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1、人体工程学简介一、何为人体工程学？人体工程学是上世纪50年代发展起来的一门新学科。它以人机关系为研究的对象，以实测、统计、分析为基本的研究方法，是一种描述如何塑造适宜人的工作环境的科学。具体到产品开发，就是在产品的设计和制造方面要按照人体的生理解剖功能量身定做，更加适合于人体的工作效能。 “人”指的是是在所研研究的系系统中参参与系统统过程的的人; “机”则泛指指一切与与人处于于同一系系统中并并与人交交换着信信息、物物质和能能量的、供供人使用用的物; “工作作环境”指的是是“人”、“机”共处的的、对“人”和“机”有直接接或间接接影响的的周围外外部条件件。在我国，本本学科处处于初创创阶段，名名称尚
2、不不统一，有有“人机工工程学”，“人类工工效学”、“人体工工程学”和“工效学学”等不同同提法。统一称为“人机工工程学”。二、人机工工程学的的研究对对象人机工程学学的研究究对象是是人-机机-环境境系统简简称人机机系统。 人人机工程程学既要要研究人人-机-环境系系统的各各个组成成部分的的属性,更要着着重研究究人-机机-环境境系统的的总体属属性,以以及人、机机、环境境之间的的相互关关系的规规律。三、人机工工程学的的研究内内容 人的特特性的研研究（1）人体体尺寸及及人体测测量技术术（2）人体体的力学学性能（3）人的的劳动生生理功能能（4）劳动动中人的的心理过过程（5）人的的信息传传递能力力（6）人的的
3、可靠性性（7）人员员的选拔拔和培训训（8）人的的动作时时间研究究（9）人体体模型 机的特特性的研研究 环境特特性的研研究 人-机机关系的的研究 人-环环境关系系的研究究 机-环环境关系系的研究究 人-机机-环境境系统总总体性能能的研究究四、汽车人人体工程程学今天的汽车车要追求求“人车合合一”。所谓谓“人车合合一”，就是是设计汽汽车的目目标要以以人为本本，围绕绕人的需需求而建建造。要要使人乘乘驾汽车车感到舒舒适、方方便和不不容易疲疲劳，这这就是汽汽车人体体工程学学的目的的。汽车车设计的的基础。 驾驶区区空间如如何确定定？ 驾驶员员座椅如如何设计计？ 仪表盘盘如何设设计与布布置？ 操纵杆杆、脚踏踏
4、板等如如何布置置？ 前风挡挡玻璃（雨雨刮器）有有何要求求？ 后视镜镜大小、位位置如何何确定？ 车高（车车长等）如何设定？ 汽车如如何降噪噪？ 汽车照照明设备备有何要要求？ 汽车的的安全设设备（安安全带、气气囊等）应应满足何何种要求求？本课程主要要研究对对象：轿轿车。轿车作为通通勤交通通工具的的功能比比率将渐渐趋下降降，而用用于休闲闲娱乐的的功能比比率将渐渐趋提高高, 轿轿车的行行驶速度度也许不不再是最最主要的的使用性性能要求求了，而而人们对对轿车的的宜人性性、乘坐坐舒适性性的要求求却会比比现在高高得多, 轿车车作为一一个活动动的家，将将要求车车内空间间增大，内内部装饰饰更具有有家庭的的温馨气气
5、氛。 第一章 汽车设设计与试试验用人人体模型型常用人体模模型来代代替真人人。人体体模型应应有人真真人的某某些特性性。汽车设计与与试验用用人体模模型视用用途不同同种类也也不一。主主要包括括车身设设计及校校核用的的H点人人体模型型、撞车车试验用用的人体体模型(假人)、仪表表板及转转向操纵纵系统冲冲击吸收收性能试试验用的的头部和和胸部模模型及振振动试验验用的两两自由度度(或多多自由度度)振动动模型等等。&1-1百百分位一、百分位位概念百分位是人人体工程程学中常常用的一一个术语语，它表表示人体体的某项项基础数数据对于于使用对对象中有有百分之之几的人人可适用用，这是是人体工工程学中中一条基基本的设设计原
