汽車組合儀表人機工程設計研究

陳 創，龍 震

（東風柳州汽車有限公司PV技術中心，廣西 柳州545000）

汽車組合儀表是汽車各類信息集中顯示的重要部件，駕駛員通過組合儀表獲取汽車運行時燈光、油量、里程、故障等運行參數，對駕駛員安全、經濟地駕駛汽車有著重要的作用。在汽車行駛的過程中，駕駛員、汽車、儀表顯示等組成了人機系統，故組合儀表合理人機工程設計，是組合儀表布置的重要設計原則。本文擬通過對組合儀表可視性、易讀性、反光、成像四個方面人機工程設計要求，提出合理的組合儀表布置方案，為后續組合儀表的布置提供參考。

1　人機工程學介紹

人機工程學是20世紀70年代初迅速發展起來的一門新興學科，是一門涉及人體的多領域科學，包括心理學、人體測量學、生物力學、生理學和心理物理學等。它涉及研究人的特性、能力和局限性，然后應用這些信息來設計和評估人們使用的設備和系統。人機工程學的基本目標是設計出盡可能滿足用戶（駕駛人）和設備（車輛）之間的匹配，從而改進用戶的安全（提供不受傷害和損失的自由空間）、舒適、方便、性能和效率（工作效率或不斷增加的輸出/輸入之比）的產品[1]。它從人的生理和心理出發，研究人—機—環境相互關系和相互作用的規律，并使人—機系統工作效能達到最佳。在汽車設計中應用人體工程學，就是以人（駕駛員、乘客）為中心，研究汽車設計（包括布置和設備等）如何適應人的需要，創造一個舒適的、操縱輕便的、可靠的駕駛環境和乘坐環境，即設計一個最佳的人—車—環境系統。

在人—車—環境系統中，人機工程的視覺優化必須以駕駛員的眼睛作為定位基礎。由于駕駛員的身體、坐姿及駕駛習慣等方面的差異，所有汽車駕駛員的眼睛位置不可能是某同一固定點，而是呈某種形態的曲線。通過對數以千計的男女駕駛員進行實測與統計分析，得出汽車駕駛員的眼睛位置分布范圍呈橢圓形的結論，即稱為駕駛員眼橢圓(見圖1)。眼橢圓可分為第90、95、99百分位等若干圖形，分別代表一定百分比的駕駛員眼睛位置[2]。眼橢圓代表了汽車駕駛員眼睛位置的范圍，利用眼橢圓可以較為滿意地設計出駕駛員的眼睛位置，從而對組合儀表的布置位置進行合理設計，滿足組合儀表可視性、易讀性、反光、成像四個方面人機工程設計要求。

圖1　眼橢圓示意圖

2　某車型組合儀表人機工程設計實例

2.1　組合儀表可視性設計

組合儀表可視性設計校核見圖2，透過方向盤觀察組合儀表時，組合儀表信息顯示區域位置：

1）處于單目盲區外：在駕駛員視野中央區域即可觀察到全部顯示信息；

2）處于單目、雙目盲區之間：在駕駛員視野周邊區域才可觀察到全部顯示信息；

3）處于雙目盲區外：駕駛員需調整頭部位置才可觀察到全部顯示信息。

圖2　組合儀表可視性設計校核示意圖

可視性設計校核要求：

1）組合儀表信息顯示區域位置應處于單目盲區外；

2）組合儀表信息顯示區域位置如處于單目、雙目盲區之間，應把不重要的信息布置在儀表盤顯示區域周邊，便于觀察；

3）為保證安全行駛，組合儀表信息顯示區域位置不應處于雙目盲區之外。

設計校核方法：透過方向盤的視野盲區可用UG軟件總布置設計工具包模塊（見圖3）進行繪制。使用“眼橢圓”功能，根據該車型SAE 95%2D人體參數（見圖4）制作出眼橢圓后，接著使用“儀表板可見性”功能，選取方向盤邊界，可自動繪制出視野盲區（見圖2），再根據可視性設計校核對組合儀表信息顯示區域進行布置校核。

