人機工程學在汽車駕駛室顯示裝置上的應(yīng)用分析課件

人機工程學

人機工程學在汽車駕駛室顯示裝置上的應(yīng)用分析

07120422一引言駕駛室設(shè)計是轎車設(shè)計中非常重要的部分，設(shè)計是否合理直接影響到駕駛員的安全、效率、舒適和健康,傳統(tǒng)的設(shè)計方法主要是以經(jīng)驗設(shè)計為主。而人機工程學理論和計算機技術(shù)的發(fā)展，為依據(jù)人機工程學理論和利用計算機手段進行駕駛室設(shè)計提供了條件，使設(shè)計方法程序化，從而縮短了設(shè)計周期。在人一汽車一環(huán)境系統(tǒng)中，人與汽車系統(tǒng)是主體。人與汽車相互作用的過程，就是利用人機界面上的顯示器和控制器，實現(xiàn)人與機的信息交換過程。操作者通過駕駛室中的顯示裝置來了解汽車的整個運行狀況，操作者面對的是快速傳遞和高度復雜的信息，要求操作時精度高而且快速準確。同時，由于計算機技術(shù)的日益更新，人機界面開始由硬件人機界面向軟件人機界面轉(zhuǎn)移，這是人與機都進入了一個新的階段。研究人機界面的組成并使其優(yōu)化匹配，產(chǎn)品就會在質(zhì)量、造型、外觀、功能及產(chǎn)品可用性等方面得到改善和提高，同時也會增加產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值。程度。對于定量讀數(shù)的顯示，選擇電子式數(shù)字顯示。對于定性讀數(shù)的顯示，由于它不要求具體的數(shù)字，且模擬顯示更為靈敏、方便，因此選用指針式顯示。汽車行駛時，駕駛員需要隨時獲得汽車的形式狀況才能保證更好的駕駛，儀表板是精確反映行駛車況的唯一裝置，所以，如何設(shè)計好儀表板的各項功能并合理布置是非常重要的。三應(yīng)用分析3.1儀表顯示器的人機工程學原則顯示裝置設(shè)計還要考慮選擇顯示器和儀表的易讀性和準確性。通常，汽車上各種儀表和信號指示器組裝在一塊儀表板上。儀表板的空間位置最好應(yīng)使駕駛員不必運動頭部和眼睛就能看清全部儀表，或至少應(yīng)在頭和眼的自然轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)。通常一般操作的視距距離設(shè)置在560～750mm之間，這樣能夠使眼睛較長時間地工作而不會疲勞。前方最佳距離為710mm左右，儀表板應(yīng)與駕駛員的視線成直角。人在正常坐姿下操作，頭部一般略自然前傾，所以儀表板應(yīng)相應(yīng)傾斜。通常，儀表板與地面的夾角600～750。儀表板上的儀表應(yīng)根據(jù)視覺運動規(guī)律排列，最常用、最主要的儀表和信號指示器應(yīng)盡可能排在視野中心3°范圍內(nèi)(最優(yōu)視區(qū))，一般儀表和信號指示器排在20°～40°的水平視野和視平線向下30°的垂直視野范圍內(nèi)，水平視野40°～60°和視平線下30°～75°和以上10°范圍區(qū)域只允許設(shè)置次要的，除了不常用和不重要的，一般不宜設(shè)置在80°水平視野之外。把視覺裝置布置在良好視區(qū)和有效視區(qū)的意義在于，可使操作者持久地處于能察覺信號的環(huán)境，或者置身于能收到信號的位置。僅在不得己的情況下才應(yīng)用在有效視區(qū)之外。因此，在轎車顯示裝置的總體布置時也應(yīng)根據(jù)視覺顯示裝置分區(qū)布置原則和視覺的特點來進行布置。