汽车人机工程学任金东课件

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《《汽车人机工程学汽车人机工程学》》配套课件课件制作：任金东2010年9月第一章第一章 绪论绪论1汽车人机工程学任金东目录1.1  人机工程学科的命名和定义1.2  人机工程学科的研究范畴1.3  人机工程学科发展展望1.4  人机工程学的研究手段2汽车人机工程学任金东1.1 人机工程学科的命名和定义人机工程学科的命名和定义3汽车人机工程学任金东1.1.1 学科命名学科命名•美国–人类因素学（Human Factors Engineering）–人类工程学（Human Engineering）–工程心理学（Engineering Psychology）•欧洲：称为Ergonomics•我国–人体工程学–人类工效学–人—机—环境系统工程•本书采用“人机工程学”作为学科名称4汽车人机工程学任金东1.1.2 学科定义学科定义•人机工程学是研究人在工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素，研究系统中各组成部分的相互作用，研究在工作、生活和休假时如何统一考虑工作效率、健康、安全和舒适等问题的学科国际人机工程学会International Ergonomics Association5汽车人机工程学任金东1.2 人机工程学科的研究范畴人机工程学科的研究范畴6汽车人机工程学任金东1.2.1 人机工程学的学科支柱人机工程学的学科支柱1. 人类科学（人类科学（Human Science））2. 工程科学（工程科学（Engineering Science））3. 社会科学（社会科学（Economic and Social Science））7汽车人机工程学任金东1.2.2 微观和宏观人机工程学微观和宏观人机工程学1. 微观人机工程学微观人机工程学•微观人机工程学主要研究工具和工作区设计规则•在不断发展过程中，又形成传统人机工程学和系统人机工程学两个分支8汽车人机工程学任金东1.2.2 微观和宏观人机工程学微观和宏观人机工程学1. 微观人机工程学微观人机工程学1）微观人机工程学的分支（1）传统人机工程学（2）系统人机工程学9汽车人机工程学任金东1.2.2 微观和宏观人机工程学微观和宏观人机工程学1. 微观人机工程学微观人机工程学2）微观人机工程学的研究内容•人体因素的研究•人机系统的总体设计研究•工作场所和信息传递装置设计研究•作业改善的研究•环境控制与安全保护10汽车人机工程学任金东1.2.2 微观和宏观人机工程学微观和宏观人机工程学1. 微观人机工程学微观人机工程学3）微观人机工程学的应用•两个主要应用领域：产品设计和生产–产品设计中的人机工程学，研究如何使产品适合使用者的需要。

特点是通常产品使用者的情况不太清楚–生产中的人机工程学，主要致力于使生产中的工作环境和作业适合人的操作要求，降低工作者的劳动强度，优化操作效率人（操作者）的特性是已知的11汽车人机工程学任金东1.2.2 微观和宏观人机工程学微观和宏观人机工程学1. 微观人机工程学微观人机工程学3）微观人机工程学的应用•微观人机工程学主要应用于以下领域：1.产品与环境设计2.生产、维修和维护等作业设计3.工业与公共安全12汽车人机工程学任金东1.2.2 微观和宏观人机工程学微观和宏观人机工程学2. 宏观人机工程学宏观人机工程学•宏观人机工程学科主要研究工作系统的结构和组织、工作分工、管理策略等，及其与微观人机工程系统之间的关系和影响等，以提升人们工作与生活的质量•研究内容大致分为组织结构研究和工作过程组织两大类•从系统结构考虑相互关联的四个子系统：人员、技术、组织结构和外部环境13汽车人机工程学任金东1.2.2 微观和宏观人机工程学微观和宏观人机工程学2. 宏观人机工程学宏观人机工程学•研究的目标：使工作系统从微观和宏观上都达到和谐，以提高生产率和工作满意度，增进人员的绩效，减少能力的浪费与疲劳，保证人员健康、安全，减少不必要的训练和降低训练成本，减少对特殊技巧和能力的依赖，促进人力资源的合理使用，减少人为错误所引发的事故，降低时间和设备的损失，激发员工的责任和义务意识14汽车人机工程学任金东1.3 人机工程学科发展展望人机工程学科发展展望15汽车人机工程学任金东近期发展展望1.人体测量学和人体生物力学–3D/4D人体测量与数据库、人体生物力学资料、数字人体建模和仿真等2.工作生理、心理和安全–工作生理能力与负荷的测量与标准、工作生理能力资料库、生理周期与工作设计、工作负荷、公共安全设计、个人防护设计、人员可靠性、心理工作负荷与绩效、系统紧急操作程序等3.产品与环境设计–设计方法学，机器、工具、消费产品、环境等的设计标准，身心障碍者的辅助产品设计，无障碍环境设计标准，创新和全方位设计，全球和地区性文化设计，感性工程，文化符号研究等4.人类信息处理与决策–人机界面、多媒体和虚拟现实、显示和操纵装置创新设计、自动化系统设计、产品人机接口、故障诊断、人工智能、人类决策行为和决策支持系统、色彩与视觉传达等5.