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1、吉林建筑大学安全人机工程学课程设计设计题目人机工程学在轿车安全性设计中的应用与分析姓 名学 号班 级安全121班专 业安全工程学 院市政与环境工程学院指导教师马池香指导教师评语：指导教师： 2015年6月19日摘 要随着社会的飞速发展，以及经济增长速度的大幅度提高，随着物质条件的优越，人们对现代化交通工具的需求量也在不断地加大，比如说轿车，以往，轿车只不过是少数人的特权产物，但是如今，他早就已经走进了寻常百姓家，成为了大家外出必不可少的交通工具，而且，所扮演的戏份也是越来越大。而轿车的设计，也要充分的的人机工程尤其是安全人机工程的角度来考虑轿车的安全性与舒适性。而消费者在购买的过程中也越来越看
2、重这些，所以轿车内的设施与配置的设计与安全人机工程的联系也显得越来越举足轻重。本设计主要针对于轿车，分析人机工程学在轿车安全性设计中的应用，通过主动与被动两个方面来进行阐述。在主动安全系统中，驾驶员与轿车构成了典型的人机系统，其中驾驶员是系统的核心，通过对人机工程学原理的应用对轿车进行转向系统和制动系统操纵装置、仪表显示装置和驾驶视野的设计，从而提高了车辆的主动安全性。目 录第一章 人机学的基本理论1第二章 轿车的显示装置设计22.1显示装置的概念22.2显示器的分类与选择22.3仪表显示器的设计22.3.1仪表显示装置22.3.2表盘的设计32.3.3 字符42.3.4 指针42.4信号灯显
3、示装置52.5显示装置的布置6第三章 控制装置设计的人机分析及改进83.1方向盘的设计分析83.1.1 方向盘的角度设计83.1.2方向盘的位置设计93.1.3方向盘大小的设计103.2变速杆设计分析103.2.1变速杆的形状103.2.2变速杆的高度及位置113.2.3变速杆的操纵角度及位移113.3脚踏板的设计分析11第四章 驾驶室、车身内部空间布置方法134.1驾驶室内部空间设计的人机分析134.2膝部空间的设计134.3 座椅设计的人机分析及改进134.3.1 座椅设计中相关人体尺寸134.3.2 座椅设计中相关尺寸154.3.3 座椅设计的人机分析及改进154.4车内光环境的设计16
4、4.5车身内部布置方法164.5.1从内到外法164.5.2从外到内法17第五章 颜色设计185.1 驾驶室内的色彩设计185.2 轿车内显示装置的颜色设计18第六章 结论20参考文献21第一章 人机学的基本理论人机工程学人机工程（Human Factors Engineering）或称人体工学，是一门专门研究人与系统其他元素之间相互作用的技术科学，是探讨人类工作或日常生活中如何与工具、设备、机器及周遭环境之间互动的关系，以及如何去设计这些会影响到人的事物及环境。易言之，人机工程就是要去改善那些人们所常使用的器物与所处的周遭环境，使其与人本身的能力、本能极限与工作需求之间能有更好的配合，以求安
5、全、省事、省力、快速、舒适、不易犯错、不会疲劳与正确等工作效益的提升。换个角度来看，就是将人视为整个系统的一部份，除了技术外，为了发挥整个系统的预期功能，以及将人视为最有效的资源，再加上昂贵的人力成本，所以我们要研究人这个子系统，使其它的子系统与人类实体的、生理的、生物力学的、心理的、社会心理的、文化的因素兼容或适配，以发挥人的最大功能并使其不受伤害，这也就是人机工程的宗旨。第二章 轿车的显示装置设计2.1 显示装置的概念显示装置是指通过可视化的文字，曲线，数值，符号，标志，图形，可听得声波及其他人体可感知的刺激信号向人传递机的各种运行信息的器具。2.2 显示器的分类与选择 轿车中使用的最普遍