針對轎車顯示裝置的布置，在其最重要的儀表和指示燈的布置時，通過結(jié)合人機工程學的儀表布置原則，并考慮到車內(nèi)部空間的有限性，較理想的布置是將其設(shè)置在水平視野的25°范圍和垂直視野野(在視水平線下30°以內(nèi)范圍）)的10°范圍之內(nèi)（如圖1），其正確認讀為ls左右，這樣能夠保證駕駛員在較小的空間內(nèi)迅速、準確地接收信息，并快速做出反應(yīng)，進行安全有效的操作。當水平視野超過25°時，正確認讀時間開始劇增。人們在通過視覺進行識別信息時，其識別效果和方式除了受到視野視距、色彩等的影響外，還與人自身的視覺特征有關(guān)。因此在進行顯示裝置的總體布置時，也要考慮到人的視覺特征，并有針對性的進行相應(yīng)的設(shè)計調(diào)整。其主要考慮以下幾個方面：1．眼睛沿水平方向運動比沿垂直方向運動快而且不易疲勞。2．視線的變化習慣從左到右，從上到下和順時針運動。3．人眼對水平方向尺寸和比例的估計比對垂直方向尺寸和比例的估計要準確得多，因而水平式儀表的誤讀率(28％)比垂直式儀表的誤讀率(35％)低。取相關(guān)信息，其它次重要的和不重要的，則可依次按象限的觀察效果的排列結(jié)合其它設(shè)計原則進行總體布置。在進行視覺顯示裝置的總體布置時，要考慮顯示信息的種類和數(shù)目等。在最佳條件下，一般人能夠同時時(瞬間)接受工藝過程重要指示器示值多達7個(對這些示值操作者應(yīng)該經(jīng)常觀察)。因此，需考慮到操作者接收信息的能力有一定的限制，在總體布置時顯示的信息種類和數(shù)目不宜過多，應(yīng)將顯示的信息數(shù)量限制在人的視覺通道容量所允許的范圍之內(nèi)，使人處于最優(yōu)信息條件之下。如果一定要顯示多個信息，可以考慮結(jié)合另一感覺器官(如聽覺器官)來接受信息和數(shù)據(jù)。3.2.1儀表顯示裝置儀表是顯示裝置中使用最廣的一類視覺顯示器，按其認讀特征又可分為數(shù)字式顯示器和模擬式顯示器。數(shù)字式顯示儀表是一種使用數(shù)字來顯示有關(guān)參數(shù)或工作狀態(tài)的顯示裝置，如各種數(shù)字顯示屏，機械和電子的數(shù)字計數(shù)器等。數(shù)字顯示的認讀過程比較簡單，只是對單一的數(shù)字及符號的辨認過程。這一類型的特點是：顯示簡單、精確等。模擬式顯示儀表是通過模擬量來顯示機器有關(guān)參數(shù)和狀態(tài)的視覺顯示裝置。它具有顯示信息形象化、直觀化的特點，使人對示值在全量程范圍內(nèi)所處的位置一目了然，對于測量的偏差值，不僅顯示出偏差量，而且示出偏差位于給定值的哪一側(cè)(正或負，加或減等)。在不需要精確讀出顯示的具體數(shù)據(jù)時，它能夠迅速、直觀的顯示出當時所處范圍的位置，機器大概是一個什么狀態(tài)，從而使操作者在第一時問內(nèi)做出反應(yīng)。經(jīng)調(diào)研了解到，在現(xiàn)行轎車的儀表顯示器中，最主要的顯示儀表都是模擬式的，比如通過指針式顯示器來指示汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化情況，當指針指到紅色刻度時，駕駛員不需要讀出它的示值就可以通過指針所指位置較清晰、有效地了解到發(fā)動機轉(zhuǎn)速過大，并注意降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速以免出現(xiàn)危險(圖2)。圖2發(fā)動機轉(zhuǎn)速表指示在汽車駕駛過程中，駕駛員進行儀表認讀的時間比較短，因此要求各種顯示裝置盡可能無誤地傳遞信息，使人能迅速地、準確地識別信息。對于模擬式顯示裝置來說，解決這些問題的主要措施，就是設(shè)計和選擇好儀表刻度盤、字符、指針和顏色匹配，使它們之間相互協(xié)調(diào)，以符合人對于信息的感受、辨別和理解等的生理與心理特征，從而使人能迅速、準確地接受信息。