组织管理–包括人力资源规划，轮班制度，现场改善，参与式人机工程，6σ等16汽车人机工程学任金东1.4 人机工程学的研究手段人机工程学的研究手段17汽车人机工程学任金东1.4.1 人机工程学研究方法人机工程学研究方法•实验性研究–人为控制某些因素，通过实验的方法获得这些因素的影响规律–通过实验性研究方法对于发现基本规律和原理非常有用，但很多情况下的研究都是在真实世界中进行的，并且实际情况中的任务更能够发现复杂的、实际的规律•描述性研究–实际情况下从事研究时，往往不能够象实验性研究那样对因素变量进行控制，只能直接测量一些因素并进行分析–观测法、调查问卷法、故障分析法等都属于描述性研究18汽车人机工程学任金东1.4.2 人机工程学研究工具人机工程学研究工具•硬件工具：主要是对人体生理和心理，乃至机器和环境参数进行测量的器材和设备•软件工具：包括人体仿真和人机交互软件，动作、行为观测与认知分析软件等•量表工具：用于在描述类研究中对难以量化的因素进行度量与分析•综合工具：是将硬件、软件、量表工具综合应用，对复杂人—机—环境系统进行评价的人机系统19汽车人机工程学任金东本章结束20汽车人机工程学任金东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21汽车人机工程学任金东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22汽车人机工程学任金东2.1 人体尺寸人体尺寸23汽车人机工程学任金东2.1.1人体静态尺寸及其测量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24汽车人机工程学任金东2.1.1人体静态尺寸及其测量人体静态尺寸及其测量•许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25汽车人机工程学任金东2.1.1人体静态尺寸及其测量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26汽车人机工程学任金东2.1.2人体测量数据的统计特性人体测量数据的统计特性1. 人体测量数据的分布特点•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27汽车人机工程学任金东2.1.2人体测量数据的统计特性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28汽车人机工程学任金东2.1.2人体测量数据的统计特性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，μ和B分别为X的均值矢量和协方差矩阵29汽车人机工程学任金东2.1.2人体测量数据的统计特性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%的个体该尺寸小于此值，有（1-P）%的个体该尺寸大于此值30汽车人机工程学任金东2.1.2人体测量数据的统计特性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μ和标准差σ，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510509095K-1.645-1.28201.2821.64531汽车人机工程学任金东2.1.3我国成年人人体静态尺寸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32汽车人机工程学任金东2.1.3我国成年人人体静态尺寸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33汽车人机工程学任金东2.1.3我国成年人人体静态尺寸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34汽车人机工程学任金东2.1.3我国成年人人体静态尺寸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35汽车人机工程学任金东2.1.3我国成年人人体静态尺寸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36汽车人机工程学任金东2.1.3我国成年人人体静态尺寸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、头围、形态面长37汽车人机工程学任金东2.1.3我国成年人人体静态尺寸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38汽车人机工程学任金东2.1.4其它国家人体静态尺寸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，1980~1983，机动车乘员人体尺寸数据库AMVO–美国，SAE