6、的显示装置是视觉显示装置，主要是各种仪表及信号指示器，视觉显示装置应使驾驶员既可以认读准确迅速又不易疲劳，常用的视觉显示装置有数字显示和模拟显示两大类，从安全人机工程学的观点考虑，使用阴极射线管，气体放电管和发光二极管等屏幕式显示装置更为适合，它既可以显示数字量和模拟量，又能显示过程参数的变化曲线和图形，更适合人的心里和生活特点，认读速度和准确度较高，能减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，也可以使驾驶员可以更加安全的架势汽车，对于定量读数的显示，应选择电子式的数字显示，这可以为驾驶员在观察上提供极大地方便，避免了驾驶员因思索，计算等造成的注意力不集中而造成更大的更严重的后果，对于定性度数的显示，由于它
7、不需要具体的数据，且模拟现实更为灵敏，方便，因此选用指针式显示，这样做，可以使驾驶员直观的观察到，增加了安全性。汽车在行驶中，驾驶员需要随时获得轿车的行驶状况才能保证更好的驾驶，仪表板是精确的反映车况的唯一装置，为轿车的安全运行提供了极大的支持，所以如何设计好仪表板的各项功能并合理布置成了一项重点。2.3 仪表显示器的设计为了使驾驶员能够进行高效安全的驾驶作业，轿车驾驶室内的视觉显示装置，应能够迅速，方便，准确的给人提供视觉信息，因此在进行视觉显示器装置设计时，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。把视觉显示装置类型的划分中，可按其显示形式的不同
8、划分为：仪表显示，信号灯显示。现分别论述如下2.3.1 仪表显示装置仪表是显示装置中使用最广的一类视觉显示器，按其认读特征又可划分为数字显示器和模拟显示器。数字式显示仪表是一种使用数字显示有关参数或工作状态的装置，如各种数字显示屏，机械和电子的数字计数器等，数字显示的认读过程比较简单，只是对单一的数字或符号的辨认过程，这一类型的特点是：显示简单，精确。模拟显示仪表是通过模拟量来显示有关参数状态的视觉显示装置。它具有显示信息形象化，直观化的特点，使人对示值在全量程范围内所处的位置一目了然，对于测量的偏差值，不仅显示出偏差量，而且示出偏差量位于给定值的哪一侧。在不需要精确度出显示的具体数据时，他能
9、够迅速直观的显示出所处范围的位置，机器的状态，从而使操作者第一时间作出反应。经调查数据可知，在现行轿车的仪表显示器中，大多为模拟式显示器，比如通过指针式显示器来指示发动机转速的变化情况。驾驶员在驾驶过程中可以通过发动机的转速表和迈速表来判断轿车的运行状况是否安全。当黑夜驾车时，仪表盘的背景灯光的颜色也要以人眼对颜色的识别序列为基准，人眼对颜色的反应顺序是红绿黄蓝，背景灯光的颜色也要以这几种颜色为主。2.3.2 表盘的设计针对仪表刻度盘的设计，主要可以通过其形状的不同来进行不同的选择。其类型有：开窗式、圆形、半圆形、水平直线型和垂直直线型。表2-1 5种显示器读数准确度的比较显示器类型最大可见度
10、盘尺寸（mm）读数错误率（%）开窗式42.345圆形54.0100半圆形110153水平直线形180252竖直直线形180325根据表2-1可知，不同形式刻度盘的误读率不同。其读数准确度由大到小依次为：开窗式、圆形、半圆形、水平直线形、竖直直线形。在设计轿车内部的仪表盘形状时，可以根据人机学的研究结果来进行合适的选择，考虑到驾驶员在认读表盘时首先进行的是判断显示在全范围内的位置，因此不宜使用开窗时的表盘。虽然开窗式的表盘认读的准确率极高，但是却没有通过指针显示所在量程范围内的具体位置，不能满足驾驶员的第一判断，圆形式具有良好的位置显示和准确率，因此在大部分时候可以采用。但该形式的表盘的最大刻度
11、数与最小刻度数连在一起或距离较近，因此，为了使驾驶员快速判断，必须将最大可读与最小刻度分开一定距离，以免发生识别错误，在进行仪表盘面设计时，某些设计要求选用圆形盘面时，应考虑盘面的最大与最小刻度线要明显的区分开，以保证认读的准确性，半圆形式，给出了较好的准确率和位置显示，在许多情况下能很好的显示信息。而在汽车的部分仪表中，由于需要在盘面上显示较多的刻度范围，如果使用半圆形表盘，会因显示面积受限而减小刻度之间的范围，增加驾驶员的判断的困难性。综合考虑，在这种情况下，会采用略大于半圆形盘面的大半圆式盘面（图2-1）。这样，就可以满足大部分盘面的设计原则。图2-1 汽车仪表合理盘面形式2.3.3 字
