汽车人机工程学-2讲解

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1、第2章 人体参数,人 体 测 量,回到目录,1. 静止形态参数的测量 2. 活动范围参数的测量 3. 生理学参数的测量 4. 生物力学参数的测量,回到上一级,人体测量的分类,测量基准轴： 1. 铅垂轴 2. 矢状轴 3. 冠状轴 测量基准面： 1. 矢状面 2. 冠状面 3. 水平面 4. 眼耳平面,回到上一级,人体测量的参照系,测量姿势 1.立姿 被测者挺胸直立,头部以眼耳平面定位,眼睛平视前方,肩部放松,上肢自然下垂,手伸直,手掌朝向体侧,手指轻贴大腿侧面,膝部自然伸直,左、右足后跟并拢,前端分开,使两足大致呈 45夹角, 体重均匀分布于两足。 2.坐姿 被测者挺胸坐在被调节到腓骨头高度的

2、平面上,头部以眼耳平面定位,眼睛平视前方,左、右大腿大致平行,膝弯屈大致成直角,足平放在地面上, 手轻放在大腿上。,人体测量的项目和方法,测量方向 1.人体上下方向 上方称为头侧端,下方称为足侧端。 2.人体左右方向 靠近正中矢状面的方向称为内侧,远离正中矢状面的方向称为外侧。 3.四肢方向 靠近四肢附着部位的方向称为近位,远离四肢附着部位的方向称为远位。 4.上肢方向 指向桡骨侧的方向称为桡侧,指向尺骨侧的方向称为尺侧。 5.下肢方向 指向胫骨侧的方向称为胫侧,指向腓骨侧的方向称为腓侧。,人体测量的项目和方法,我国国家标准 GB 3975-83 人体测量术语中规定了人体测量参数的测点和测量项

3、目,其中,头部测点 16 个、测量项目 12 项；驱干和四肢部位的测点22 个、测量项目 69 项。 GB 5703-85 人体测量方法中规定了适用于成年人和青少年的人体参数测量方法。,人体测量的项目和方法,测量项目,支撑面和衣着 立姿测量时站立的地面或平台、坐姿测量时的座椅平面应当是水平、稳固、不可压缩的。要求被测者裸体或穿着尽量少的内衣(例如,只穿内裤和汗背心)进行测量。,回到上一级,人体测量的项目和方法,常用的统计特征参数有均值、方差、标准差、百分位数等。人体测量的数据常以百分位数来表示人体尺寸的等级,百分位数是一种位置指标,一个界值,以符号 PK表示。一个百分位数将总体或样本的全部测量

4、值分为两部分,有K%的测量值等于或小于此数,有(100-K)%的测量值大于此数。最常用的是第 5、50、95 三个百分位数,分别记作 P5 、P50、P95。,回到上一级,人体测量的统计特征,人 体 尺 寸,回到目录,我国成年人的人体结构尺寸 国家标准GB 10000-88中国成年人人体尺寸按照人机工程学的要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据。标准中总共给出 7 类 47 项人体尺寸基础数据。标准中用 7 幅图分别表示项目的部位,相应用 13 张表分别列出各年龄段、各常用百分位的各项人体尺寸数据。,人体主要尺寸,立姿人体尺寸,坐姿人体尺寸,坐姿人体尺寸,人体水平尺寸,人体头部尺寸,人体手部尺

5、寸,人体足部尺寸,中国六个区域人体尺寸的均值和标准差,回到上一级,我国成年人的人体功能尺寸 GB 10000-88中, 只给出了成年人人体结构尺寸的基础数据, 并没有给出成年人的人体功能尺寸。同济大学的丁玉兰教授对 GB 10000-88 标准中的人体测量基础数据进行了分析研究, 导出了几项常用的人体功能尺寸及人在作业位置上的活动空间尺度的数据。,几项人体功能尺寸数据,立姿活动空间,坐姿活动空间,单腿跪姿活动空间,仰卧姿活动空间,人体各部位的活动范围,人体各部位的活动范围,回到上一级,人体参数的计算方法 设计中所必需的人体数据, 当没有条件测量、直接测量有困难或者为了简化人体测量的过程时, 可