J833人体统计数据–……39汽车人机工程学任金东2.1.5人体静态尺寸的差异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7262525061456671774540汽车人机工程学任金东2.1.5人体静态尺寸的差异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，但到达一定程度后，其速度将会变缓，并逐渐趋于稳定41汽车人机工程学任金东2.1.6人体静态尺寸的相关性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42汽车人机工程学任金东2.1.6人体静态尺寸的相关性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43汽车人机工程学任金东2.1.7人体动态尺寸人体动态尺寸1.人体肢体活动范围44汽车人机工程学任金东2.1.7人体动态尺寸人体动态尺寸1.人体肢体活动范围45汽车人机工程学任金东2.1.7人体动态尺寸人体动态尺寸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46汽车人机工程学任金东2.1.7人体动态尺寸人体动态尺寸2. 肢体伸及能力•肢体伸及界面47汽车人机工程学任金东2.1.7人体动态尺寸人体动态尺寸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48汽车人机工程学任金东2.2 人体生物力学特点人体生物力学特点49汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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%50汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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51汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统1.人体运动系统组成•人体骨骼52汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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53汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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：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54汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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55汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统1.人体运动系统组成•骨骼肌56汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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57汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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58汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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59汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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60汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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，称为等张收缩等张收缩–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，这种长度不变而张力增加的收缩称为等长收缩等长收缩–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61汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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62汽车人机