12、符为了能将仪表上的信息迅速准确的传达给驾驶员，不仅要按照人机工程学来设计表盘的形状和指针，还要使字符的设计符合人机学的原理，具体要考虑的是字符的形状，立位，大小等。对于仪表字符形状的考虑，要求其简单，显眼，可通过直线和尖角等来加强字体本身特有的笔画，使其具有便于认读的特征。在仪表的刻度上标上相应的字符时，为使人可以更好地认读，一般采用直立。为了避免指针对标数的遮挡，字符应标在刻度标记的外侧，当不允许标在外侧时才标在内侧，大小，应能保证驾驶者在自然视觉范围内无论哪个方向及角度，都要看的清楚，黑夜，背景灯的作用下，也要能轻松的看清楚。2.3.4 指针指针的形状要单纯明确，有明显的指示性形状，针身以
13、头顶尖，尾部平中间等宽或狭长的三角形为好。图2-2 指针的常用形式2.4 信号灯显示装置信号灯显示装置是指视觉信号由信号灯产生的显示装置，目前已广泛的使用与车辆，飞机，航海，家电，及仪表板等上，其特点是面积小视距远，引人注目，但信息负载有限，当信号较多时，信号显示会显得杂乱，并相互干扰，信号灯显示装置主要有两个作用，一是指示性二是显示性，指示性是指引起操作者的注意或指示操作者进行操作，显示性及反应某个指令，某种操作或某种运行过程的执行情况。在信号灯的设计中，必须使其符合人的视觉特性，以保证信息传递的速度和操作者的识别质量，为了保证信号灯在使用过程中具有醒目，迅速的传递功能，要求对信号灯的亮度，
14、颜色，和形象等方面进行多方面的考虑。针对信号灯的亮度，考虑到强光信号比弱光信号易于引起人注意，所以其亮度应至少两倍于背景的亮度，以便引起操作者的注意，并且考虑到闪光信号比固定信号更能引起人注意这一点，在保证信号灯的亮度的基础上，在部分重要信息或危险信号的信号灯的显示上可采用闪光信号，以便引起观察者的进一步注意，但要注意光的强度和闪烁不能使人感到刺眼和炫目。在颜色上，通过对颜色的含义，人的心理，及颜色的习惯使用特点等进行分析，综合考虑应在作为警戒，禁止或指示不安全情况的信号灯上使用红色比较好，提醒注意的信号灯应用黄色，表示正常运行的信号灯应用绿色，其他信号灯的颜色应按用途作出适当选择。当信号灯较
15、多时，除了用颜色进行去分外，还可以用形象化的形状加以区分，这样有利于加强视觉通道的传递，并且其形象最好能够与它们所代表的意义有逻辑上的联系。如图2-3所示1远光指示灯 2安全带指示灯 3燃油液面指示灯4转向信号指示灯 5发动机故障指示灯 6后雾灯指示灯图2-3 汽车内部信号显示灯形象现行轿车内部的指示灯的显示装置基本按照汽车行业通用的标准进行设计和使用，比如在指示燃料的剩余量过少时，燃油页面指示灯将呈现黄色或红色以提醒驾驶员进行燃料补充，以免发生不必要的情况，在指示安全带没有扣紧时，通过安全带指示灯呈现红色或黄色，来提醒驾驶员注意扣紧安全带，以免因碰撞而造成伤害，这些指示灯的设计可以较好的减小
16、驾驶员在驾驶过程中发生事故的可能性，比较符合人机工程学中对人的安全性的考虑，因此，是比较合理的设计。2.5 显示装置的布置针对轿车显示装置的布置， 在其最重要的仪表和指示灯的布置时，通过结合人机工程的仪表布置原则，并考虑到车内空间的有限性，较理想的布置是将其布置在水平视野的25的范围和垂直视野（在视水平线下30范围内）的10范围之内（如图2-4），其正确的认读为1s左右，这样可以保证驾驶员在较为狭小的空间范围内迅速准确的接受信息，并快速的做出反应， 进行安全有效的操作，当水平视野超过25时，会大大增加认读的时间。图2-4 轿车仪表盘的最佳布置区域人们在通过视觉识别信息时，其识别效果和方法除了受