6、则则。因此此，目前前人体基基础数据据标准均均以百分分位的形形式公布布。这种种表达方方式已在在国际上上通用。百分位最简简单分为为三档，即即第5百百分位、第第50百百分位、第第95百百分位。我国19889年77月l日日起正式式实施的的国家标标准中中国成年年人人体体尺寸，分分7档公公布数据据，即第第1、第第5、第第10、第第50、第第90、第第95、第第99百百分位，以以方便使使用。 人体尺寸寸因种族族、国家家或地区区而异，这这一点在在引进国国外技术术设备时时是不可可忽视的的。二、百分位位在产品品尺寸设设计中的的应用 11、产品品设计类类型按照所使用用的人体体尺寸的的设计界界限值的的不同情情况,可可
7、将产品品尺寸设设计任务务分为三三种基本本类型:型产品尺尺寸设计计：需要同同时利用用两个人人体尺寸寸百分位位数作为为尺寸上上限值和和下限值值的依据据之设计计任务,称为型产品品尺寸设设计,又又称双限限值设计计。 例例如,汽汽车驾驶驶座椅设设计。型产品尺尺寸设计计：只需要要利用一一个人体体尺寸百百分位数数作为尺尺寸上限限值或下下限值的的依据之之设计任任务,称称为型产品品尺寸设设计,又又称单限限值设计计。A型产品品尺寸设设计：只需要要利用一一个人体体尺寸百百分位数数作为尺尺寸上限限值的依依据之设设计任务务,称为为 A 型型产品尺尺寸设计计,也称称大尺寸寸设计。例如如,设计计公共汽汽车的车车厢高度度。B
8、 型产产品尺寸寸设计：只需要要利用一一个人体体尺寸百百分位数数作为尺尺寸下限限值的依依据之设设计任务务,称为为 B 型产品品尺寸设设计,也也称小尺尺寸设计计。 例例如,设设计工作作场所的的栅栏结结构、网网孔结构构或孔板板结构等等安全防防护装置置。 型产品品尺寸设设计：只需要要人体尺尺寸的第第 500 百分分位尺寸寸数据作作为产品品尺寸设设计的依依据之设设计任务务,称为为 型产产品尺寸寸设计,也称 折中设设计。 例如,门的把把手或锁锁孔离地地面的高高度、电电灯开关关在房间间墙壁上上的安装装位置离离地面的的高度设设计。设计人员进进行产品品或工程程系统设设计时, 首先先必须正正确判断断设计任任务应属
9、属于哪一一种类型型, 然然后恰当当选取作作为尺寸寸设计依依据的人人体相应应部位的的百分位位数。2、（人体体尺寸测测量）百百分位数数据的修修正（1）功能能修正量量： (1)着着装修正正量 (2)姿姿势修正正量（2）心理理修正量量最小功能尺尺寸:为为了确保保实现产产品的某某项功能能而在设设计时规规定的产产品最小小尺寸,称为产产品最小小功能尺尺寸。产品最小功功能尺寸寸 = 人体尺尺寸百分分位数 + 功功能修正正量 最佳功能尺尺寸:为为了方便便、舒适适地实现现产品的的某项功功能而设设定的产产品尺寸寸,称为为产品最最佳功能能尺寸。产品最佳功功能尺寸寸 = 人体尺尺寸百分分位数 + 功功能修正正量 + 心
10、理理修正量量。 人机工程学学是以追追求安全全、健康康、舒适适、高效效为目标标的, 只要客客观上许许可, 就应当当按最佳佳功能尺尺寸进行行设计。以设计乘客客区顶高高为例, 若以以男子身身高第 90 百分位位尺寸 17554 mmm作为为设计界界限值, 鞋跟跟高修正正量取为为 255 mmm,高度度的最小小余裕量量取为 90 mm,高度的的心理修修正量取取为 1115 mm,则: 最最低层高高=17754+(255+900)=11869919000 mmm 最最佳层高高=17754+(255+900)+1115=1988420000 mmm三、百分位位在汽车车设计中中的应用用实例汽车设计以以总体布
11、布置为核核心，而而轿车总总体布置置又是从从车厢开开始的。为为此要利利用能表表述人体体形状的的标准模模型做为为准绳来来安排驾驾驶舱各各个部件件位置。国际汽车设计界中所应用的总范围在5%-95%之间，它涵盖了90%的人群。例如驾驶员员的位置置，从脚脚踩油门门踏板或或刹车踏踏板上算算起，身身材高大大者要比比身材矮矮小者靠靠后坐，这这决定了了驾驶座椅椅后移的的位置；身材矮矮小者要要比身材材高大者者靠前坐坐，这决决定了座座椅前移移的位置置。手臂臂长度与与腿相比比是较短短的，当当座椅后后移时可可能手触触及不到到仪表板板，这就就有了一一个范围围限制。例例如以百百分位人人群来划划分，假假设第55个百分分位（德
