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1、人机工程程学在车车身设计计中的应应用1 概概述人机工程程学是近近40年年来发展展的一门门新兴学学科，在在车身设设计中得得到了大大量的应应用。一、人机机工程的的概念研究对象象：人机环环境系统统的整体体状态和和过程。任务：使使机器的的设计和和环境条条件的设设计适应应于人，以以保证人人的操作作简便省省力、迅迅速准确确、安全全舒适，充充分发挥挥人、机机效能，使使整个系系统获得得最佳经经济效益益和社会会效益。研究范围围：人的生生理、心心理特征征和能力力极限能承承受的极极限；人机功功能的合合理分配配充充分发挥挥各自特特长；人机相相互作用用及人机机界面设设计；相互作用用利利用信息息显示器器和控制制器实现现人
2、机机间信息息交换的的过程；人机界面面使使显示器器与人的的感觉器器官的特特性相匹匹配，使使控制器器与人的的效应器器官相匹匹配，以以保证人人、机之之间的信信息交换换迅速、准准确。研究环环境及其其改善温度度、湿度度、照明明、噪声声、振动动、尘埃埃、有害害气体等等对人的的作业活活动和健健康的影影响。以以及控制制、改善善不良环环境的措措施和手手段；研究作作业及其其改善人从从事体力力和脑力力作业时时生理、心心理变化化，由此此确定作作业时的的合理负负荷及耗耗能量、合合理的作作业和休休息制度度、合理理的操作作方法疲劳劳，保障障健康，作业效效率；研究人人的可靠靠性与安安全工程系系统日益益复杂和和精密，操操作人员
3、员面对大大量的显显示器、控控制器，容容易出现现人为差差错而导导致事故故发生。研究人人的可靠靠性及影影响因素素，寻求求减少人人为差错错，防止止事故发发生的途途径和方方法。二、人机机工程学学与车身身设计的的关系1、人机机工程学学的研究究目的要解解决的问问题如何减减少汽车车的各种种物理性性能对人人生理、心心理所产产生的影影响；如何减减少驾驶驶操作的的失误而而造成的的事故。2、在汽汽车工程程中的应应用对现现有条件件下驾驶驶汽车和和乘坐汽汽车在生生理、心心理及社社会等各各方面进进行大量量统计与与调查，引引入生理理学、医医学、心心理学、人人体解剖剖学、运运动生物物学、人人体测量量学、工工程学、机机械学、环
4、环境科学学、信息息工程、系系统工程程等学科科的观点点和方法法，开展展全面研研究和分分析改改善汽车车的各种种性能。目的：为为汽车设设计、改改进提供供各种调调查、改改进、试试验与分分析结果果，使汽汽车更好好地、尽尽善尽美美地为人人服务。3、车身身内部各各种物理理量的变变化和人人体的承承受范围围人对车内内各种物物理量变变化的感感受具有有一定的的限度。车内各种种物理量量的变化化超过允允许条件件感到到疲劳、头头晕、恶恶心、呕呕吐等生生理上的的病态变变化和心心理上的的烦燥不不安。措施：采用各各种灯光光、音响响报警装装置及及时提醒醒注意；应用空空调设备备调节节车室气气候；采用各各种绝缘缘、密封封手段振动动、
5、噪声声、空气气污染。为乘乘客创造造一个安安全、可可靠、舒舒适的乘乘坐环境境。4、研究究内容：人体尺尺度和操操纵范围围；人的视视觉和光光效应；听觉信信息的传传递和噪噪声干扰扰；人体对对环境的的适应；人车车系统的的响应时时间；人车车系统的的特性和和安全驾驾驶；饮酒对对驾驶的的干扰。要求：从从主观和和客观两两方面使使汽车的的各种性性能更好好地适应应人们的的心理和和生理上上的要求求。5、达到到的目的的根据人人类生理理、心理理的自身身规律来来指导设设计；为驾驶驶员创造造一个安安全性、操操作性好好，视野野开阔、清清晰而又又舒适的的工作环环境；使乘客客感到安安全、舒舒适和方方便，不不会有过过度疲劳劳与不良良
