《汽车车身设计 教学课件 ppt 作者 羊拯民 第三章 人机工程学在汽车车身设计中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车车身设计 教学课件 ppt 作者 羊拯民 第三章 人机工程学在汽车车身设计中的应用（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 人机工程学在汽车车身设计中的应用,第一节 人体工程学中的一些基本知识 第二节 人体参数和人的感觉能力与一些物理量之间的关系 第三节 人机工程学在座椅设计中的应用 第四节 人机工程学在色彩设计中的应用,第一节 人体工程学中的一些基本知识,一、基本概念 二、眼椭圆本身轮廓的绘制 三、确定眼椭圆样板在车身图上的位置 四、与眼椭圆有关的名词术语与定义,一、基本概念,1.百分位数 2. H点和R点 3.眼椭圆,1.百分位数,图3-1 人的身高分布状况,2. H点和R点,H点是人体身躯与大腿的铰接点。H点人体模型是一种用来确定汽车车身的实际H点位置的人体模型。H点人体模型由背板部、座板部、小腿部及
2、足部等构成。用H点来确定人体乘坐位置是比较准确的，因为它是操作方便性及乘坐舒适性和眼椭圆在车身中定位尺寸的基准点，同时该点还影响到驾驶员的手伸及界面。因此，国内外车身设计时都广泛使用这个点。,3.眼椭圆,图3-2 眼椭圆,3.眼椭圆,图3-3 眼椭圆的意义,3.眼椭圆,图3-4 眼椭圆轮廓线的画法,二、眼椭圆本身轮廓的绘制,1.眼椭圆的中心坐标 2.眼椭圆的长短轴 3.方位角,1.眼椭圆的中心坐标,表3-1 眼椭圆中心离x、y、z轴的距离,2.眼椭圆的长短轴,(1)长轴 由于眼椭圆轴线对于侧视图的和俯视图的倾角几乎相同，因此对于一定的胯点行程值，侧视图和俯视图上的眼椭圆长轴投影相等，见表3-2
3、。 (2)短轴 侧视图和俯视图上短轴的数据由表3-3给出。,表 3-2 眼椭圆长轴的数据,表 3-3 眼椭圆短轴的数据,表 3-4 驾驶员座椅靠背角在540时眼椭圆的位置线(眼椭圆自身坐标偏移量),三、确定眼椭圆样板在车身图上的位置,1)按所确定的胯点(H点)行程，选出与其接近的眼椭圆样板。 2)通过座椅设计参考点(R点)作垂直线，此线即为垂直工作线，R点与座椅的相对位置可通过三维H点人体模型(图)反映出来。 3)在座椅参考点以上635mm垂线上作水平线，此即为座椅靠背角为25时眼椭圆的位置线x-x、z-z，如图3-6所示。 4)为确定眼椭圆在车身俯视图上的位置，应对轿车、货车或大客车分别,图
4、3-5 H点人体模型 1脚量角器 2小腿砝码 3大腿砝码 4横向水平仪 5胯部量角器 6靠背量角器 7靠背角水平仪 8躯干砝码及挂轴 9头部空间控针 10背板 11臀部砝码 12坐板 13H点驱轴,图3-6 眼椭圆定位线,图3-7 眼椭圆在车身视图上的定位,四、与眼椭圆有关的名词术语与定义,1)眼椭圆定位线(水平方向可调试座椅)，是指当座椅靠背角从5增至40过程中，眼椭圆中心在侧视方向上的连线,如图3-6所示。 2)视线是指由眼椭圆中心，或左或右眼椭圆中心，或左眼椭圆轮廓线上某切点引向目标点，或与一条平行于零y平面或与地平面成已知夹角的延长线。 3)三维坐标系，是指设计时永久保存的三个互相正交
5、的平面所组成的坐标系。 4)正常驾驶或乘坐时座椅的水平调节行程，是指两个平行平面间的距离。 5)前座椅靠背角，是指分别通过前座椅R点(设计参考)的零z平面与通过R点的驱干中心线的夹角。,四、与眼椭圆有关的名词术语与定义,6)前座椅R点至踵点的水平距离，是指分别通过前座椅R点、踵点并且平行于零x平面的两个平面间的距离。 7)前座椅R点至踵点的铅垂距离，是指分别通过前座椅R点、前座椅踵点并且平行于零z平面的两平面间的距离。 8)座椅升程是指正常驾驶或乘坐时，在座椅水平调节行程内，从前座椅R点到座椅调至最前位置的设计H点之间的垂直距离。 9)前座椅处车内肩部宽度，是指左、右内饰表面之间的最短距离。,