12、德国标准准）的女女子身高高为1.47米米，而第第95个个百分位位的男子子身高为为1.882米，对对于固定定踏板的的布置，工工程师就就只考虑虑5%的的矮小女女子和995%高高大男子子的手臂臂触及范范围。做做出仪表表板的可可接触的的衡量，通通常以高高大男人人的手臂臂长为一一个决定定性准则则，即以以伸展的的手臂运运动，在在水平及及垂直方方向各绘绘出一个个园孤线线，近似似描绘出出一个半半园形空空间去安安排座椅椅、仪表表、方向向盘、踏踏板、变变速杆、中中控板控控制旋钮钮等零部部件的位位置及相相互的距距离尺寸寸。驾驶座椅的的布置是是轿车总总布置的的关键之之一。驾驾驶座椅椅的调整整应能够够使驾驶驶员相对对方
13、向盘盘、操纵纵杆、踏踏板等操操纵机构构及前档档风玻璃璃，在纵纵向及铅铅垂方向向的位置置应能够够满足绝绝大多数数驾驶员员群体的的各类人人身体特特征。座座椅的平平行移动动及高度度调整范范围根据据人体标标准模型型的肢体体夹角来来确定。&1-2 H点人人体模型型H 点，即即胯点( HiipPoointt )，指指人体身身躯与大大腿的铰铰接点。在在人体模模板中为为髋关节节。确定定汽车车车身或驾驾驶室内内部人机机界面几几何尺寸寸关系时时 ,常常以此点点作为人人体的定定位基准准。 H点（点113）人人体模型型由背板板部、座座板部、小小腿部及及足部等等构成。背背板部由由背板、背背托架、躯躯干杆、水水平仪AA及
14、胸部部和臀部部重块等等组成。座板部由座板、控制杆、T形杆、水平仪B、大腿重块、膝部角度盘等构成。 小腿部由左右小腿及质量块组成。足部有足部刻度盘。汽车的实际际 H 点是指指当 HH 点三三维人体体模型按按规定的的步骤安安放在汽汽车座椅椅中时，人人体模型型上左右右两 HH 点标标记连接接线的中中点。 (l)汽车车实际HH点是与与操作方方便性及及坐姿舒舒适性相相关的车车内尺寸寸的基准准点。在在特定的的约束坐坐姿下，驾驾驶员在在操作时时身躯上上部的活活动必然然是绕通通过实际际H点的的横向水水平轴线线的转动动，可用用来检验验汽车座座椅设计计的合理理性。 (2)汽车车实际HH点是确确定眼椭椭圆在车车身中
15、位位置的基基准点。影响仪表盘、前后风窗、左右风窗、风窗刮净区、后视镜等。(3)汽车车实际HH点的位位置影响响到驾驶驶员的手手伸及界界面。影影响仪表表盘布置置、操作作件布置置等。&1-3 H 点点二维人人体模板板汽车车身设设计中也也采用HH点二维维人体模模板来确确定或校校核车内内尺寸，HH 点二二维人体体模板是是根据HH点三维维人体模模型制作作而成的的。对于安全设设施, 应尽可可能按极极端的百百分位数数设计, 如选选用第 1 和和第 999 百百分位,以适应应绝大多多数人的的要求。对对于一般般设施, 所选选百分位位数可适适当偏离离极端数数值, 如第 10 和第 90 百分位位,这样样可简化化结构
16、、降降低成本本。人体模板的的应用：人机系系统设计计时, 可借助助人体模模板进行行辅助制制图、辅辅助设计计、辅助助演示或或辅助测测试。 H 点二维维人体模模板在车车身（车车高）设设计中的的应用1、制作模模板H点人体样样板由躯躯干、大大腿、小小腿、足足及靠背背基准杆杆等组成成。车身身内部布布置设计计采用的的通常是是第955，500和第55百分位位的H点点人体样样板。这这三种百百分位的的万点人人体模板的上上身躯杆杆长度尺尺寸一样样，但大大腿长度度B、小小腿长度度A各有有不同。2、模板安安放H点人体样样板在车车身侧视视图上安安放时，应应先确定H点的的高度HHz（如如何确定定？）确定舒适坐坐姿角具体步骤
