汽车人机工程第2章_人体基本特性.

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1、21世纪全国高等院校汽车类创新型应用人才 培养规划教材汽车人机工程学配套课件 课件制作：任金东 2010年9月 第二章 人体基本特性 目录 2.1 人体尺寸 2.2 人体生物力学特点 2.3 人体作业特点 2.4 人的感知特性 2.5 人的功能和心理特性 2.1 人体尺寸 2.1.1人体静态尺寸及其测量 人体尺寸决定了人体占据的几何空间和活动范围 ，是人机系统或产品设计的基本资料 人体尺寸主要包括人体静态尺寸和人体动态尺寸 ，它们均通过人体测量来获取数据 人体的静态尺寸是结构尺寸 人体的动态尺寸是功能尺寸，包括操作者在工作姿势 或某种操作活动状态下测量的尺寸 2.1.1人体静态尺寸及其测量 许

2、多国家都建立了适合不同要求的人体静态尺寸 数据库，GB10000-1988定义了我国成年人体尺寸 数据 为保证产品适合使用者要求，必须以群体人体尺 寸统计数据作为设计 依据 群体数据统计特征包括：均值、标准差、百分位 数等，通过从群体中抽取一定数量的个体作样本 进行测量和统计分析获得 2.1.1人体静态尺寸及其测量 我国GB3975人体测量术语标准中列出了人体 测量参数的测点和测量项目 头部测点有16个，测量项目有12项 躯干和四肢部位的测点有22个，测量项目有69项 GB5703人体测量方法标准中规定了适用于成 年人和青少年的人体参数测量方法 2.1.2人体测量数据的统计特性 1. 人体测量

3、数据的分布特点 对于单一性别群体，大多数人体一维的测量数据 近似符合正态分布 2.1.2人体测量数据的统计特性 1. 人体测量数据的分布特点 有时需要研究多于一个变量时它们的联合分布特 点。如果这些指标各自服从正态分布，则其联合 分布符合多维正态分布 2.1.2人体测量数据的统计特性 2. 人体测量数据的统计描述 设人体包含n个尺寸，对于某个体，其尺寸可用矢 量X来表示，则X的概率密度为： 其中，和B分别为X的均值矢量和协方差矩阵 2.1.2人体测量数据的统计特性 3. 百分位 百分位是人体测量学中的一个术语，用以表示人 体某项尺寸数据的等级 以第P百分位人体尺寸为例，表示人群中有P%的 个体

4、该尺寸小于此值，有（1-P）%的个体该尺寸 大于此值 2.1.2人体测量数据的统计特性 3. 百分位 对于单一性别群体，大多数人体一维尺寸近似符 合正态分布，若已知尺寸x的均值和标准差，则 该尺寸p百分位的值可根据下式计算： 式中， K需要查标准正态分布表得到 百分位510509095 K-1.645-1.28201.2821.645 2.1.3我国成年人人体静态尺寸 国家标准GB10000-1988中国成年人人体尺寸 按照人机工程学的要求提供了我国法定成年人人 体静态尺寸的基础数据 标准中总共给出7类47项人体尺寸基础数据，适 用于工业产品、建筑设计、军事工业和劳动安全 保护等方面 2.1.

5、3我国成年人人体静态尺寸 1. 人体主要尺寸 包括身高、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长 2.1.3我国成年人人体静态尺寸 2. 立姿人体尺寸 包括眼高、肩高、手功能高、会阴高、胫骨点高 2.1.3我国成年人人体静态尺寸 3. 坐姿人体尺寸 包括坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大 腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长 2.1.3我国成年人人体静态尺寸 4. 人体水平尺寸 包括胸宽、胸厚、肩宽、最大肩宽、臀宽、坐姿臀宽、坐姿两肘间宽 、胸围、腰围、臀围 2.1.3我国成年人人体静态尺寸 5. 人体头部尺寸 包括头全高、头矢状弧、头冠状弧、头最大宽、头最大长、头

6、围 、 形态面长 2.1.3我国成年人人体静态尺寸 6. 人体手部、足部尺寸 包括手长、手宽、食指长、食指近位指关节宽 、食指远位指关节宽 。人体足部尺寸包括足长和足宽 2.1.4其它国家人体静态尺寸 许多国家根据不同的需要测量并建立了人体尺寸 数据库 美国，1988，ANSUR（the U.S. Army Anthropometric Survey）人体数据库 美国，1960至今，NHANES（the National Health and Nutrition Examination Survey）数据库 美国，19801983，机动车乘员人体尺寸数据库AMVO 美国，SAE J833人体统