工程学任金东2.2.1人体运动系统人体运动系统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，缩短的初速度和收缩的程度也越小63汽车人机工程学任金东2.2.2肢体质量、惯量和质心肢体质量、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（kg•cm2）；W为体重，kg；S为身高，mm64汽车人机工程学任金东2.2.3人体的出力人体的出力•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65汽车人机工程学任金东2.2.3人体的出力人体的出力•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–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66汽车人机工程学任金东2.2.3人体的出力人体的出力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67汽车人机工程学任金东2.2.3人体的出力人体的出力1. 坐姿时手臂操纵力68汽车人机工程学任金东2.2.3人体的出力人体的出力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•脚所产生的操纵力都是压力的形式69汽车人机工程学任金东2.2.3人体的出力人体的出力2. 坐姿时足蹬力•下肢适当伸直时产生的力大于弯曲时产生的力•膝关节角度在150°~165°时，腿的出力最大。

坐姿有靠背支撑时，借助靠背的支撑，右腿最大蹬力可达2568N•脚操纵力还与脚偏离人体中心对称面的程度有关，脚处于正中位置时足蹬力最大•一般情况下，如果用脚操纵有利，就应避免用手操纵，这样可用手去作其它工作力70汽车人机工程学任金东2.3 人体作业特点人体作业特点71汽车人机工程学任金东2.3.1作业姿势作业姿势•工作时正确的姿势可以减少疲劳，有利于身体健康，提高工作质量和生产效率•在设计作业空间和各种人机系统时，必须使操作者具有合适的作业姿势72汽车人机工程学任金东2.3.1作业姿势作业姿势1. 作业姿势的分类和特点•作业姿势一般可分为立姿、坐姿、卧姿和坐、立交替姿四种•最多的是坐姿作业，其次是立姿，再次是坐、立交替姿；卧姿最少，一般只在作业空间狭小时才采用73汽车人机工程学任金东2.3.1作业姿势作业姿势1. 作业姿势的分类和特点•作业姿势具有以下特征：–作业的制约性：人们在作业中所取的姿势是由各种作业要求所决定和制约的–姿势变化的适应性：作业姿势一方面由作业本身决定，另一方面还要便于姿势的更换74汽车人机工程学任金东2.3.1作业姿势作业姿势2. 立姿作业•采用立姿作业的情况主要有：–需要经常改变体位的作业，因为站姿身体挪动方便，且比频繁的起坐消耗能量少–常用的操纵装置分布区域较大，需要手、足有较大幅度活动时–需要用力较大的作业，立姿时易于用力75汽车人机工程学任金东2.3.1作业姿势作业姿势2. 立姿作业•立姿作业应该注意的事项：–避免静止不动的立姿（特别是妇女），应使之有经常改变体位的可能–避免长期或反复弯腰，尤其是弯度超过15°的情况–站立时应力求避免不自然的体位，以免肌肉产生不必要的静力疲劳•立姿作业不适合进行精确而细致的工作；肌肉要作更多的功以支持体重，故易引起疲劳；且下肢负担较重，长期站立易引起下肢静脉曲张76汽车人机工程学任金东2.3.1作业姿势作业姿势3. 坐姿作业•优点：–坐姿比立姿更有利于血液循环–坐姿时主要以臀部支撑全身，有利于发挥脚的作用–坐姿有利于保持身体稳定，对于精细作业尤为重要。

•缺点：–不易改变体位–用力受限制–工作范围受制约–久坐和长期坐姿作业容易导致脊柱弯曲、腹肌松弛、大腿血液回流受影响等77汽车人机工程学任金东2.3.1作业姿势作业姿势3. 坐姿作业•随着作业自动化程度的提高，越来越多的作业会采用坐姿，坐姿将是操作人员未来作业的主要作业姿势•下列作业宜采用坐姿：–持续时间较长的静态工作–精密度较高而又要求细致的作业–手、足并用的作业78汽车人机工程学任金东2.3.1作业姿势作业姿势3. 坐姿作业•采用坐姿作业时，应该注意以下问题：–避免弯腰并伴有躯干扭曲或半坐姿的情况–避免经常或反复一侧的上、下肢承担体重–避免长时间两手前伸79汽车人机工程学任金东2.3.2操作灵活性操作灵活性1. 影响动作灵活性的因素•人体动作的灵活性包括操作时的动作速度和动作频率，主要与人体的肢体长度、质量、惯量等生物力学特性有关80汽车人机工程学任金东2.3.2操作灵活性操作灵活性2. 动作速度•动作速度是肢体单位时间内移动的距离，在很大程度上取决于肌肉收缩速度，并与动作方向、动作轨迹和运动阻力有关81汽车人机工程学任金东2.3.2操作灵活性操作灵活性2. 