人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用

題目:人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：專業(yè)名稱：機(jī)械工程所屬學(xué)院：機(jī)械工程2015年6月人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)工程學(xué)理論在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中占有越來越高的地位。而作為與人類生活息息相關(guān)的汽車，人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)之中的應(yīng)用顯得尤為重要。無論是以駕駛員為中心還是以乘坐人員為中心，都應(yīng)最大限度地滿足人們的需求。并且各種主、被動(dòng)保護(hù)措施也使人們?cè)谕话l(fā)危險(xiǎn)時(shí)，能最大限度地減小傷害，確保人的安全?？傊囋O(shè)計(jì)中的各種設(shè)計(jì)都應(yīng)該將人的因素考慮其中，確保了以人為主的設(shè)計(jì)原則，使汽車更完美地服務(wù)于人們。本文主要闡述了人機(jī)工程學(xué)概念以及人機(jī)工程理論在汽車車身設(shè)計(jì)、汽車座椅設(shè)計(jì)、安全方面的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。關(guān)鍵字：人機(jī)工程學(xué)；汽車車身設(shè)計(jì)；汽車座椅設(shè)計(jì)；安全性設(shè)計(jì)Abstract：Withthedevelopmentofscienceandtechnology,ergonomicstheoryoccupiesmoreandmorehighstatusintheproductdesign.Asacariscloselyrelatedtohumanlife,theapplicationofergonomicsinautomobiledesignisparticularlyimportant.Bothforthecenterwiththedrivertotakepeopleasthecenter,shouldbemaximallysatisfypeople’sneeds.Andallsortsofmainandpassivemeasuresalsomakepeoplesafetyandminimizeharminimmediatedanger,Anyhow,allsortsofdesignshouldconsiderincludingthehumanfactor,toensurethatthedesignprincipleisgivenprioritytopeopleandmakethecarperfectlyservethepeople.Thisarticlemainlyexpoundstheconceptandthetheoryofergonomicsintheautomobilebodydesign,automotiveseatdesign,theapplicationofthesafetyaspectsofthedesign.Keyword：ergonomics;automobilebodydesign;automotiveseatdesign;securitydesign0.緒論人機(jī)工程學(xué)是工業(yè)工程研究的眾多重要學(xué)科領(lǐng)域之一。所謂的人機(jī)工程學(xué)，亦即是應(yīng)用人體測(cè)量學(xué)、人體力學(xué)、勞動(dòng)生理學(xué)、勞動(dòng)心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對(duì)人體結(jié)構(gòu)特征和機(jī)能特征進(jìn)行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動(dòng)時(shí)的相互關(guān)系以及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、以及動(dòng)作時(shí)的習(xí)慣等人體機(jī)能特征參數(shù)，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機(jī)能特性；分析人在各種勞動(dòng)時(shí)的生理變化、能量消耗、疲勞機(jī)理以及人對(duì)各種勞動(dòng)負(fù)荷的適應(yīng)能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對(duì)工作效率的影響等。在汽車設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)稱為車輛人機(jī)工程學(xué)，它是以改善駕駛員的勞動(dòng)條件和車內(nèi)人員的舒適性為核心，以人的安全、健康、舒適為目標(biāo)，力求使整個(gè)系統(tǒng)總體性能達(dá)到最優(yōu)[1]。1.人機(jī)工程學(xué)在車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主動(dòng)安全性是指汽車防止事故的能力。車身的主動(dòng)安全性能包括：照明燈、信號(hào)燈的性能，汽車的前，后視野性能，實(shí)現(xiàn)操縱穩(wěn)定性及制動(dòng)性等。1.1照明燈前照燈的燈光強(qiáng)弱，照射距離及防炫目裝置就是根據(jù)人眼的生理特點(diǎn)和人機(jī)工程學(xué)原理設(shè)計(jì)而成。為了滿足不同駕駛環(huán)境(雨，霧和雪等)，路面狀況，交通密集以及駕駛條件（高速，轉(zhuǎn)彎等）下自動(dòng)控制前照燈的光束模式，日KOITO公司研究的智能燈光系統(tǒng)，歐洲研究的先進(jìn)前照燈系統(tǒng)，本田等公司的可動(dòng)式前照燈系統(tǒng)、博世公司的光線疊加自適性前照燈系統(tǒng)以及VALEO公司的燈光系統(tǒng)等都能根據(jù)不同的外界條件自動(dòng)控制前照燈所發(fā)出的光束形狀，強(qiáng)度和發(fā)光方向[2]。此外，霧燈，示寬燈，倒車燈，牌照燈，踏步燈，檢修用燈以及轉(zhuǎn)彎指示燈等也都是根據(jù)駕駛員的不同需要而設(shè)計(jì)的。1.2汽車的前、后視野為保證駕駛?cè)藛T有盡可能寬廣的視野，前支柱（A柱）中央支柱（B柱）和后支柱（C柱）的粗細(xì)及位置很重要。