針對儀表刻度盤的設(shè)計，主要可以通過其形狀的不同來進行不同的選擇。其類型有：開窗式、圓形、半圓形、水平直線型和垂直直線型。其讀數(shù)認讀效果是不同的，開窗式認讀范圍小、視線集中、動眼1．表盤設(shè)計掃描路線短，誤讀率最低，因此優(yōu)于其它四種形式。圓形和半圓形次之，但由于它給出了兩維空間的位置刺激，并且符合長期來人們觀察儀表所形成的習慣，因此，圓形式和半圓形式優(yōu)于直線式。由于人眼睛的運動規(guī)律是水平運動比垂直運動速度快、準確度高，故水平直線式又優(yōu)于垂直直線式，五種形式刻度盤的認讀準確率如圖3。在設(shè)計轎車內(nèi)部的儀表盤形狀時，可以根據(jù)以上人機學的研究結(jié)果來進行合適的選擇?？紤]到駕駛員在認讀表盤時首先進行的是判斷顯示在全范圍內(nèi)的位置，因此不宜使用開窗式的表盤。因為開窗式的雖然認讀準確率最高，但是卻沒有通過指針顯示所在量程范圍內(nèi)的具體位置，不能夠滿足駕駛員的第一判斷。圓形式，具有良好的位置顯示和準確率，因此，在大部分時候都可以采用。但是，由于該形式的最大刻度常與最小刻度數(shù)重合在一起或距離很近，而駕駛員在進行判斷的時間很短，因此需要在最大和最小刻度之間有一個明顯的區(qū)分，以免發(fā)生識別錯誤。在進行儀表盤面設(shè)計時，當某些設(shè)計要求(像整體、均衡等)需選用圓形盤面時，應(yīng)考慮在盤面上將最大和最小刻度位置明顯區(qū)分開，以保證認讀的準確性。半圓形式，給出了較好的準確率和位置顯示，在許多情況下能較好的顯示信息。而在汽車的部分儀表中，由于需要在盤面上顯示較多的刻度范圍，如：時速表的顯示，就因汽車的最大時速較高而要求顯示0、20?180、200?等多個刻度，此時使用半圓形盤面進行排布多個刻度，會因顯示面積受限而使刻度間距較小，會影響駕駛員的識別準確度。綜合考慮，可將汽車儀表盤面設(shè)計成略大于半圓的大半圓式盤面(圖4)。這樣能滿足大部分盤面設(shè)計的要求，不僅可以使最大和最小刻度之在汽車中，最主要的有四個儀表：①發(fā)動機水溫表、②發(fā)動機轉(zhuǎn)速表、③車速表、④油量表(以下用①、②、③、④分別表示)，現(xiàn)行轎車中大部分的設(shè)計如圖5。圖5儀表顯示形式該設(shè)計中②和③的盤面被設(shè)計成大半圓式，其顯示起來比較清晰、醒目，因此是較合理的設(shè)計。將盤面設(shè)計成大半圓形能夠進一步提高駕駛員在駕駛轎車的過程中認讀儀表信息的速度和準確度，減輕視覺疲勞。并且，這四個儀表在功能上比較類似，都是要求駕駛員對其示值的大小和位置進行判斷，將①、④盤面與②、③盤面設(shè)計成～致外形，不僅能夠提高單個儀表的認讀，還能從總體布置上體現(xiàn)出一致性。將表盤設(shè)計成相似形態(tài)，能夠形成相似性組合，使駕駛員在識別時能夠?qū)⑺鼈冏鳛橐粋€完形來考慮，減少其它視覺元素的干擾和影響。因此這種設(shè)計形式既能增加單個儀表識別的準確度，又能圖6方案一圖7方案二圖8方案三圖9方案四2字符為了讓儀表能迅速、準確地把信息顯示給人，不僅要按人機學來進行盤面和指針的設(shè)計，還要使字符的設(shè)計符合人機學要求。具體的主要考慮字符的形狀、立位、大小等。對于儀表字符形狀的考慮，要求其簡單顯眼，可通過直線和尖角等來加強字體本身特有的筆畫，使其具有便于認讀的特征。圖10為幾種常見的字符形式。在光線良好，視覺條件較優(yōu)的情況下，采用直線和圓弧形的字符比較好；在快速分辨和能見度較差的情況下，考慮到人眼對直線輪廓比對曲線輪廓更易于接受，因此使用圖10（c）所示的直線和尖角形較好。