6、根据人体的身高、体重等基础测量数据, 利用经验公式计算出所需的其它各部分数据。,我国成年人人体尺寸的比例关系,人体各部位的尺寸,由体重、身高计算人体体积和表面积,由身高、体重、体积计算人体生物力学参数,由身高、体重、体积计算人体生物力学参数,由人的年龄计算人体生理学参数,回到上一级,回到目录,产品尺寸设计的分类 按照所使用的人体尺寸的设计界限值的不同情况,可将产品尺寸设计任务分为三种基本类型: 型产品尺寸设计 型产品尺寸设计 (型产品尺寸设计任务,又分为两类:A 型产品尺寸设计、B 型产品尺寸设计) 型产品尺寸设计,型产品尺寸设计 需要同时利用两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据之

7、设计任务,称为型产品尺寸设计,又称双限值设计。 例如,汽车驾驶座椅设计。 型产品尺寸设计 只需要利用一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值或下限值的依据之设计任务,称为型产品尺寸设计,又称单限值设计。,A 型产品尺寸设计 只需要利用一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值的依据之设计任务,称为 A 型产品尺寸设计,也称大尺寸 设计。 例如,设计公共汽车的车厢高度。 B 型产品尺寸设计 只需要利用一个人体尺寸百分位数作为尺寸下限值的依据之设计任务,称为 B 型产品尺寸设计,也称小尺寸 设计。 例如,设计工作场所的栅栏结构、网孔结 构或孔板结构等安全防护装置。, 型产品尺寸设计 只需要人体尺寸的第 50 百

8、分位尺寸数据作为产品尺寸设计的依据之设计任务,称为 型产品尺寸设计,也称 折中设计。 例如,门的把手或锁孔离地面的高度、电灯开关在房间墙壁上的安装位置离地面的高 度设计。 设计人员进行产品或工程系统设计时, 首先必须正确判断设计任务应属于哪一种类型, 然后恰当选取作为尺寸设计依据的人体 相应部位的百分位数。,回到上一级,满足度 所设计的产品或工程系统, 在尺寸上能满足的合适使用者的人数, 占特定使用者群体的百分率, 称为满足度。 满足度的取值应根据设计该产品或工程系统所依据的使用者群体的人体尺寸的变异性、生产该产品或实现该工程系统的技术可能性以及经济上的合理性等因素,综合权衡选定。在实际设计中

9、, 通常均以满足度达到 90% 作为设计目标。,回到上一级,对于型产品尺寸设计： 应将满足度取为98%，应选用第99百分位和第1百分位的人体尺寸数据作为尺寸设计上、下限值的依据。,设计界限值的选择,对于IA型产品尺寸设计： 应将满足度取为98%或95%，应选用第98百分位或第95百分位的人体尺寸数据作为尺寸设计上限值的依据。,设计界限值的选择,对于IB型产品尺寸设计： 应将满足度取为98%或95%，应选用第2百分位或第5百分位的人体尺寸数据作为尺寸设计下限值的依据。,设计界限值的选择,对于II型产品尺寸设计： 必须以第50百分位的人体尺寸数据为依据。,回到上一级,设计界限值的选择,人体尺寸测量

10、数据的修正 1.功能修正量： (1)着装修正量 (2)姿势修正量 2.心理修正量,回到上一级,产品功能尺寸的确定 最小功能尺寸:为了确保实现产品的某项功能而在设计时规定的产品最小尺寸,称为产品最小功能尺寸。 产品最小功能尺寸 = 人体尺寸百分位数 + 功能修正量 最佳功能尺寸:为了方便、舒适地实现产品的某项功能而设定的产品尺寸,称为产品最佳功能尺寸。 产品最佳功能尺寸 = 人体尺寸百分位数 + 功能修正量 + 心理修正量。,人机工程学是以追求安全、健康、舒适、高效为目标的, 只要客观上许可, 就应当按最佳功能尺寸进行设计。 以设计船舶居住区的层高为例, 若以男子身高第 90 百分位尺寸 175

11、4 mm作为设计界限值, 鞋跟高修正量取为 25 mm,高度的最小余裕量取为 90 mm,高度的心理修正量取为 115 mm,则: 最低层高=1754+(25+90)=18691900 mm 最佳层高=1754+(25+90)+115=19842000 mm,回到上一级,人体身高尺寸在设计中的应用方法 人体尺寸主要决定人机系统的操纵是否方便、舒适、宜人。因此,各种工作面高度、设备和用具的高度,（如操纵台、工作台、操纵件的安装高度以及用具的设置高度等）,都要根据人的身高来确定。,以身高为基准确定工作台面或设备的高度,工作台面或设备的高度与人体身高的比例关系,回到上一级,人体模型 以人体参数为基础