6、的生理理反应；从主观观和客观观，积极极和消极极等方面面采取措措施，使使车祸降降到最低低限度2 人人体的尺尺度和人人体模型型一、人体体尺度和和人体的的动作范范围人体尺度度人人体所占占的几何何空间尺尺寸。人体的动动作范围围人人四肢所所能控制制的区域域和在此此区域内内人能产产生的作作用力的的大小。采用人体体测量的的方法为为人体尺尺度和动动作范围围提供各各种数据据资料，并并由此确确定了以以人体身身高为基基本尺度度的等级级系列。1、人体体尺度的的表示方方法百分位位按身高分分布的百百分位表表示的人人体尺度度称称百百分位身身高。车身设计计中，采采用的人人体尺度度是5%百分位位和955%百分分位，以以保证99
7、0%（从从5%百百分位到到95%百分位位）的人人能在所所设计的的汽车座座椅调节节范围内内，获得得最适合合于自身身尺度的的乘坐空空间和操操作空间间舒舒适性、操操作方便便性。50%百百分位的的人体尺尺度（人人体平均均尺度）用于于检验中中间尺寸寸。2、人体体尺度的的应用确定定人体在在座椅中中所占的的几何空间间和活动动范围。用测量的的人体统统计数据据设计人人体模型按比例例制作55%、550%、95%百百分位的的二维人人体模型型放置置于车身总总布置图图的驾驶驶座位上上：确定人人体在座座椅中所所占的几几何空间和和活动范范围；确定按按5%和和95%百分位位的人体尺度度所要求求的各种种调节范范围。（5%和和9
8、5%百分位位的人体体差距纵、横、高高度，即即调节范范围）确定乘乘客座椅椅的尺寸寸和布置置参数。3、中国国的人体体尺度中国地域域辽阔，民民族众多多，各地地区成年年人的人人体尺度度存在一一定差异异。由统统计数据据知，中中国人体体身高按按自然地地理区域域由北向向南大致致可分为为三种身身材：大个身材材东东北、华华北和西西北地区区的人体体；中等个身身材华东、华华中和西西部等地地区的人人体；小个身材材华华南、西西南地区区的人体体。如：男子子身高均均值=16888mmm，标准准差=81.83mmm,取取5%和和95%百分位位作为设设计标准准，则由由：1.6645，得中中国900%的男男子身高高在155541
9、8223mmm之间。二、H点点人体模模型1、人体体模型汽车设计计和试验验用人体体模型因因用途不不同，种种类不一一。假人撞车试试验用人人体模型型，费用用高，每每个25万美美元；三种： 多自由由度人体体模型振动动等试验验用；H点人体体模型确定定车身实实际H点点位置。2、H点点人体模模型三维HH点人体体模型H点人体身身躯与大大腿的铰铰接点。用途：车车身内部部模型中中的布置置和测量量。国际标准准：ISSO66649-19880对HH点人体体模型的的结构、代代表人体体各部分分重量重重块的位位置等都都作了具具体规定定。各部分尺尺寸、质质量、质质心位置置以以人体测测量资料料为依据据。臀盘模仿仿人体臀臀部和大
10、大腿；背盘模仿人人体背部部；轮廓线形形状真实人人体的统统计反映映；背盘与臀臀盘铰接接处相当于于人体胯胯点位置置设铰接接副，铰铰接中心心被定义义为H点点。H点人体体模型按按照有关关标准安安放在汽汽车座椅椅上时，模模型上的的H点在在车身中中的位置置汽汽车实际际H点位位置。ISO666499-19980对对如何利利用H点点人体模模型在汽汽车座椅椅上来确确定H点点的程序序作了具具体规定定：用途途、定义义、对三三维H点点人体模模型的描描述、三三维H点点人体模模型的安安装位置置顺序等等。适用用于：驾驾驶员踵踵点至RR点（设设置座椅椅基准点点人人体躯干干线和大大腿中心心线的铰铰接点）垂垂直距离离5550mm