17、到视野视距和色彩的影响之外，还与人自身的视觉特征有关，因此在进行显示装置的整体布置时，也要考虑人的视觉特征，并要有针对性的进行相应的设计和调整。其主要考虑一下几个方面。（1）眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快且不易疲劳。（2）视线的变化习惯从左到右，从上到下以及顺时针运动。（3）人眼对水平方向的尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计准确的多，因而水平式仪表上的误读率（28%）比对垂直仪表的误读率（35%）要低很多。（4）当人眼偏离视中心时，在偏距相等的情况下，人眼对左上限的观察最佳，依次为右上限，左下限，右下限。考虑到以上几个方面，所以轿车仪表板的外形都设计成横向长方形，这能够使驾驶员
18、减少眼睛的运动时间和疲劳度，提高认读，判断的准确率；汽车仪表的刻度方向的设计基本都是从左到右或者顺时针方向进行数量和尺度方向的增加，以符合人的视觉习惯。此外，考虑到人对各象限观察效果的不同，布置比较多的显示装置时，应将最重要的布置在人的视线中心偏左的位置，以便使用者在识别信息过程中头部不用转动，只需要眼睛快速转动就可以快速的获取相关信息，其他次要的和不重要的则可依次按象限的观察效果的排列结合其他设计原则进行总体布置。 在进行视觉显示装置的总体布置时，要考虑显示信息的种类和树木等，在最佳条件下，一般人能够同时接受工艺过程重要指示器示值多达七个，因此，需要考虑操作者的接受能力有一定的限制，在总体布
19、置时，显示的信息的种类和数目不宜过多，应将显示的信息数量控制在人的视觉通道容量所允许的范围之内，使人处于最优信息条件之下，如果一定要显示多个信息，可以考虑结合另一种感觉器官来接受信息和数据。第三章 控制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。 3.1 方向盘的设计分析方向盘是汽车驾驶过程中，使用时间最长的操纵装置，因此要更加
20、注重驾驶员驾驶安全性、舒适性和作业效率。设计方向盘时应做如下考虑：（l）使用软体材料制作方向盘的外层轮缘；（2）方向盘上的安全气囊不仅在碰撞发生时能自动打开，保护驾驶员的面部和胸部，同时还应该及时排气，以免造成司机窒息；（3）采用可压缩式方向盘立柱，以吸收冲击力。从人机工程学的角度来看，主要可以通过方向盘的角度、位置、大小等几个方面来进行分析。3.1.1 方向盘的角度设计汽车驾驶员在对方向盘的操纵中，主要通过单手或双手抓握方向盘并对其施加一定的力量，产生较大的扭矩，从而达到对方向盘的控制。因此，在方向盘的设计中，应保证驾驶员能够发出较大的扭矩。根据人机工程学原理，方向盘倾斜角度对驾驶员施加到方
21、向盘上的力有很大影响，方向盘的安装角度越平缓，驾驶员可以施加的力越大，方向盘安装角度与力的关系如图 3-1。由图可知，当方向盘水平安装时，人的施加力可达到最大。但是，考虑到人在这种角度操作时，手部腕关节处于非自然状态，极易产生疲劳，因此，方向盘一般不适宜安装成 0角。从人手腕关节的自然姿势角度考虑，当方向盘垂直安装时，人的操纵最自然，但此时人能对方向盘的施加力很小，在要求比较大的扭矩时，操纵起来比较困难，因此也不适宜。所以方向盘的安装角度通常应选在便于活动的 1570之间。图3-1 方向盘施加力随方向盘倾角的变化曲线3.1.2 方向盘的位置设计人的各关节活动有一个舒适的角度范围。因此，方向盘的
22、设计除了要考虑到它的安装角度之外，还需要考虑到它的安装位置。它离座椅的远近和离地板的高度等都应有一个合适的尺寸，以便驾驶员能够在驾驶过程中保持肢体各部分的操纵舒适性。如果离座椅的距离较远，驾驶员在操纵方向盘的时候，手必须前伸一个较大的距离，这时，不仅会使手的小臂与上臂之间的夹角加大，而且会使上臂上抬一个角度，使肩关节处于非自然状态。此时，驾驶员在进行驾驶时，极易造成肩关节和肘关节的疲劳，从而导致工作效率下降。如果方向盘离座椅距离较近，又会使手的小臂与上臂之间夹角减小，并使得前臂和上臂部分肌肉互相压迫，造成肌肉紧张而产生疲劳。而且，方向盘离座椅较近，会使人在驾驶时身体离方向盘距离很小，这不仅限制