圖10(a)是建議使用的字形吲。現(xiàn)行轎車儀表的字符中，也是使用圖10(a)所示的字體，經(jīng)調(diào)研了解在儀表的刻度上標上相應(yīng)的字符時，為使人能夠更好的認讀，對于指針運動式儀表，表示的字符應(yīng)直立，如圖11（a）為兩種類型的對比；對于儀表面運動的，儀表字符應(yīng)在轉(zhuǎn)到指針位置時處于直立，如圖11(b)和(d)為不同類型的對比，在任何情況下字符的立位都應(yīng)正對著操作者，以利于閱讀。為了避免指針對標數(shù)的遮擋，字符應(yīng)標在刻度標記的外側(cè)，如圖11（a）。當條件不允許時才標在刻度標記的內(nèi)側(cè)，如圖11（b）。開窗式儀表窗口大小應(yīng)至少能顯示被指示數(shù)字及其前后兩側(cè)的兩個數(shù)字，以便看清指示運動的方向和趨勢，如圖11（d）。圖11為各種類型的儀表進行不同刻度標示方式的情況的對比。圖11不同刻度標示方式的對比經(jīng)調(diào)研了解，現(xiàn)行轎車儀表的字符標示方式如圖12所示。儀表顯示數(shù)字設(shè)置在刻度標記的內(nèi)側(cè)，主要是因為車內(nèi)儀表要在白天和夜間不同條件下使用，夜間使用時通過在內(nèi)部設(shè)置背景燈將表盤照亮，如果字符設(shè)置在刻度標記的外側(cè)，其在夜間會因沒有足夠亮度而不能良好地顯示信息。并且，考慮到人的最佳視角以及駕駛室內(nèi)的空間有限，儀表顯示信息的面積也不宜太大。因此，只能將儀表字符設(shè)置在表盤面上進行顯示。圖12現(xiàn)行轎車儀表字符的位置3指針指針的形狀要單純、明確、有明顯的指示性形狀。針身以頭頂尖尾部平、中間等寬或狹長三角形的比較好。常用的指針形式如圖13指針針尖寬度應(yīng)與最短刻度線寬度等寬，如果小于最短刻度線寬度，則指針在刻度范圍內(nèi)的移動不易看清。如果大于最短刻度線寬度，當指針在兩刻度線之間時，韌度精度又會受到影響。指針長度要合適，針尖不應(yīng)遮擋刻度標記，但也不能遠離刻度標記，而且指針不能離表面太遠，以免操作者在認讀時因視角不同產(chǎn)生讀數(shù)的偏差。對于指針顏色的考慮，要使其與度盤顏色有較鮮明的對比，并盡可能與刻度標記、數(shù)碼的顏色協(xié)調(diào)。圖13指針的常用形式3.2.2信號燈顯示裝置信號燈顯示裝置指視覺信號由信號燈產(chǎn)生的顯示裝置。目前已廣泛應(yīng)用于車輛、飛機、航海、家用電器及儀表板等上。其特點是面積小、視距遠、引人注目，但信息負載有限，當信號較多時，信號顯示會顯得雜亂，并相互干擾。信號燈顯示裝置主要有兩個作用：(1)指示性，即引起操作者的注意，或指示操作者進行操作；(2)顯示性，即反應(yīng)某個指令、某種操作或某種運行過程的執(zhí)行情況。在信號燈的設(shè)計中，必須使其符合人的視覺特性，以保障信息傳遞的速度和操作者的識別質(zhì)量。為了保證信號燈在使用過程中具備醒目、迅速的傳遞功能，要求對信號燈的亮度、顏色和形象等方面進行多方面的考慮。針對信號燈的亮度，考慮到強光信號比弱光信號易于引起注意，所以其亮度應(yīng)至少2倍于背景的亮度，以便吸引操作者的注意。并且考慮到閃光信號比固定信號更能吸引人注意這一點，在保持信號燈亮度的基礎(chǔ)上，在部分重要信息或危險信號的信號燈顯示上可使用閃光信號，以便引起觀察者的進一步注意，但要注意光的強度和閃爍不能使人感到刺眼和眩目。在顏色上，通過對顏色的含義、人的心理以及顏色的習慣使用特點等進行分析，綜合考慮應(yīng)在作為警戒、禁止或指示不安全情況的信號燈上使用紅色比較好，提請注意的信號燈應(yīng)用黃色，表示正常運行的信號燈用綠色，其它