圖3　總布置設計工具包模塊

圖4　SAE 95%2D人體參數

2.2　組合儀表易讀性設計校核

組合儀表易讀性設計校核見圖5，合理的儀表與駕駛員距離、儀表角度，駕駛員可以更容易地對儀表顯示信息進行讀取，讓駕駛員更舒適地駕駛車輛。

圖5　組合儀表可視性設計校核示意圖

易讀性設計校核要求：

1）眼橢圓中心點到組合儀表顯示面的距離L應小于750 mm；

2）眼橢圓中心點與組合儀表顯示面中心的連線與水平面的角度A1應在20°～30°之間；

3）眼橢圓中心點與組合儀表顯示面中心的連線與儀表顯示面的角度A2應在85°～95°之間。

設計校核方法：如本文的第2.1部分制作出眼橢圓后，根據易讀性設計校核要求進行組合儀表布置校核。

2.3　組合儀表反光設計校核

組合儀表反光設計校核見圖6，從車外照入到車內的光線經組合儀表反射后，不應射入駕駛員眼睛，否則會造成駕駛員刺眼情況，嚴重影響行車安全。

圖6　組合儀表反光設計校核示意圖

反光設計校核要求：

1）從前風窗射入的光線經組合儀表反射后，不應射入95%駕駛員眼橢圓內；

2）從天窗射入的光線經組合儀表反射后，不應射入95%駕駛員眼橢圓內。

設計校核方法：如圖6所示，以前擋黑邊或天窗邊界作為入射光線源，以組合儀表罩為鏡子繪制出反射光線，反射光線不應射入駕駛員眼橢圓內。

2.4　組合儀表成像設計校核

組合儀表成像設計校核見圖7，夜間行駛時組合儀表點亮后，在前風窗、前車窗的成像區域，不應影響駕駛員的正常行駛視野。

圖7　組合儀表成像設計校核示意圖

GB11555規定的B區域（見圖8）為駕駛員前方視野主要范圍，其由下述4個平面所圍成的風窗外表面的面積，且距風窗玻璃透明部分面積邊緣向內至少25 mm，以較小面積為準。

1）通過V1點，與X軸成7°仰角且與Y軸平行的平面一；

2）通過V2點，與X軸成5°俯角且與Y軸平行的平面二；

3）通過V1和V2點，與X軸的左側與X軸成17°角的鉛錘平面三；

4）以汽車縱向中心平面為基準面，其與平面三對稱的平面四。

其中V1、V2點相對駕駛員H點位置，由三維坐標系的X、Y、Z坐標確定，見表1和表2.表1給出的是設計靠背角25°時的基本坐標，若設計靠背角不是25°時，則按表2對X、Z坐標進行修正。

表1　設計靠背角25°時V1、V2點基本坐標（單位：mm）

表2　設計靠背角不是25°時V1、V2點基本坐標（單位：mm）

成像設計校核要求：

1）組合儀表發出光線在前風窗的成像區域，不應該在B區域內；

2）組合儀表發出光線在前車窗的成像區域，與駕駛員看外后視鏡時通過前車窗的視野區域重疊量應小于10%.

設計校核方法：可用UG軟件總布置設計工具包中“反射數據”功能，根據軟件提示要求選擇眼點、儀表信息顯示區域為要反射的曲線、反射對象為前風窗或前車窗，可自動繪制出儀表信息顯示區域在前風窗或前車窗的成像，接著根據成像設計校核要求進行組合儀表進行布置校核。

圖8　B區域示意圖

3　結束語

本文通過對組合儀表可視性、易讀性、反光、成像四個方面人機工程設計校核研究，是在保證組合儀表功能的前提下，提出合理的組合儀表布置方案，以達到人機工程的一般原理要求。設計一個最佳的駕駛員—儀表—環境系統，防止組合儀表對駕駛員的視覺干擾，從而提高汽車的主動安全行駛。

參考文獻：

[1]畢 斯.汽車設計中的人機工程學[M]．北京：機械工業出版社，2014.

[2]羊拯民，高玉華.汽車車身設計[M]．北京：機械工業出版社，2008.