23、人的活动，影响人对其它操纵装置的控制，并且在发生碰撞时，由于距离过近而对人造成较大的伤害。因此，方向盘离座椅的距离应适宜，应使驾驶员在操纵时前臂与上臂的夹角处于舒适夹角范围内。图 3-2 为人在操纵不同距离的方向盘时手臂的不同情况对比。图3-2 操纵不同距离的方向盘时手的不同情况对比对于汽车方向盘离座椅距离的确定，可以根据图3-3作为设计参考依据，这样大身材和小身材人在操纵时都可以通过部分调整进行使用。在同一座高时，不同身高的人可以通过座椅的前后移动获得大小腿的舒适夹角。而对于方向盘的前后位置，同样通过距离的改变，可以基本满足不同长度的手臂在抓握方向盘时，前臂与上臂保持在舒适夹角范围内。图3-
24、3 驾驶姿势时人体各部分夹角的合理范围的模板3.1.3 方向盘大小的设计转向盘与手指接触的部位应有适合指形的波纹，横截面应为椭圆形或圆形，以保证操纵舒适、握持牢靠；转向盘大小应符合动作肢体的人体测量学指标，转向盘直径为 330600mm，握把直径为 2050mm。3.2 变速杆设计分析对于变速杆的人机分析，主要针对它的高低、前后的位置、手握部分的形状以及操纵的角度、位移等几个方面来进行。3.2.1 变速杆的形状驾驶员在对变速杆进行控制时，是通过手握住来进行操纵。因此，要求变速杆的手握部分的形状应符合手的生理特点，以使驾驶员手握舒适、施力方便、不产生滑动。在设计时应根据各自特点并结合手掌的解剖特
25、征来进行考虑。针对这种抓握方式的操纵器的手握部分，可以考虑将它的顶面设计成平面或接近平面的弧面，这样能够使它与掌心间留有一定的间隙，从而可以避免对肌肉较少的掌心部位的压迫。这样，能使驾驶员手的抓握更紧，可以防止驾驶员在用力操作过程中手的滑脱。此外，为了防止操作过程中手的滑动，手握部分不能设计的太光滑，最好能有一定的纹理，这样可产生一定的摩擦阻力，有利于操作和防止手滑动，但须注意纹理不能过分粗糙，以免影响驾驶员操作时的手感和舒适度。3.2.2 变速杆的高度及位置变速杆是驾驶员通过前后推拉和左右推拉进行控制，用以改变汽车速度的一种控制杆，它需要较大的力来进行操纵。当人在进行前后推拉或者左右推拉的时
26、候，其施力大小会有所不同。当手作前后运动时，拉力要比推力大，往后要比往前大。在操纵杆的设计中，为使操作者能有一个较为舒适的控制过程，应尽可能的将操纵杆设置在人能够有较大施力的位置，并且对于需要使用较大力量操纵的控制杆，为便于施力，手把的位置在立姿作业时应与肩同高，坐姿作业时应与肘同高，如图 3-4所示。并且应考虑到在不同方式和位置下施力的大小，对控制杆的阻挠力大小进行相应的改变，这样能减小驾驶员操纵的疲劳度。图3-4 控制杆的把手位置3.2.3 变速杆的操纵角度及位移在对操纵器的设计中，除了要对它的位置、形状进行考虑外，还要对控制杆的操纵角度和位移量进行考虑。操纵器的操纵角度和位移量不能太大，
27、因为这样不仅会占用较大的操作空间，而且会使操作者在进行操纵时由于运动消耗量增大而加快产生疲劳的速度。所以，控制杆的操纵角度和位移量应在一个适宜的范围内。对于控制杆的操纵角度，以3060为宜，一般不超过90。控制杆的位移量范围随控制杆的运动方向不同有所不同，当控制杆前后运动时，最大为 150mm；控制杆左右运动时，最大为130mm。3.3 脚踏板的设计分析汽车的脚控操纵装置中，主要是油门踏板、制动踏板和离合器踏板。汽车的脚控装置的作用是在汽车启动、变速、制动时进行不同功能操作。汽车脚控操纵装置进行分析和研究，最主要的是对它们的位置进行考虑。踏板设计应表3-1人体下肢尺寸和力学参数为基础。表3-1
