基于人機工程學的汽車設計

李振山 趙清閣

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

【關鍵詞】人機工程；汽車設計；應用

一、前言

汽車設計是一項貫穿整個車型開發過程的設計工作，是一個反饋協商，調整的過程。整車總布置從技術先進性，生產合理性和使用要求出發，正確選擇性能、質量和主要尺寸參數，提出總體設計方案，為各部件設計提供整車參數和設計要求，保證整車性能。

二、人機工程概述

人機工程學是以人的生理和心理特性為基礎，研究人一機一環境的相互關系和相互作用的規律，以此來優化人一機一環境的一門科學。在以人機相互適應的為目標的前提下，人機工程學不僅關注人的安全、健康、效率，更加關注人的價值，關心人的滿意度、舒適感、成就感和人的尊嚴。

隨著自動化、機械化以及電子化的高度發展，人機工程學在汽車設計領域也得到廣泛應用，因此，協調并優化人與車之間以及車與環境之間的關系就成為當前汽車設計中人機工程學運用和發展的總趨勢，這一點充分體現了技術對于人和環境的關懷。三初步探索人一車一環境系統中的環境不僅指的是汽車外的交通環境，而且還涉及到車室內環境。

車內環境主要包括車內的動態環境和靜態環境，動態環境主要指車內的氣溫、氣濕、氣流和熱輻射等靜態環境主要指車座椅的尺寸、車內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環境都易使駕駛員感到疲勞和煩躁，造成交通事故。據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，第二為超負荷工作，這兩種影響因素都易于處理。

三、人機工程在汽車設計中在汽車設計過程中的應用

1.人體姿態基本參數的確定

在人機的初始設計中，應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標準。然后，根據車輛的類型，首先設置H30，然后根據人體舒適角度的推薦值初始設置身體坐姿。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。根據公式繪制95%H點舒適線。根據最初確定的H30和95%舒適線，可以初始確定H點的坐標以及座椅的調節范圍和調節范圍線框。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°，腿膝關節點與大腿膝關節重合聯合點；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。根據設定的靠背角度，獲得人體軀干的位置和姿勢。結合設置W20，在車輛中確定駕駛員身體的位置和姿勢。

2.整車姿態的設定

車輛姿態是汽車整體布局設計的重要屬性之一。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。車輛姿態設計過程是確定地面線的過程。首先，在空載，設計狀態和滿載等各種條件下，需要設計軸載來計算軸載。單個輪胎的載荷根據軸載確定，并且單個輪胎的載荷用于選擇輪胎。其次，根據輪胎的負載條件計算輪胎的壓縮量和靜力的計算半徑。再次，設計懸架彈簧參數，并根據懸架彈簧的位移與車輛的姿態角和軸距之間的關系確定前后輪中心的位置。最后，根據各種負載條件下輪胎的靜態半徑和前后輪芯的位置，確定相應的地線以獲得最終的車輛姿態角。

3.人體姿勢檢查

檢查目的：通過對人體駕駛姿勢和生理結構的研究和檢查，在人機布局設計過程中，采用最佳人體姿態，使駕駛員能夠以最舒適的狀態使用產品優化設計。

4.視野校核

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

（1）前地視野檢查視線與橢圓的下邊緣和發動機艙蓋相切，與設計地線相交，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。設計過程中視野的盲區越小越好。通常，視角為5°以相同的方式獲得相同的后視盲區。（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。

國內外汽車設計中人體工程學的發展現狀以及人體工程學在汽車設計整體布局中的作用表明了人體模型。人體的詳細參數在汽車設計過程中對人體姿勢的設定起著至關重要的作用。它顯示了汽車總體設計的定義及其計算和生產的細節。詳細分析了汽車設計開發過程中檢測人體姿態和車輛視覺的方法，實現了車輛整體設計和開發的合理化，科學性和舒適性。

5.安全系統設計

汽車的安全性對駕駛員和乘客都非常重要。大多數現代汽車都配有安全帶，安全氣囊，ABS防抱死制動系統，ESP電子穩定系統，EBD電子助力轉向等。預張緊的安全帶確保車輛的車身在發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致汽車對乘員造成傷害；電子穩定系統可以確保汽車高速行駛時的穩定性；當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。并調整車輪制動力，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向輕便靈活，增加高速轉向力，增強駕駛員的感覺。

四、結束語

綜上所述，隨著經濟的高速發展和國際市場的激烈競爭，現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，汽車的設計必須能“打動”消費者的心靈需求。因此，人機工程學越來越引起人們的重視，越來越多的人機工程學設計將被采納，符合人機工程學的產品必然會獲得成功。

【參考文獻】

[1]毛恩榮，張紅，宋正河.車輛人機工程在汽車設計中[M].第2版.北京：北京理工大學出版社，2017.

[2]丁玉蘭.人機工程在汽車設計中[M]，第4版.北京：北京理工大學出版社，2016.