11、m，靠背背角55，或或由大腿腿杆所表表示的大大腿中心心线的方方位在水水平线之之上55的任任何设计计方案。标准还对对5%、995%百百分位的的H点人人体模型型的小腿腿杆长、大大腿杆长长和两膝膝之间的的距离作作了规定定。各国都根根据本国国和主要要汽车输输出国家家和地区区的人体体尺寸规规定了三三维H点点人体模模型产品进进入国际际市场。中国人体体模型标标准见GGB/TT115559-89。3 汽汽车驾驶驶员的眼眼椭圆眼椭圆是是研究眼眼睛分布布范围的的一种图图形。汽汽车驾驶驶员的眼眼椭圆用用于研究究驾驶员员眼睛位位置在车车身中的的分布范范围，对对驾驶员员的视野野设计极极为重要要。一、人眼眼的视觉觉范围单
12、眼视区区人人只用左左眼或右右眼单独独观察事事物时所所能看到到的区域域。双眼视区区人人用双眼眼观察事事物时所所能看到到的区域域。1、头部部、眼睛睛不转动动的视野野范围。条件：眼眼睛保持持向前直直视，眼眼球、头头部不转转动。水水平方向向：左单单眼观察察：直前前视线左左边900，右右边600；右单眼观观察：直直前视线线左边660，右右边900；双眼同时时观察，左左、右单单眼观察察的重叠叠区：1120。双眼眼视区。垂直方向向: 双双眼视区区直直前视线线上方55055；下方600770。可见，由由此构成成了人眼眼视锥，锥锥顶就是是瞳孔距距的中心心。2、眼睛睛和头部部转动时时的视觉觉范围驾驶员观观察周围围
13、事物，往往往转动动眼睛和和头部扩大视视野。眼眼睛和头头部的转转动范围围，按舒舒适与否否，分为为两种：自然转转动转动头头部和眼眼睛，无无勉强感感和不舒舒适感眼眼睛自然然转动范范围：水水平方向向：左115，右右15；垂直方向向：上115，下下15。头部自然然转动范范围：水水平方向向：左445，右右45；垂直方向向：上330，下下30。勉强转转动在转动动范围内内感到不不适和疲疲劳 眼睛勉勉强转动动范围：水平方方向：左左30，右330；垂直方向向：上445，下下65。头部勉强强转动范范围：水水平方向向：左660，右右60；垂直方向向：上550，下下50。二、驾驶驶员的眼眼睛分布布范围眼椭椭圆1、眼椭椭
14、圆的意意义汽车车驾驶员员以正常常的驾驶驶姿势坐坐在座椅椅中时，其其眼睛位位置在车车身中的的统计分分布图形形该该图形呈呈椭圆形形，故称称眼椭圆圆。眼椭圆是是车身设设计中的的几种工工具性图图形之一一。2、来历历由于驾驶驶员的身身材、坐坐姿和驾驾驶习惯惯等方面面的差异异，驾驶驶员的眼眼睛位置置在车身身中是不不可能固固定不变变的，而而是呈某某种形态态分布的的曲线。美美国汽车车工程师师学会车车身工程程委员会会人体模模型分会会通过对对国内各各州（包包括少数数欧、亚亚洲及其其它国籍籍）的223000多名男男女驾驶驶员的试试验测定定及统计计分析，发发现驾驶驶员的眼眼睛位置置在车身身中的分分布呈椭椭圆形。根据上
15、述述结果，SSAE就就以眼椭椭圆来定定义上述述概念。眼椭圆由由此成为为汽车驾驾驶员眼眼睛位置置分布范范围的同同义词 。SAE眼眼椭圆分第第90、第第95、第第99等等几种投投影图，分分别代表一定百百分比的的驾驶员员的眼睛睛位置。在决决定（确确定）驾驾驶员眼眼睛位置置和视野野性方面面起着重重要作用用国际际标准采采纳：IISO445133-19978。3、眼椭椭圆几种种投影图图的含义义第990、第第95、第第99等等几种投投影图，分分别代表表一定百百分比的的驾驶员员的眼睛睛位置。在投影图图上绘出出一条相相切于第第95百百分位眼眼椭圆的的切线，说说明有995%的的驾驶员员眼睛位位置位于于切线的的下侧
16、，而而仅有55%的驾驾驶员眼眼睛位于于切线上上侧。注意：切切线切出出的百分分比并不不等于椭椭圆本身身包围的的驾驶员员眼睛位位置的百百分比。它它们有如如下关系系：切线剖出出的百分分比：880 990 995 999平面椭圆圆内的百百分比：30 56 74 93空间立体体内的百百分比：13 35 56 86眼椭圆侧侧视图前前低后高高，俯视图向右右偏斜。三、眼椭椭圆样板板的绘制制为什么要要绘眼椭椭圆样板板便于设计计和校核核。常将几种种典型的的百分位位眼椭圆制成样样板方便使使用。制作步骤骤：1、眼椭椭圆中心心座标：由胯点行程与X-X、YY-Y、ZZ-Z的的距离中中心位置置。2、眼椭椭圆长、短短轴：长长