28、 人体相关尺寸 年龄分组 百分位数测量项目 男(1660岁)女（1855岁）5509555095身高（mm）158316781775148415701659体重（kg）485975425266上臂长（mm）289313338262284308前臂长（mm）216237258193213234大腿长（mm）428465505402438476小腿长（mm）338369403313344375为便于脚施力，脚踏板多采用矩形和椭圆形平面板，而脚踏钮有矩形也有圆形，图3-5是一种设计较好的脚踏板和相关尺寸。常用脚踏钮的设计尺寸。脚踏板和脚踏钮的表面都应设计成齿纹状，为避免脚在用力时滑脱。图3-5 脚踏
29、钮尺寸脚操纵器的空间位置直接影响的施力和操纵效率。对于蹬力要求较大的脚操纵器，其空间位置应考虑到施力的方便性，即使脚和整个腿在操作时形成一个施力单元。为此，大、小腿间的夹角应在105135范围内，以120为最佳，这种姿势下脚的蹬力可达2250N，如图3-6所示图3-6 小汽车驾驶室脚踏板的空间布置第四章 驾驶室、车身内部空间布置方法4.1 驾驶室内部空间设计的人机分析环境是影响安全、健康和舒适的因素，内部空间、光环境、色环境、空气环境等环境因素均会影响驾驶员的操作。因此，轿车驾驶室的设计也要从人-环境关系方面加以考虑。进行汽车内部空间设计时，在人有可能干涉的地方都应该合理设计，才能保证乘坐舒适
30、性和撞车安全性。4.2 膝部空间的设计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。 可以通过使用安全带、安全气囊、能量吸收转向柱（二次伸缩式方向盘）和膝垫等，同时为保证碰撞发生时乘员的安全，车身前部设计还必须满足以下两点：尽量缓解乘员受到的冲击，尽可能地吸收车辆及乘员的运动能量；确保乘员的有效生存空间，并保证碰撞后乘员易于逃脱和进行车外救护。为此，车身前部（如方向盘）在碰撞发生时必须能迅速退到规定的范围内，而且受压各部件的变形形式也必须得到控制，以防止车轮、发动机、变速箱等刚性部件侵入驾驶室而伤害驾驶人员。此外，还必须保证
31、驾驶室坚固、不易变形以利于乘员快速逃脱。4.3 座椅设计的人机分析及改进汽车中的座椅是影响驾驶和乘坐舒适程度的重要设施，而司机的座椅更为重要。舒适而操作方便的驾驶座椅，可以减少司机的疲劳程度，降低事故的发生率。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。4.3.1 座椅设计中相关人体尺寸影响人体座椅的尺寸如图4-1所示。图4-1
32、 坐姿静态尺寸图图中，各个编号代表的尺寸含义如表4-1所示表4-1 各尺寸间的对应关系编号12345678名称坐高坐姿眼高坐姿膝高坐姿肘高小腿加足高坐姿大腿厚臀膝距坐深尺寸3.13.73.73.53.83.63.103.9轿车座椅设计时的人体尺寸参数如表4-2表4-2 人体尺寸参数年龄分组 百分位数 测量项目男(1860岁)女（1855岁）5509555095坐高858908958809855901坐姿颈椎点高615657701579617657坐姿眼高749798847695739783坐姿肩高557598641518556594坐姿肘高228263298215251284坐姿大腿厚1121
33、30151113130151坐姿膝高456493532424458493小腿加足高383413448342382405坐深421457494401433469臀膝距515554595495529570坐姿下肢长92199210638519129754.3.2 座椅设计中相关尺寸图4-2 座椅尺寸图椅面高度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
34、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。4.3.3 座椅设计的