12、建立的人体模型是描述人体形态特征和力学特性的有效工具, 是研究、分析、设计、 评价、试验人机系统不可缺少的重要辅助手段。 按人体模型的用途,有设计用人体模型、工作姿势分析用人体模型、动作分析用人体模型、运动学分析用人体模型、动力学分析用人体模型、人机界面匹配评价 用人体模型、试验用人体模型等多种类别; 按人体模型的构造方法,有物理仿真模型与数学仿 真模型两类。,二维人体模板 二维人体模板是目前人机系统设计时最常用的一种物理仿真模型。其侧视图如图 2-17 所示。正视图和俯视图可参看 GB/T 14779-93坐姿人体模板功能设计要求中的图 2 和图 3 。,人体模板的结构 1.基准线 2.关节

13、 3.活动范围 4.手的姿势 5.人体模板的分段尺寸,人体模板的尺寸等级 对于安全设施, 应尽可能按极端的百分位数设计, 如选用第 1 和第 99 百分位,以适应绝大多数人的要求。对于一般设施, 所选百分位数可适当偏离极端数值, 如第 10 和第 90 百分位,这样可简化结构、降低成本。,人体模板的应用 人机系统设计时, 可借助人体模板进行辅助制图、辅助设计、辅助演示或辅助测试。,人体模板用于工作系统设计,人体模板用于轿车驾驶室设计,人体模板用于工程机械驾驶室设计,人体模板百分位的选择 必须根据设计对象的结构特点和设计参数来选用适当百分位的人体模板。 通常, 确定外部尺寸, 如手臂活动的可及范

14、围、脚踏板的位置等, 宜选用 “小” 身材的人体模板 (如第 5 百分位)；确定内部尺寸, 如腿、脚活动的占有空间、人体、头、手、脚的通过空间等, 宜选用 “大” 身材的人体模板(如第 95 百分位)。,回到上一级,人机系统匹配评价用人体模型 在人机系统的评价中，不同的人对同一个系统有着不同的评价，这是人机工程学的一个基本观点。 人体模型内嵌有人体尺寸数据库，用它构造出的人体模型在三维尺寸上符合国家标准GB 10000-88的要求。,人体模型,人体模型坐标系,人体活动部位的活动方向和角度范围,人体结构的树形表示,虚拟的人机界面,回到上一级,对人机界面评价,汽车用 H 点三维人体模型 H 点，即

15、胯点( HipPoint )，指人体身躯与大腿的铰接点。在人体模板中为髋关节。确定汽车车身或驾驶室内部人机界面几何尺寸关系时 ,常以此点作 为人体的定位基准。,（a）构件名称 （b）构件尺寸和载荷分配 1-背板；2-躯干重块悬架；3-靠背角水平仪；4-臀部角度量角器；5-座板； 6-大腿重块垫块；7-连结膝关节的T型杆；8-小腿夹角量器；9-膝部角量角器；10-大腿杆；11-横向水平仪12-H点支轴；13-H点标记钮；14-靠背角量角器；15-头部空间探测杆,汽车用 H 点三维人体模型的用途 汽车的实际 H 点是指当 H 点三维人体模型按规定的步骤安放在汽车座椅中时，人体模型上左右两 H 点标

16、记连接线的中点。 H 点三维人体模型除了用来确定汽车的实际 H 点外，还可用来检验汽车座椅设计的合理性。 H 点三维人体模型在汽车内的安放方法和步骤可参阅国际标准 ISO 6549 和我国国家标准 GB/T 11563-89。,H 点二维人体模板 汽车车身设计中也采用H点二维人体模板来确定或校核车内尺寸，H 点二维人体模板是根据H点三维人体模型制作而成的。,回到上一级,美国SAE标准中采用的H点二维人体模板,车辆碰撞仿真分析用人体模型 国外至今已研制出许多种先进的仿真模型及商品化软件, 这些仿真模型中, 都包含有三维或二维的基于多体系统动力学的人体模型（CAL3D 和 MADYMO3D ）。 我国清华大学、吉林工业大学、中国农业大学等单位也先后研制出基于多体系统动力学的二维和三维人体模型, 应用于汽车碰撞过程中乘员运动响应的仿真分析、汽车碰撞行人事故中人体运动的仿真分析等问题的