6、第二节 人体参数和人的感觉能力与一些物理量之间的关系,1)自然转动范围。 2)勉强转动范围。,图3-8 车身内部的物理参数,图3-9 人体样板尺寸(一),图3-10 人体样板尺寸(二),表3-5 我国人体基本尺寸 (单位：mm),图3-11 特定人体站立时的线型图,表3-6 人体各部位的质量和质心位置,表3-7 人体各部位活动关节的位置,图3-12 人体工程学操作范围 1眼点 2肩点 3人体工程学操作范围中心E 4胯点H,表3-8 50%驾驶员自EO点的最佳手操作范围,3-13.TIF,图3-14 操纵变速杆和驻车制动器的手力,表3-9 手臂在不同角度和方向上操纵力 (单位：N),表3-9 手
7、臂在不同角度和方向上操纵力 (单位：N),图3-15 踏板(相对于座椅)位置对驾驶员 施于踏板上的力的影响,图3-16 人水平方向的视野范围,图3-17 人垂直方向的视野范围,图3-18 人的色彩视野范围,图3-19 眼睛和头部的转动范围,表3-10 人对各种色彩的心理感受,第三节 人机工程学在座椅设计中的应用,1)其安装位置、尺寸与外形以方便驾驶员驾驶为准则，并满足有关标准的规定。 2)其位置与外形应能使人体有良好的坐姿与合理的体压分布，以减轻驾驶员与乘客的疲劳；同时还应保证驾驶员有良好的视野和侧向稳定感，以提高其安全性。 3)应有良好的静态与动态特性，以隔离或减弱由道路经车身传到人体的振动
8、与冲击，其固有频率与整车频率匹配良好。,第三节 人机工程学在座椅设计中的应用,4) 应有足够的强度与刚度。 5)要有美观大方的外形和与车身内饰相协调的色彩。 6)对乘员要有保护作用。 7)应有腰椎依托感，不得有臀部滑动感、腹部压迫感及背部弓形感等不适应的感觉。 8) 结构紧凑，并且有良好的结构工艺性。,一、汽车座椅的静态特性和舒适驾驶坐姿,(一)人体的最佳乘坐姿势 (二)驾驶员及乘客座椅有关几何参数的选择 1.驾驶员座椅 2.乘客座椅设计中的几何参数,(一)人体的最佳乘坐姿势,图3-20 人类脊椎图,(二)驾驶员及乘客座椅有关几何参数的选择,1.驾驶员座椅,(1)座高 座高是指座垫上表面至汽车
9、地板的距离。 (2)座深 座深是指座垫前缘到靠背表面并平行于座垫平面的尺寸。 (3)座宽 为使驾驶员或乘员能调整坐姿，设计时,在考虑车宽限制的条件下，可以使座宽适当大于臀宽，一般取450500mm。 (4)靠背宽 为了不破坏座椅的造型，一般把靠背宽设计成与座垫一样宽，但应大于臀宽，常取500mm左右，同时将靠背设计成上窄下宽的形状。 (5)座垫角度及靠背与座垫的夹角 为了保证驾驶员在驾驶时身体不向前滑动，座垫表面应设计成向后倾斜25。 (6)人体坐姿体压分布 座椅设计时应注意人的重量分布。,表3-11 不同车型驾驶员座椅的设计参数,图3-21 人体在靠背和座垫上最合理的体压分布 a)靠背 b)
10、 座垫,图3-22 可调节的驾驶员座椅,2.乘客座椅设计中的几何参数,图3-23 乘客座椅的几何参数,2.乘客座椅设计中的几何参数,表3-12 大客车乘客座椅参数的常用数据,2.乘客座椅设计中的几何参数,图3-24 系统幅频特性 a) 车身加速度平面度 b) 座椅垂直位移车 身垂直位移 c) 座椅加速度路面不平度,二、驾驶员座椅动态特性参数的选择,1.座垫的弹性元件和弹性特性 2.相对阻尼系数的选择,1.座垫的弹性元件和弹性特性,1)将座垫的设计频率避开人体对振动最敏感的48Hz区域，但如果座垫设计频率高于8Hz，将会导致弹性元件刚度过大，这样不仅达不到合理的体压分布，而且冲击频率过高，容易使
11、驾驶员疲劳。 2)为了避免与车身固有频率1.22Hz相重合，如果取低于1Hz的弹性元件，运行中振幅将增大，座垫的静挠度将超过25mm，导致布置上的困难，而且要求匹配较大的阻尼。 3)因为振动的传递与所采用的座垫材料有关，所以正确选择弹性元件的材料是非常重要的。,2.相对阻尼系数的选择,图3-25 振动的传递特性,三、驾驶员座椅在车身中的布置,1.汽车仪表板与转向盘位置的校核 2.前方盲区的校核 3.风窗玻璃刮扫面积和刮扫部位的校核 4.前风窗除霜面积的校核 5.内、外后视镜的校核 6.驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定,三、驾驶员座椅在车身中的布置,3-26.TIF,三、驾驶员座椅在车身中