35、人机分析及改进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。针对轿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，根据人体测量数据的可调性准则，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）在加速踏板的整个行程中，腿脚夹角在9001100的范围内变化；（4）外露部分没
36、有易伤人的尖角、锐边、突头等；（5）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。4.4 车内光环境的设计驾驶员在驾驶汽车时，中枢神经系统和视觉器官（眼睛）始终处于注意力集中的紧张状态，当驾驶时间一长，便会引起视觉疲劳和中枢神经系统疲劳。为了减少驾驶员的视觉疲劳，汽车驾驶室内必须要有良好的光环境，以便驾驶员能够舒适、快速地进行各种信息的识别和判断。对于作业场所的光环境，有天然采光和人工照明两种。由于汽车车窗玻璃的透光性比较好，在白天光线较亮时，驾驶员都能较好地进行观察。所以，在汽车驾驶室内考虑光环境，主要是考虑夜间或者白天能见度较低时所使用的车内人工照明。在轿车驾驶室内
37、，为了创造良好的视觉工作条件，应有足够的亮度。因为在亮光下，瞳孔缩小，视网膜上成像更为清晰，视物更清楚，并且良好的照明能提高近视力和远视力。当照明不良时，因反复努力辨认，易使视觉疲劳，工作不能持久。据统计，夜间发生道路交通事故的可能性比白天高 l.01.5 倍，而且重大事故多，损失严重。发生事故的一个主要原因就是照度水平低，驾驶员视认条件差。但是，轿车驾驶室内的亮度也不应过高，因为人眼在亮度对比过大或物体及其周围背景发出刺目和耀眼光线时（即在眩光状况下），会因瞳孔缩小而降低视网膜上的照度，并在大脑皮层细胞间产生相互作用，使视觉模糊。眩光在眼球介质内散射，也会减弱物体与背景间的对比，造成不舒适的
38、视觉条件，进而导致视觉疲劳。因此，轿车驾驶室内的照明亮度应适度，不然亮度过高或过低都会造成对驾驶员驾驶的不良影响。4.5 车身内部布置方法4.5.1 从内到外法从内到外法简单地说就是从人的位置定义到车身定义，SAE有关标准推荐的眼椭圆，头部包络线，手申及界面等都说明了从内到外的布置方法，这些标准都是基于一个思想，从一些布置工具的创建和定位来一步一步的定义驾驶员和乘员的乘坐空间和车内部件的布置，这也是从内到外设计法的基本思想。具体实现如下。（1）由SAE推荐的任意线或区域来确定不同百分位人体模型的H点位置。（2）确定座椅参考点的位置，座椅靠背角和座椅调节行程。(3) 调用头廓包络线，结合内部空间
39、控制尺寸，确定顶盖的位置以及完成对车身内部宽度的确定。（4）调用眼椭圆，手伸及界面等设计布置工具设计仪表盘的断面形状及其操作纵件的布置。(5) 而后进行方向盘，操纵机构和踏板的布置。(6) 进行驾驶员的视野设计。（7）前后风窗及后围的布置。4.5.2 从外到内法从内到外的设计方法实际上是一种从零设计的方法，是一个反复设计和检验的过程，当今，随着全球一体化以及市场竞争的日益激烈，过长的开发周期是市场所不允许的，现在的汽车设计，都在参考同类型车的基础上，在运用安全人机工学的原理，进行变形设计，这就是从外到内的布置方法。第五章 颜色设计色彩是人体视觉的生理特性以及人的心理属性的综合反映。好的色彩环境
40、有助于提高工作效率，减少或避免差错，提高人对信号、标志的辨别速度，且可加快恢复人的视觉能力，减少疲劳等；而坏的色彩环境将影响人的心理情绪和视觉功能，影响工作效率。驾驶室的色彩配置一般以较低明度的偏冷色，使驾驶员在视觉和心理上产生柔和安静的感觉，以愉快的情绪驾驶汽车保证安全性。5.1 驾驶室内的色彩设计对于轿车驾驶室内色彩，考虑到驾驶员的驾驶是一个较长时间的高注意力的作业过程，所以要求车内色彩应平缓、柔和、无强烈刺激，仪表板上的各种文字、刻度、符号应清晰、易辨，以使驾驶员能够保持一个较为平静、舒适的心情进行驾驶。由于冷色（蓝色、浅蓝色等）和淡浅颜色（如白色）能够使人有宁静感，并能促进人的注意力集
