的角度考虑，在不同的用力条件下，以使用最大肌力的1/2和最大收缩速度的1/4操作，能量利用率最高，人较长时间工作也不会感到疲劳。影响最优操纵力的主要因素：操纵器的结构型式及其位置人体的姿势操纵器的性质和使用要求静态施力操纵操纵器的用力梯度操纵用力的差别阈值5.4.6操纵位移操纵器位移参数的设计，主要是确定操纵器的适宜增益。操纵器的增益，有两种含义：（1）显示-操纵比显示器的指示量与操纵器的操纵量之间的比值。（2）响应-操纵比机器系统的实际变化量与操纵器的操纵量之间的比值。5.2.6操纵器的编码将操纵器进行合理编码，使每个操纵器都有自己的特征，以便于操作者确认不误，是减少操作差错的有效措施之一。编码的方法一般是利用形状、大小、位置、颜色或标志等不同特征对操纵器加以区别。形状编码这是一种容易被人的视觉和触觉辨认的、效果较好的编码方法。形状编码要注意尽可能使各种形状的设计反映操纵器的功能要求，使人能看出此种形状的操纵器的用途；还要尽可能考虑到操作者戴手套也能分辨形状和方便操作。大小编码若想仅凭触觉就能正确辨认出不同尺寸的操纵器(例如圆形旋钮)，则相互之间的尺寸差别必须足够大(如圆形旋钮的尺寸必须相差20%以上）。对于旋钮、按钮、扳动开关等小型操纵器，通常只能划分大、中、小三种尺寸等级。因此，大小编码方式的使用效果不如形状编码有效，使用范围也较为有限。（3）位置编码操纵器的安装位置也常被用来起编码作用。例如：汽车上的离合器踏板、制动器踏板和加速踏板，就是以位置编码相互区分的。在不用眼睛看而仅用手摸进行操作时，对垂直排列布置的操纵器的操作准确性优于水平排列布置的。相邻操纵器间应有一定的间距以利于辨别，此间距一般不宜小于125mm。（4）颜色编码操纵器的颜色编码，一般不单独使用，而要同形状或大小编码合并使用。颜色只能靠视觉辨认，而且只有在较好的照明条件下才能看清楚，所以它的使用范围也就受到限制。（5）标志编码在操纵器上面或侧旁，用文字或符号作出标志以标明其功能。标志编码要求有一定的空间和较好的照明条件。标志本身应当简单明了，易于理解。文字和数字必须采用清晰的字体。5.2.7操纵器与显示器的协调关系（1）空间关系的协调性。四种旋钮和四种仪表的位置对应关系，其优劣次序为Ⅰ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅳ，有人对它们进行过1200次操作试验出现操作差错的次数分别为0、76、116、129。图5-5操纵器与显示器的空间协调性（2）运动关系的协调性显示器指针或光点的运动方向与操纵器的运动方向应当互相协调。（3）概念关系的协调性。道路交通标志就更必须满足此项要求。5.2.8操纵器的操作方向与受控对象物的运动方向和控制效果的协调关系（1）第一原则：相类似的操纵器的一致性凡是使受控对象物(不论是同类的、类似的或不同的)产生同样的运动或发生同样的变化，应尽量使用同类或相似的操纵器，并且操作方向相同。操纵器的典型运动方向示例参见表5-12。（2）第二原则：不同种类的操纵器的一致性使用不同种类的操纵器，又要求不同对象物产生同样的运动或发生同样的变化，此时至少应使操纵