17、为为：(1)画出出地板线线(先以以水平线线代表);(2)确定定出H点点的位置置(以加加速踏板板踵点为为基准，兼兼顾座垫垫、靠背背的压缩缩量);（如何何确定？）(3)将第第95百百分位人人体样板板的H点点与刚才才确定的的H点相相重合;(4)按选选定的舒舒适坐姿姿角确定定人体样样板在图图纸上的的位置;(5)选定定H点的水水平及垂垂直行程程(即座座椅的水水平及垂垂直调节节量)。水水平行程程范围一一般为1100一一1600mm，垂垂直行程程一般应应大于880mmm。(6)画出出座椅调调节至中中间位置置、最前前最高位位置以及及最后最最低位置置时的HH点。(7)将第第95百百分位的的人休样样板的HH点与图
18、图纸上最最后最低低位置的的H点相相重合，根根据样板板背部曲曲线形状状、靠背背压缩量量与厚度度，确定定驾驶舱舱的最后后界限。(8)将第第50、第第10百百分位的的人体样样板的HH点分别别与图纸纸上座椅椅调节到到中间位位置及最最前最高高位置的的H点相相重合，以以加速踏踏板踵点点为固定定点，观观察舒适适坐姿角角（除aa外）的的变化及及坐姿位位置的变变化，决决定H点点高度HHz及行行程大小小是否合合适。 (9)画出出三种位位置时上上述三种种百分位位人体样样板腿部部轮廓线线，供设设计仲腿腿空间用用。(10)轿轿车后排排座的布布置方法法与上述述相仿。(11)按按第三章章中“头廓包包络线”中所述述方法决决定
19、头顶顶空间。或或按下述述决定头头顶空间间的高度度尺寸，见见图1一一7。由由驾驶员员或乘员员头顶部部F垂直直向上1100-1355 mmm为车顶顶内饰线线。车顶顶厚度一一般可取取巧155-255mm，考考虑到驾驾驶员头头顶处的的车高并并非是车车体的最最大高度度，从而而再增加加20-40mmm作为为车体总总高的设设计参考考值。对对于载货货车，万万点至车车顶内饰饰线之间间的距离离在沿88度倾斜斜线上量量，一般般不应小小于10000mmm。&1-4 其它人人体模型型头部及胸部部模型：评价仪仪表板或或座椅靠靠背后部部等的冲冲击性能能等。两自由度振振动人体体模型：汽车平平顺性试试验等。车辆碰撞仿仿真分析析
20、用人体体模型注意：今天天的汽车车设计都都采用计计算机辅辅助设计计，用专专门软件件来测定定轿车的的设计是是否符合合人体工工程学。由由于设计计师对人人体标准准模型的的取舍不不同，就就出现了了欧美车车空间比比较宽大大，日韩韩车空间间比较狭狭小的现现象。东东亚人的的平均身身高和手手臂长度度都要逊逊于欧美美人，但但由于市市场全球球化，汽汽车设计计也倾向向于大空空间。通通过加大大座椅、方方向盘角角度的多多级调整整来平衡衡各地区区的人种种身材的的差异。第二章 驾驶员眼椭椭圆、头头廓包络络线、HH点位置置线、膝膝部及胃胃部包络络线如何进行车车室设计计？汽车驾驶员员的眼睛睛、头部部、胯部部、膝部部及胃腹腹部上一
21、一些与车车身设计计有关的的特殊点点称为驾驾驶员的的人体特特征点。驾驶员以自自己的意意愿将座座椅调整整到适意意位置、并并以正常常驾驶姿姿势入座座后，人人体上的的这些特特征点在在车内坐坐标系中中的位置置可以通通过摄影影法测得得。测得得的位置置数据经经数理统统计处理理后，便便可得到到各种百百分位身身材男女女驾驶员员的人体体特征点点的分布布图形(图2一一l)。它它们包括括驾驶员员眼椭圆圆(图中中D)、头头廓包络络线(图图中E)、左右右膝包络络线(图图中C和和S)、H点位置线(图中A)、胃部包络线(图中F等)。将图形制成样板可作为车室设计的工具，因此上述图形亦称为车室设计用工具性图形。&2-1汽汽车驾驶驶员眼椭椭圆一、 何为眼椭圆圆？汽车驾驶员员眼椭圆圆是指不不同身材材的驾驶驶员按自自己的意意愿将座座椅调整整到适意意位置、并并以正常常的驾驶驶姿势入入座后，他他们眼睛睛位置在在车内坐坐标系中中的统计计分布图图形。