17、轴相等等，短轴轴不等，查查表得出出。3、方位位角在两视视图上均均呈倾斜斜状侧视图：长轴倾倾斜角-6.44前低后后高；俯视图：长轴倾倾斜5.4向右右偏斜。4、眼椭椭圆定位位线指侧侧视图上上的基线线x-xx、z-z相对对于垂直直工作线线X-XX和Z-Z的交交点的水水平和垂垂直位移移，由座座椅靠背背角根据据表4-4查出出。由上述四四步，即即可确定定侧视和和俯视平平面内眼眼椭圆的的形状和和位置。四、眼椭椭圆样板板在车身身侧视和和俯视图图上的定定位1、在侧侧视图上上的定位位步骤：根据设设计确定定的H点点行程（水水平调节节量）及及眼椭圆圆百分位位，在样样板组中中选取相相应的样样板；在车身身侧视图图上，由由
18、最后HH点向上上作垂直直工作线线Z-ZZ；由H点点向上在在6355mm处处作一水水平工作作线；将眼椭椭圆定位位线放在在两工作作线的交交点上。该该交点是是座椅靠靠背角为为25时眼椭椭圆自身身座标原原点所在在的位置置。若背背靠角不不是255时，自自身座标标相对于于垂直工工作线和和水平工工作线的的偏距 由表44-4查查得。将眼椭椭圆样板板置于眼眼椭圆定定位线上上的两基基线X-X、ZZ-Z的的交点上上，该交交点所对对应的靠靠背角值值应是制制造厂所所规定的的前座椅椅靠背角角的设计计值。注意意，在225时时，两基基线与两工作作线（参参考线）重重合；当当不足25时时，两基基线与两两工作线线相互平平行。2、在
19、车车身俯视视图上的的位置对于座座椅为长长条椅的的客车，方方向盘中心心线与眼眼椭圆样样板的XX-X轴轴的距离离为0.15(a-bb),其其中a为为驾驶区区肩部的的1/22车宽,b为方方向盘中中心到汽汽车中心心的距离离;对于座座椅为单单人椅或或挖斗椅椅，则将将左右眼眼椭圆中中心连线线的中点点置于HH点上，且且保持XX-X轴轴与汽车车纵向中中心线平平行即可可。4 视视野校核核目的：保证所所设计的的汽车具具有良好好的视野野，使驾驾驶员能能通过视视觉，最最大限度度地获取取外界信信息保保障行车车安全。确定驾驾驶员的的视野范范围。依据：驾驾驶员的的眼椭圆圆。一、前方方视野校校核目的：检检查所设设计汽车车的前
20、方方视野是是否符合合要求安全全法规，能能否保证证正常驾驾驶。内容：直直前视野野、仪表表视野校校核。1、直前前视野前方方视野，驾驾驶员通通过前风风窗玻璃璃所能看看到的范范围。要求：尽尽量宽阔阔，受风风窗玻璃璃、风窗窗立柱、鼻鼻梁、未未刮净区区和未除除霜区等等的影响响最小保证处处于正常常工作位位置的驾驾驶员能能清楚无无误地看看到前方方的交通通、道路路和环境境状况。前方盲盲区和辨辨认交通通信号灯灯校核a）在侧侧视图上上作驾驶驶员第995%百百分位眼眼椭圆；b）从前前风窗下下沿（或或仪表台台最高点点仪仪表台高高于前风风窗下沿沿）和上上沿分别别作第995%百百分位眼眼椭圆下下缘和上上缘的切切线（切切平面
21、）：下缘切切平面和和地面交交点到客客车前端端的范围围即为前前方盲区区，要求求4.5m(GB449922-855)，国国外要求求3mm。近年年德国TTUV运运输安全全研究所所在完成成对现代代大客车车技术装装备状况况和人体体工程学学指标的的研究中中提出，现现代大客客车的前前方盲区区应11.4mm，即保保证在距距车前端端0.88m 处处坐高为为0.55m的小小孩可以以被驾驶驶员发现现。达不不到则要要求安装装下视镜镜。上缘切切平面与与直前视视线的夹夹角115，并并保证车车前155m，高高5m的的交通信信号灯能能被方便便地看见见，且视视角15。前风窗窗视野角角校核要求：在在结构允允许的情情况下，前前风窗