41、中，因此这些色彩适用于操作者停留时间较长、注意力较集中的环境场所。考虑到色彩的这一特性以及驾驶对车内色彩的要求，所以在轿车内宜选用冷色和浅淡颜色作为其主体色彩，另外考虑到车内色彩亮度不能太高，以免造成对视觉刺激过大而产生疲劳，因此建议在轿车驾驶室内使用中明度、中纯度的浅色调作为主体色彩，如乳白色、浅蓝灰色等。5.2 轿车内显示装置的颜色设计在视觉显示装置的设计中，色彩对显示的效果、识别的清晰程度都有着重要影响。为了创造一个良好的工作和生活环境，视觉显示装置的色彩设计应该具有良好的传达性、记忆性、舒适安全性和联想性。汽车内部显示装置的色彩设计，应根据不同情况和需要，采用不同的色彩。在驾驶室内，要
42、求色彩无刺激、无强烈的反光，仪表板上的各种文字、刻度、符号应清晰、易辨。据人机工程学原理可知，人在对不同颜色进行辨认时，通过视力的辨别，也会产生不同的影响。人从远处对前方的不同颜色进行辨认时，其易辨认的顺序是红、绿、黄、白，即红色最先被看到。对于不同颜色搭配的识别，表5-1列出了人眼对不同颜色搭配进行辨认的能力高低的顺序。表5-1 颜色的匹配及清晰程度清晰的配色序号12345678910背景色黑黄黑紫紫蓝绿白黑黄主体色黄黑白黄白白白黑绿蓝模糊的配色序号12345678910背景色黄白红红黑紫灰红绿黑主体色白黄绿蓝紫黑绿紫红蓝在汽车内部视觉显示装置中，仪表和显示器基本安装在仪表板上。为了使驾驶员
43、能够清晰、舒适、有效地识别信息，不仅要求单个仪表的颜色搭配好，而且多个仪表安装在一起时的颜色也要搭配好，也就是总体颜色协调、明快、稳定，在配色上既满足显示装置的功能要求，又满足使用者的认知和审美要求。汽车的驾驶过程中，它的安全性是首先必须考虑的因素，因此，在汽车仪表显示的要求中，可辨性就成为其色彩设计时首先要考虑的因素。为了使盘面部分清晰、显眼，以及盘面、指针和字符等统一，要求运用人机学研究提供的清晰色彩搭配方法来进行设计。在汽车的仪表设计中，要考虑到它的特殊性：驾驶员在进行仪表认读时，一般是将视线从车外转到车内，然后又要快速转回车外，其所需时间非常短，因此，如果按照一般仪表的认读方式来进行设
44、计，指针使用黑色，其显示会不够醒目，不能让驾驶员在较短时间做出判断。所以，在汽车仪表的指针色彩上需要使用比较醒目的颜色，如黄色或红色等。在现行轿车中，仪表也基本都是黑底、白字和红色指针的搭配。第六章 结论本设计根据人机工程学的基本原理和理论，在驾驶室的设计中一直“以人为本”，努力做到“机宜人”。同时，又结合我国轿车驾驶室设计的基本情况，对轿车设施与配置、显示和控制装置、车身内部布置、以及颜色设计进行了系统、全面的分析研究。针对国情，从人-机关系和人-环境关系等两个方面对轿车驾驶室进行分析设计，使人不再去被动地适应轿车，而是“以人为本”，充分考虑的机体因素，通过减小驾驶疲劳，从最大限度去适应用户
45、，不仅提高了人与机的结合性，还提高了轿车的性能和安全性，从而把车祸对人员造成的伤害降到最低。通过本次的安全人机学课程设计，对于书本学习的人机学课程和安全知识有了更深的体会和理解，人机工程学是一门专门研究人与系统其他元素之间相互作用的技术科学，这门科学是研究人在工作过程中如何做到省力、省事、安全、正确。随着科学技术的发展和社会的进步，人机工程学也在不断发展，所涉及的研究和应用领域不断扩大，从早期主要研究生产系统中人、机以及环境之间的关系发展成为研究所有包含人存在的系统中人与系统其它元素之间的关系。参考文献1 张力，廖可兵. 安全人机工程学. 北京：中国劳动社会保障出版社，20142 国家技术监督局.GB10000-88 中国成年人人体尺寸. 北京： 中国标准出版社， 19983 国家技术监督局. GB/T13547-92 工作空间人体尺寸.北京