基于人機工程學(xué)的汽車設(shè)計

李振山 趙清閣

【摘 要】人機工程在汽車設(shè)計中研究對象是人-車-環(huán)境系統(tǒng)，其核心內(nèi)容是改善駕駛艙內(nèi)所有乘員的駕乘舒適性和駕駛員的勞動條件，其目標(biāo)是乘員的安全、健康、舒適、高效，力求使整個人-車-環(huán)境系統(tǒng)的性能達到最優(yōu)。本文主要介紹了人機工程在汽車設(shè)計中的概述，對人體模型，人體參數(shù)進行了詳細(xì)的介紹，并對汽車設(shè)計過程中人體姿態(tài)核定進行了詳細(xì)概述。

【關(guān)鍵詞】人機工程；汽車設(shè)計；應(yīng)用

一、前言

汽車設(shè)計是一項貫穿整個車型開發(fā)過程的設(shè)計工作，是一個反饋協(xié)商，調(diào)整的過程。整車總布置從技術(shù)先進性，生產(chǎn)合理性和使用要求出發(fā)，正確選擇性能、質(zhì)量和主要尺寸參數(shù)，提出總體設(shè)計方案，為各部件設(shè)計提供整車參數(shù)和設(shè)計要求，保證整車性能。

二、人機工程概述

人機工程學(xué)是以人的生理和心理特性為基礎(chǔ)，研究人一機一環(huán)境的相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律，以此來優(yōu)化人一機一環(huán)境的一門科學(xué)。在以人機相互適應(yīng)的為目標(biāo)的前提下，人機工程學(xué)不僅關(guān)注人的安全、健康、效率，更加關(guān)注人的價值，關(guān)心人的滿意度、舒適感、成就感和人的尊嚴(yán)。

隨著自動化、機械化以及電子化的高度發(fā)展，人機工程學(xué)在汽車設(shè)計領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用，因此，協(xié)調(diào)并優(yōu)化人與車之間以及車與環(huán)境之間的關(guān)系就成為當(dāng)前汽車設(shè)計中人機工程學(xué)運用和發(fā)展的總趨勢，這一點充分體現(xiàn)了技術(shù)對于人和環(huán)境的關(guān)懷。三初步探索人一車一環(huán)境系統(tǒng)中的環(huán)境不僅指的是汽車外的交通環(huán)境，而且還涉及到車室內(nèi)環(huán)境。

車內(nèi)環(huán)境主要包括車內(nèi)的動態(tài)環(huán)境和靜態(tài)環(huán)境，動態(tài)環(huán)境主要指車內(nèi)的氣溫、氣濕、氣流和熱輻射等靜態(tài)環(huán)境主要指車座椅的尺寸、車內(nèi)儀表的布置和操作桿件的布置等。空氣的溫度和濕度都會對駕駛員的舒適性造成影響，過冷過熱或不舒適的車內(nèi)環(huán)境都易使駕駛員感到疲勞和煩躁，造成交通事故。據(jù)美國國家交通安全部對載重汽車的研究，在交通事故中，與疲勞有關(guān)的事故占，空氣的溫度、濕度在疲勞的影響因素中居第三位第一為睡眠不足，第二為超負(fù)荷工作，這兩種影響因素都易于處理。

三、人機工程在汽車設(shè)計中在汽車設(shè)計過程中的應(yīng)用

1.人體姿態(tài)基本參數(shù)的確定

在人機的初始設(shè)計中，應(yīng)該確定人口的首次使用。我們通常選擇滿足95%的人口，男女比例為90：10或95：5。上述人口選擇符合SAEJ826標(biāo)準(zhǔn)。然后，根據(jù)車輛的類型，首先設(shè)置H30，然后根據(jù)人體舒適角度的推薦值初始設(shè)置身體坐姿。接下來，使用H點計算公式計算H點范圍。確定最重要的難點后，您可以初步確定人機的參數(shù)。根據(jù)公式繪制95%H點舒適線。根據(jù)最初確定的H30和95%舒適線，可以初始確定H點的坐標(biāo)以及座椅的調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)范圍線框。如圖1所示。

擺放95%人體模板建立以下約束，BOFRP點在直線上BOFRPx，AHP點在直線AHPz上，上踝角為87°，腿膝關(guān)節(jié)點與大腿膝關(guān)節(jié)重合聯(lián)合點；大腿中線的后端與SgRP點重合。獲得腳，小腿和大腿的位置和姿勢。根據(jù)設(shè)定的靠背角度，獲得人體軀干的位置和姿勢。結(jié)合設(shè)置W20，在車輛中確定駕駛員身體的位置和姿勢。