12、的布置,3-27.TIF,1.汽车仪表板与转向盘位置的校核,1)绘制眼椭圆轮廓线。 2)如图3-28所示，通过前风窗下沿和转向盘顶点引一条直线a，该直线大约与99%的眼椭圆下方相切， 3)仪表板对外来光线的反射是否直接影响驾驶员的视觉。 4)仪表板上各种零件映照在风窗玻璃上的影像经风窗的反射后是否与眼椭圆区相交，以校核影像是否影响驾驶员的视觉。,图3-28 用眼椭圆校核转向盘和 仪表板的位置,2.前方盲区的校核,图3-29 前方盲区校核,3.风窗玻璃刮扫面积和刮扫部位的校核,图3-30 用眼椭圆校核风窗玻璃刮扫面积和刮扫部位 a) 侧视图 b) 俯视图,3.风窗玻璃刮扫面积和刮扫部位的校核,图
13、3-31 不同区域的清晰度要求,3.风窗玻璃刮扫面积和刮扫部位的校核,表3-13 风窗玻璃刮扫面积的要求,3.风窗玻璃刮扫面积和刮扫部位的校核,表3-13 风窗玻璃刮扫面积的要求,表3-14 视野所要求的刮扫区域,4.前风窗除霜面积的校核,表3-15 风窗玻璃的最低除霜百分比,5.内、外后视镜的校核,(1)车内后视镜的校核(图3-32) (2)车外后视镜校核 车外后视镜的设计位置不应被风窗立柱遮挡，也不应受风窗玻璃未刮净区域的遮挡。,(1)车内后视镜的校核(图3-32),1)首先在主俯视图上分别作出第95百分位的眼椭圆轮廓线。 2)在主视图上通过后视镜投影轮廓线上端点向第95百分位眼椭圆作切线
14、，该切线和直前视线夹角应在3540范围内。 3)在俯视图上通过后视镜投影轮廓线右端点向第95百分位的眼椭圆作切线，该切线和直前视线的夹角应在5055范围内。,(2)车外后视镜校核,图3-32 车内、外后视镜的校核,(2)车外后视镜校核,图3-33 车外后视镜的后视区域,6.驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定,图3-34 手伸及界面的形状,6.驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定,图3-35 汽车驾驶员的手伸及界面,6.驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定,图3-36 与手伸及界面有关的驾驶室内尺寸,1)测量驾驶室的以下几项尺寸Wx、Wz、Hz、D、(图3-36)。 2)计算综合因子G值
15、： 3)计算手伸及界面的基准面HR纵向离踵点的距离d，如图3-35所示，即 4)建立三个正交平面组成的坐标系：基准面HR、驾驶员座椅对称平面以及通过最后H点的水平面，如图3-35所示。 5)测量车辆上欲检验的操作钮件在上述坐标系中的坐标值。 6)根据2)中算出的G值及已确定的男女驾驶员比例，从ISO3958标准所制定的表中找到相应的表格。,利用该标准检验驾驶员手伸及界面的步骤：,7)将上述5)中测得的手操作钮件离基准面HR的水平距离(测量值)与表格中的给定值(极限值)相比较，若前者小于后者便认为该手操作钮件合理，即可伸及；否则认为不合理，应重新考虑其布置位置。 7.座椅的乘员安全带 8.汽车座
16、椅的试验与评价,7.座椅的乘员安全带,图3-37 座椅安全带的种类,8.汽车座椅的试验与评价,汽车座椅设计的优劣，是否满足汽车使用要求，可从座椅的静、动态特性，调节范围，结构强度等方面来检验其座椅的体压分布。,第四节 人机工程学在色彩设计中的应用,1)不同国家、不同地区的人们对色彩的爱好是不同的。 2)不同宗教信念会影响色彩设计。 3)不同的自然地理条件会影响色彩的设计。 4)车身的色彩设计要高度注意其交通安全。 5)汽车色彩设计应考虑对都市环境协调和自然环境恶化所产生的影响。,一、色彩的基本知识,1.光与色彩 2.三原色 3.相加混色原理 4.相减混色原理 5.中性混色 6.色彩的三要素,1.光与色彩,色彩来源于光。光是人们感知色彩存在的必要条件，即光源发出的光线照射到物体上，其中一部分被吸收而另一部分被反射到人眼内。 光的本质是一种电磁波形式的能量发射。电磁波的波长范围很广，但人眼可见到的光只是其波长极小的一部分。当白色光通过棱镜时，由于不同波长的折射系数不同，就形成了红、橙、