22、视视野角越越大越好好。方法：过过前风窗窗两立柱柱的前端端向第995百分分位眼椭椭圆作切切线，要要求两切切线间的的夹角越越大越好好，一般般应1120。为避免影影响前方方视野，前前风窗应应尽可能能无鼻梁梁或鼻梁梁较小。风窗玻玻璃刮扫扫面积和和刮扫部部位校核核要求：以以驾驶员员眼睛位位置为基基准。刮扫系系统不仅仅要有足足够的刮刮扫面积积，而且且应有正正确的刮刮扫部位位；在整个个刮扫面面积内的的不同区区域，应应有不同同的清晰晰度要求求刮刮净率。风窗玻璃璃的刮净净率要求求区域轿车大客车A80%整块玻璃璃80%多块玻璃璃65%B95%整块玻璃璃94%多块玻璃璃70%C100%整块玻璃璃99%多块玻璃璃84
23、%校核方法法：在车身身侧视图图和俯视视图上作作第955百分位位眼椭圆圆；根据表表4-77（轿车车表4-5）中中规定的的角度分分别作眼眼椭圆上上下、左左右四个个切平面面，这四四个切平平面与风风窗玻璃璃的交线线构成了了为视野野所要求求的刮扫扫区域或或部位。校核后若若达不到到要求的的区域（面面积），应应调整刮刮水器的的安装位位置，或或加大刮刮片的长长度。前风窗窗除霜面面积校核核要求：在规定定的除霜霜试验条条件下，330miin内各各种不同同类型汽汽车的除除霜面积积和除净净率达到到中要要求的刮刮扫面积积、刮扫扫部位和和刮净率率；面积BB中未除除净部分分只允许许位于面面积的周周围边缘缘。如达达不到要要求
24、，可可修改暖暖风机的的除霜喷喷口位置置或设计计形状，或或加大除除霜风量量。2、仪表表视野校校核目的：检查仪仪表的视视野可视程程度是否否满足要要求；检查仪仪表视角角是否满满足如下下推荐值值：轿车：=990仪表表平面中中心与眼眼椭圆中中心的连连线和仪仪表平面面的夹角角。=10仪仪表平面面与垂直直平面夹夹角。 300仪表视视线与直直前视线线夹角。客车：990，655，500。外来光光线的反反射是否否影响驾驾驶员的的视觉；仪表在在风窗玻玻璃上的的影像是是否影响响驾驶员员视觉。校核内容容和方法法：方向盘盘和仪表表位置在车身身侧视图图上作第第95百百分位眼眼椭圆；通过前前风窗下下沿和方方向盘顶顶点引一一条
25、直线线a，该该直线应应与第995百分分位眼椭椭圆下沿沿相切表示示有955%以上上的驾驶驶员可以以不受方方向盘和和风窗下下沿的影影响去观观察前方方；通过仪仪表板上上沿和方方向盘上上端的内内环，仪仪表板下下沿和转转向柱端端作两条条切线bb、c，应应分别与与第955%百分分位眼椭椭圆的上上下缘相相切，其其所形成成的区域域表示约约有900%的驾驾驶员可可以通过过方向盘盘内环和和转向柱柱之间的的空间去去观察仪仪表。仪表板板对外来来光线的的反射校校核在图中作作仪表板板对外来来光线的的反射线线d、ee，看是是否与眼眼椭圆区区相交检查查仪表对对外来光光线的反反射是否否影响驾驾驶员的的视觉。仪表板板上各种种零件
26、映映照在风风窗玻璃璃上的形形象在图中作作仪表板板零件受受外来光光线照射射后映照照在风窗窗玻璃上上的影象象（如图图中f线线），其其反射后后是否与与眼椭圆圆区相交交。通过上述述校核，如如发现仪仪表板、方方向盘的的形状或或位置设设计布置置不合理理，不能能满足视视野要求求，就应应采取措措施加以以改进。措施：10、采采用一字字形方向向盘使驾驶驶员清楚楚、不受受影响地地观察仪仪表； 20、在在仪表板板上部做做出较长长的遮檐檐避避免仪表表影像的的影响;30、采采用带亮亮度调整整的全面面透过式式仪表不反反射光线线;40、将将仪表或或遮檐表表面做成成深暗色色、无光光泽的凹凹凸纹样样（布纹纹或皮质质处理）吸收收强烈的的光线和和造成漫漫反射等等，消除除刺目反反光，改改善仪表表视野。