設(shè)計(jì)上，必須根據(jù)駕駛員的眼橢圓范圍確定風(fēng)窗玻璃掛掃面積和部位，并在滿足翻車安全保障和前窗振動(dòng)抑制要求的前提下，以最細(xì)的支柱來減小視野死角。提供后視野的后視鏡也要保證駕駛員有足夠的后視范圍。FIAT公司的MULTIPLA采用的雙片可調(diào)式小圓鏡后視鏡不僅可以使駕駛員看到車后其它車輛的行駛狀況，而且也可觀察后車胎與路面的接觸情況。圖1普通后視鏡與采用雙片可調(diào)式小圓鏡后視鏡1.3操作的穩(wěn)性定與制動(dòng)性制動(dòng)踏板和手柄的行程和位置，必須滿足一般身材人體的需要，踏板力，手柄等也應(yīng)適應(yīng)一般人群，因?yàn)檫@些都對(duì)制動(dòng)性能影響較大，據(jù)報(bào)道，美國(guó)有5%的女性司機(jī)由于身材矮小為踩上腳踏板而使身體與方向盤的距離小于2cm，當(dāng)氣囊膨脹時(shí)脖子常受到傷害。此外，車身總質(zhì)量大小及軸荷分配，整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，車身空氣動(dòng)力學(xué)特性，車身重心高度和相關(guān)部件剛度等也都對(duì)操作穩(wěn)定性有一定影響。2.人機(jī)工程學(xué)在座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用汽車的座椅是汽車內(nèi)部很重要的組成部分，汽車座椅設(shè)計(jì)主要包括座椅造型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、顏色設(shè)計(jì)等。在人體接觸車輛之前，首先給人的是視覺感官?zèng)_擊，好的座椅設(shè)計(jì)能在第一時(shí)間獲得人們的認(rèn)同，因此，一個(gè)好的座椅設(shè)計(jì)能夠給使用者帶來良好的駕駛環(huán)境，營(yíng)造舒適、安全的駕乘環(huán)境，有效的降低交通事故的發(fā)生。能夠很好的引起消費(fèi)者的關(guān)注。2.1座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導(dǎo)致腰酸背痛現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明：過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩(wěn)定性，而且不易改變坐姿，容易產(chǎn)生疲勞。依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證有靠背兩點(diǎn)支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點(diǎn)支撐，第一支撐點(diǎn)位于人體第5—6胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支撐設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證坐姿下的近似于正常的腰弧曲線。座椅材料是座椅的主要減振元件，要想使座椅獲得較低的振動(dòng)傳遞率，使座椅有較高的振動(dòng)舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料。根據(jù)駕駛室的微氣候環(huán)境，調(diào)整座椅表面的濕溫度特性，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)人體代謝，達(dá)到減輕疲勞的目的。圖2.1汽車座椅的結(jié)構(gòu)2.2座椅舒適性設(shè)計(jì)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理,為保證良好的舒適度，針對(duì)靜態(tài)舒適度，設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：①座椅尺寸應(yīng)與人體測(cè)量尺寸相適宜；②座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢(shì)，并能最大范圍滿足各類人體的乘坐要求；③座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)[3]。座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發(fā)現(xiàn)這并非唯一最主要的影響因素。許多文獻(xiàn)都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對(duì)于是否能使人保持良好坐姿，減少人體疲勞具有重要作用。從人機(jī)工程學(xué)的角度來講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中十分重要。乘員正常入座時(shí)，人體身軀與大腿的連接點(diǎn)—胯點(diǎn)(hippoint)簡(jiǎn)稱H點(diǎn)，H點(diǎn)的位置是決定駕駛員操作方便、乘坐舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)。此外，座椅的調(diào)節(jié)特性對(duì)座椅的舒適度影響很大，已成為座椅舒適度設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮的因素。壓力分布是導(dǎo)致不舒適的最主要的生物力學(xué)因素，通過界面壓力對(duì)座椅舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)是一種重要客觀、有效的方法。消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預(yù)測(cè)座椅的不舒適性。國(guó)內(nèi)外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。目前，國(guó)內(nèi)在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①?zèng)]有針對(duì)中國(guó)人體特征尺寸的座椅舒適性研究；②對(duì)于座椅靜態(tài)舒適性評(píng)價(jià)還沒有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；③在應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法評(píng)價(jià)舒適性中，對(duì)輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進(jìn)一步研究[4]。