7、计数据 2.1.5人体静态尺寸的差异 1. 地区和民族性差异 不同国家和地区，不同的民族，由于发展历史、 地理环境、气候条件、社会生活、经济状况等因 素的不同，人体尺寸、体型、各部分肢体尺寸的 比例等存在差异 美国日本法国意大利非洲 男子女子男子女子男子女子男子女子男子女子 身高均值1755161816511544169015901680156016801570 身高标准差72625250614566717745 2.1.5人体静态尺寸的差异 2. 不同年代同龄人的差异 随着人类社会的不断发展、生活和健康水平的提 高，人类的体质也在发生变化 人体尺寸的增加，开始会随着地区生活水平提高 持续增长

8、，但到达一定程度后，其速度将会变缓 ，并逐渐趋于稳定 2.1.6人体静态尺寸的相关性 体态正常的成年人人体各部分静态尺寸之间存在 近似的线性关系 对于不同的国家、民族、种族，人体各部分尺寸 之间的这种比例关系一般是不同的 2.1.6人体静态尺寸的相关性 成年人人体各部分静态尺寸之间关系 2.1.7人体动态尺寸 1.人体肢体活动范围 2.1.7人体动态尺寸 1. 人体肢体活动范围 2.1.7人体动态尺寸 2. 肢体伸及能力 肢体伸及能力通常用伸及界面描述，它指的是人 体乘坐或站立状态，由于要执行某些操作或出于 安全等原因身体某些部位被约束住，此时人的末 端肢体活动的最大限度 2.1.7人体动态尺

9、寸 2. 肢体伸及能力 肢体伸及界面 2.1.7人体动态尺寸 2. 肢体伸及能力 仪器设备、控制件应处于操作人员的伸及界面 内 由于伸及能力还受到人体疲劳状态和所需操作力 的影响，需要一定操作力和灵活性的操作要处于 伸及界面内，尤其是需要反复操作的劳动 2.2 人体生物力学特点 2.2.1人体运动系统 1. 人体运动系统组成 人体运动系统由骨、骨连结和骨骼肌组成，约占 人体总质量的58% 2.2.1人体运动系统 1. 人体运动系统组成 人体骨骼共有206块，其中只有177块直接参与人 体运动 人体骨骼可分为两大部分：中轴骨和四肢骨 按所在部位可分为头骨、躯干骨和四肢骨三部分 根据骨的形态，一般

10、分为长骨、扁骨、短骨和不规则 骨等四种 骨骼构成了人体的支架，并赋予人体的基本形态，起着 保护大脑或内脏器官、支持身体和运动的作用 2.2.1人体运动系统 1. 人体运动系统组成 人体骨骼 2.2.1人体运动系统 1. 人体运动系统组成 关节 骨与骨之间由纤维结缔组织 、软骨或骨相连，形成骨 连结。骨连结分为直接连接和间接连接。骨与骨的间 接连接是能够活动的骨连结，称为关节 典型关节的基本结构包括关节面及其上的关节软骨、 关节囊和关节腔三部分 2.2.1人体运动系统 1. 人体运动系统组成 关节 关节可按其关节面的形态和运动方式分为三类： 单轴 关节：只能绕一个轴作运动，如膝关节； 双轴关节：

11、主要绕关节中心摆动 （角度运动或环转 运动），如腕 关节、踝关节； 多轴关节：除了绕关节中心做摆动 之外，还能绕过 关节中心并穿 过肢体的某个轴做转动 （旋转运动），如肩关节、髋关节 2.2.1人体运动系统 1. 人体运动系统组成 骨骼肌 骨骼肌大都跨越关节附着在骨骼上，通过腱与骨骼相 连 其活动受神经系统支配，能随人的意志运动，但用力 不能持久 骨骼肌的形状一般有长肌、短肌、阔肌和轮匝肌四种 ，表面为肌膜包裹，里面由许多排列成的肌纤维构成 ，并有许多神经和血管 肌肉的基本机能是将生物化学能转变为 机械能或动能 ，靠肌肉的收缩来实现，在神经系统的调节、控制下 进行 2.2.1人体运动系统 1.