2.整車姿態(tài)的設(shè)定

車輛姿態(tài)是汽車整體布局設(shè)計的重要屬性之一。它涉及許多因素，如人機，形狀，車輛視覺，懸架行程和剛度，碰撞，停車和通行性。車輛姿態(tài)設(shè)計過程是確定地面線的過程。首先，在空載，設(shè)計狀態(tài)和滿載等各種條件下，需要設(shè)計軸載來計算軸載。單個輪胎的載荷根據(jù)軸載確定，并且單個輪胎的載荷用于選擇輪胎。其次，根據(jù)輪胎的負(fù)載條件計算輪胎的壓縮量和靜力的計算半徑。再次，設(shè)計懸架彈簧參數(shù)，并根據(jù)懸架彈簧的位移與車輛的姿態(tài)角和軸距之間的關(guān)系確定前后輪中心的位置。最后，根據(jù)各種負(fù)載條件下輪胎的靜態(tài)半徑和前后輪芯的位置，確定相應(yīng)的地線以獲得最終的車輛姿態(tài)角。

3.人體姿勢檢查

檢查目的：通過對人體駕駛姿勢和生理結(jié)構(gòu)的研究和檢查，在人機布局設(shè)計過程中，采用最佳人體姿態(tài)，使駕駛員能夠以最舒適的狀態(tài)使用產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計。

4.視野校核

在汽車的設(shè)計中，駕駛員的視野會影響汽車的使用和安全以及法規(guī)要求。在布局設(shè)計中，必須考慮駕駛員的愿景以滿足法規(guī)要求和要求。

（1）前地視野檢查視線與橢圓的下邊緣和發(fā)動機艙蓋相切，與設(shè)計地線相交，以及交叉點與前保險杠前端之間的縱向距離是前視圖的盲區(qū)。設(shè)計過程中視野的盲區(qū)越小越好。通常，視角為5°以相同的方式獲得相同的后視盲區(qū)。（見圖3）。

（2）交通信號燈視野要求車輛看到高度不超過12米的5米高的交通信號燈，不能被車頂或其他部分覆蓋（后視鏡除外）。使用眼橢圓確定（非強制），如圖3所示。

國內(nèi)外汽車設(shè)計中人體工程學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀以及人體工程學(xué)在汽車設(shè)計整體布局中的作用表明了人體模型。人體的詳細(xì)參數(shù)在汽車設(shè)計過程中對人體姿勢的設(shè)定起著至關(guān)重要的作用。它顯示了汽車總體設(shè)計的定義及其計算和生產(chǎn)的細(xì)節(jié)。詳細(xì)分析了汽車設(shè)計開發(fā)過程中檢測人體姿態(tài)和車輛視覺的方法，實現(xiàn)了車輛整體設(shè)計和開發(fā)的合理化，科學(xué)性和舒適性。

5.安全系統(tǒng)設(shè)計

汽車的安全性對駕駛員和乘客都非常重要。大多數(shù)現(xiàn)代汽車都配有安全帶，安全氣囊，ABS防抱死制動系統(tǒng)，ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)，EBD電子助力轉(zhuǎn)向等。預(yù)張緊的安全帶確保車輛的車身在發(fā)生交通事故時保持與座椅接觸，從而防止車身由于車身的過度向前傾斜而受傷；安全氣囊在某些情況下會引爆，減少因碰撞時巨大的慣性導(dǎo)致汽車對乘員造成傷害；電子穩(wěn)定系統(tǒng)可以確保汽車高速行駛時的穩(wěn)定性；當(dāng)汽車在任何路面上緊急制動時，可以自動控制防抱死制動系統(tǒng)。并調(diào)整車輪制動力，防止車輪完全鎖定，獲得最大制動力；電子助力裝置可以使駕駛員在低速行駛時轉(zhuǎn)向輕便靈活，增加高速轉(zhuǎn)向力，增強駕駛員的感覺。

四、結(jié)束語

綜上所述，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和國際市場的激烈競爭，現(xiàn)代人們對汽車已不再僅僅滿足于能用能開就行，而是要得到使用的舒適性和舒心性，汽車的設(shè)計必須能“打動”消費者的心靈需求。因此，人機工程學(xué)越來越引起人們的重視，越來越多的人機工程學(xué)設(shè)計將被采納，符合人機工程學(xué)的產(chǎn)品必然會獲得成功。

【參考文獻】

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