2.3座椅空間位置設(shè)計(jì)座椅空間位置設(shè)計(jì)就是為了達(dá)到操作舒適性的目標(biāo)，而進(jìn)行駕駛室座椅空間位置設(shè)計(jì)以確保駕駛員有良好的視野，同時(shí)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向盤、腳踏板等操作部件有恰當(dāng)?shù)牟僮饕缶嚯x，以達(dá)到操作舒適性的最終目的。圖2列出了駕駛作業(yè)空間設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。圖2.2駕駛作業(yè)空間設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)3.人機(jī)工程學(xué)在安全設(shè)計(jì)中的應(yīng)用隨著生活水平的提高，人們對(duì)所乘坐汽車的安全性也提出了更高的要求。而ABS（剎車防抱死系統(tǒng)），ESP（電子穩(wěn)定系統(tǒng)），以及EBD（電子助力轉(zhuǎn)向）等的發(fā)明標(biāo)志著車輛的安全性能得到提高，并且在人機(jī)工程學(xué)方面也起到了一定的作用[5]。預(yù)緊式安全帶確保了車輛在發(fā)生交通事故時(shí)使人們的身體一直與座椅保持接觸狀態(tài)，防止了因身體的過度前傾而使身體受傷害，因?yàn)樵诖蟛糠值氖鹿手?，因人的身體過分前傾而造成的傷害太多了。我們都知道在戰(zhàn)斗機(jī)中，飛行員頭盔前面的玻璃既起到保護(hù)作用，也同時(shí)起到了顯示屏的作用。寶馬公司發(fā)明的抬頭顯示系統(tǒng)便和這個(gè)大同小異。通過投影技術(shù)將相關(guān)信息顯示在風(fēng)擋玻璃上，在保證不影響駕駛員視野的同時(shí)提供了豐富的信息，使駕駛員不用低頭，只需變化一下焦點(diǎn)就能做到“一切盡收眼底”，從而避免了注意力的分散，駕駛安全性得到了保證，同時(shí)也確保了人機(jī)信息的快速交換，相應(yīng)的操作效率也得到大幅度的提升。在光線進(jìn)入人眼的管線瞬間出現(xiàn)變化時(shí)，人眼會(huì)出現(xiàn)瞬間無法看清面前的物體，往往需要一段時(shí)間才能看清物體，這被稱為適應(yīng)。在夜間駕車的過程中，當(dāng)兩車相對(duì)行駛的過程中，由于雙方的車燈亮度不同，較亮的一方的車燈就會(huì)使對(duì)方瞬間失明，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重事故?，F(xiàn)在人們開始對(duì)車燈進(jìn)行了改良，采用了冷光車燈，并且加入了轉(zhuǎn)向隨動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，燈光的照射方向也隨之發(fā)生改變，這種設(shè)計(jì)使夜間行車變得安全，危險(xiǎn)系數(shù)也變低了[8]。雖然在夜間有了車燈，但人眼的視覺范圍是有限的，距離較遠(yuǎn)是仍無法看清遠(yuǎn)處的物體。而車載夜視系統(tǒng)的出現(xiàn)無疑解決了這一問題，這樣，即使是在大霧天氣下也能看清周圍一切，而這也同樣保障了人身安全，確保了在不良視野下的安全駕駛。在未來的汽車安全方面的設(shè)計(jì)中，智能安全氣囊，倒車影像，ESC電子穩(wěn)定控制，胎壓低壓報(bào)警和側(cè)氣簾會(huì)漸漸成為主流配置。此外，車內(nèi)緊急呼叫、智能巡航等也會(huì)被采用，利用雷達(dá)和傳感器在保證車距的同時(shí)預(yù)測(cè)危險(xiǎn)并在駕駛員做出反應(yīng)之前剎車，避免事故發(fā)生[10]。4.結(jié)論隨著汽車在日常生活中的廣泛應(yīng)用，人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)就顯得更加重要，而在今后的汽車設(shè)計(jì)中，越來越多的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)將被采納。體現(xiàn)了更多的人性化的設(shè)計(jì)元素。舒適、安全正被更多的人所重視，符合安全人機(jī)工程學(xué)的產(chǎn)品必然會(huì)獲得成功。而那些符合人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，能給人們創(chuàng)造一種舒適的環(huán)境，讓人們的駕駛過程變得更加愉快，將會(huì)成為未來發(fā)展趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)[1]劉東明,孫桂林.安全人機(jī)工程學(xué)［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)出版社，1993[2]郭竹亭.汽車車身設(shè)計(jì).吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1992年[3]黃天澤.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，2003年[4]吳翔.產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì).中國(guó)輕工業(yè)出版社,2000年[5]謝慶森,王秉權(quán)主編.安全人機(jī)工程.天津大學(xué)出版社,1999[6]王宣，李宏光等.現(xiàn)代汽車安全［M］.北京：人民交通出版社，1998[7]王惠軍.汽車造型設(shè)計(jì).國(guó)防工業(yè)出版社,2007年[8]劉維信．汽車設(shè)計(jì)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2001[9]周一鳴，毛愚榮．車輛人機(jī)工程學(xué)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社．1999[10]用芙玉．工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用人類工程學(xué)[M]．北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，200l[11]袁修干．莊選民．人機(jī)工程[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2002[12]黃斌，蔣祖華