12、 人体运动系统组成 骨骼肌 2.2.1人体运动系统 1. 人体运动系统组成 在运动过程中，骨骼起着杠杆的作用，关节是运 动的枢纽，骨骼肌则是运动的动力器官，而运 动的支配器官是中枢神经系统 2.2.1人体运动系统 2. 关节运动形式 滑动运动 相对关节面的一种简单运动 角度运动 邻近两骨远离或靠拢，产生角度增大或减小的运动 旋转运动 骨环绕其本身的垂直轴进行运动称为旋转 环转运动 骨的上端在原位转动，下端则作圆周运动，全骨活动 描绘一个圆锥体的图形，这样的运动称为环转 运动 2.2.1人体运动系统 3. 肌肉工作特点 肌肉运动的基本特征是收缩与伸张，是由神经系 统支配而产生的 若中枢神经系统持

13、续兴奋 ，可使肌肉保持着持 续性的收缩状态，可使身体维持一定的姿势 在正常条件下，人体运动时肌肉总是以肌肉群的 形式参与运动 2.2.1人体运动系统 3. 肌肉工作特点 等长收缩和等张收缩 肌肉的收缩和舒张是由神经系统支配的，都是肌纤维 受到刺激后产生的机械性反应，这种机械性反应有两 种：肌纤维的长度缩短，或者肌纤维张 力增加 肌肉的张力主要取决于力学条件，并随负荷增加而增大 2.2.1人体运动系统 3. 肌肉工作特点 等长收缩和等张收缩 在没有负荷而自由缩短的情况下，肌肉张力保持不变 ，称为等张张收缩缩 当肌肉两端固定或负有不可克服的负荷状态下，肌肉 的长度不能缩短，而只能产生张力，这种长度

14、不变而 张力增加的收缩称为等长长收缩缩 人体正常活动时不会单纯产 生等张和等长收缩，而是 两者皆有 2.2.1人体运动系统 3. 肌肉工作特点 肌肉的速度张力特性 肌肉在后负荷存在条件下收 缩时，一开始由于负荷的 阻碍不能缩短，而只表现 为张力增加；当张力增加 到与负荷相等时，负荷不 能够再阻止肌肉缩短，于 是肌肉开始以一定速度收缩 ，而后张力不再增加，直至 收缩完毕，肌肉舒张，负 荷回到原来位置，张力也下 降到原来水平 2.2.1人体运动系统 3. 肌肉工作特点 肌肉的速度张力特性 有后负荷存在时，肌肉总是先产生张力，后出现缩短 。后负荷越大，张力越大，而肌肉缩短开始时间越晚 ，缩短的初速度

15、和收缩的程度也越小 2.2.2肢体质量、惯量和质心 肢体质量、惯量和质心位置数据与肢体质量分布 情况有关，通常以回归方程形式给出： 式中，Y为肢体质量（kg）、质心位置（mm）、 或者转动惯 量（kgcm2）；W为体重，kg；S为身 高，mm 2.2.3人体的出力 人体运动和出力主要靠骨骼肌收缩实现 。肌肉收 缩时产 生的力称为肌力 肌力大小取决于单个肌纤维的收缩力、肌肉中肌 纤维的数量和肌纤维的横截面积，同时还与肌肉 收缩前的初长度、中枢神经系统的机能状态、肌 肉对骨发生作用的机械条件等因素有关 2.2.3人体的出力 在劳动中，操作者施加在操纵装置上用以改变机 器、设备状态的作用力称为操纵力

16、 人体所能发挥出来的操纵力大小不仅取决于人体本身 出力的能力，还取决于操作姿势、施力方向和部位、持 续时间 等因素 操纵力与持续时间 有关，并会随时间很快地衰减 设计操纵装置时，操纵力的选择需要综合考虑人 体出力能力和具体的作业特点，只有在这些综合 条件下的人体出力的能力才是操纵力设计的依据 2.2.3人体的出力 1. 坐姿时手臂操纵力 一般右手臂力量大于左手臂；当手臂处于内、外 下方时，推力、拉力均较小，但向上、向下力量 较大；拉力略大于推力；向下的力略大于向上的 力；向内的力大于向外的力 2.2.3人体的出力 1. 坐姿时手臂操纵力 2.2.3人体的出力 2. 坐姿时足蹬力 足蹬力的大小与下肢位 置、姿势和方向有关 脚所产生的