动作速度•选择动作方向和轨迹时，要考虑下述情况：–水平操纵动作比垂直操纵动作的速度快–一直向前的动作速度比旋转时动作速度快1.5~2倍左右–操纵动作的圆形轨迹比直线轨迹灵活–顺时针动作比逆时针动作方便–手朝向身体的动作比离开身体的动作灵活而准确–手向前后的往复动作比向左右的往复动作速度快–最大动作速度与被移动的负载重量成反比，而达到最大速度所需时间与负载重量成正比–两手的灵活性也不相同，一般右手比左手强10%82汽车人机工程学任金东2.3.2操作灵活性操作灵活性3. 动作频率•操作者的动作频率是指在一定时间内动作所重复的次数，其大小与操纵方式，机构形状、种类、尺寸，以及人体操作部位有关83汽车人机工程学任金东2.4 人的感知特性人的感知特性84汽车人机工程学任金东2.4.1人对信息的感受和处理人对信息的感受和处理•人的感知系统由感觉器官、传入神经、大脑皮层组成•人通过感觉器官感知外部信息，经过传入神经传递给大脑皮层，从而形成对外界事物和刺激的感知85汽车人机工程学任金东2.4.1人对信息的感受和处理人对信息的感受和处理1. 感觉和知觉1）感觉和知觉的概念•感觉感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的个别属性的反映•感觉过程：客观事物直接作用于人的感觉器官产生神经冲动，经过传入神经传递到神经中枢，引起感觉•人体通过感觉过程不仅会感受到来自外部和体内的直接刺激，还对人体本身的活动状况进行感知86汽车人机工程学任金东2.4.1人对信息的感受和处理人对信息的感受和处理1. 感觉和知觉1）感觉和知觉的概念•知觉知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映•知觉是在感觉基础上形成的。

感觉到的事物的个别属性越丰富、越精确，对事物的知觉就越完整、越正确知觉不仅是感觉的简单相加，而是具有新的品质，表现为对事物的整体认知•知觉是一个主动的反映过程，比感觉更加依赖于人的主观态度和过去的知识经验87汽车人机工程学任金东2.4.1人对信息的感受和处理人对信息的感受和处理1. 感觉和知觉2）感觉的基本特性（1）适宜刺激：人体的各种感觉器官都具有各自敏感的刺激形式，称为适宜刺激（2）感觉阈值：适宜的感觉刺激强度处于一定的范围内，此范围称为感觉阈值（3）适应性：感觉器官被持续刺激一段时间后，在刺激不变的情况下，感觉的敏感性会逐渐降低，感觉将逐渐减小以至消失，这种现象称为适应性88汽车人机工程学任金东2.4.1人对信息的感受和处理人对信息的感受和处理1. 感觉和知觉2）感觉的基本特性（4）感觉的相互作用：在一定条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将受到其它刺激的影响而降低，使感受效果发生变化的现象称为感觉的相互作用（5）对比：同一感觉器官接受两种完全不同、但属同一类的刺激物的作用，而使感受效果发生变化的现象称为对比（6）余觉：刺激消失以后，感觉继续存在一段时间的现象89汽车人机工程学任金东2.4.1人对信息的感受和处理人对信息的感受和处理1. 感觉和知觉3）知觉的基本特性（1）整体性：知觉时，把由许多部分或多种属性组成的对象看作具有一定结构的统一整体，该特性称为知觉的整体性（2）选择性：知觉时，把某些对象从某背景中优先区分出来予以清晰反映的特性，称为知觉的选择性（3）理解性：知觉时，用以往所获得的知识经验来理解当前的知觉对象的特征，称为知觉的理解性。

在知觉一个事物时，同这个事物有关的知识经验越丰富，对该事物的知觉就越丰富、越深刻90汽车人机工程学任金东2.4.1人对信息的感受和处理人对信息的感受和处理1. 感觉和知觉3）知觉的基本特性（4）恒常性：当知觉的条件在一定范围内发生变化时，人的知觉映像仍能保持相对不变的特性，称为知觉的恒常性，它是经验在知觉中起作用的结果（5）错觉：是对外界事物不正确的知觉，是知觉恒常性的颠倒91汽车人机工程学任金东2.4.1人对信息的感受和处理人对信息的感受和处理2. 人的信息处理过程•人的信息处理过程包括信息接受、信息处理、信息传递与执行三部分–信息接受是通过感觉器官从外部接受信息–信息处理是对接受到的信息进行各种分析和处理–信息传递与执行是把处理了的信息传达到运动中枢，形成控制运动器官的命令，进而下达到运动器官，执行所下达的命令92汽车人机工程学任金东2.4.1人对信息的感受和处理人对信息的感受和处理2. 人的信息处理过程93汽车人机工程学任金东2.4.1人对信息的感受和处理人对信息的感受和处理3. 信息的接受•人机系统中，人需要从外界接受各种形式的信息•由视觉器官获得的信息量最大，占80%以上；其余大部分是听觉信息。

除特殊作业外，人的信息大部分都是通过这两种感觉来获取•其它感觉往往是同视觉或听觉信息相结合，对感受到的信息作出迅速、正确地判断起辅助作用94汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性1. 视觉的形成1）视觉器官的结构和功能•视觉器官中，同视觉有关的部分是位于眼球中线上的折光系统和眼后部的视网膜•折光系统主要包括角膜、房水、晶状体和玻璃体，其功能是外界将物体成像在视网膜上95汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性1. 视觉的形成2）视觉的形成•视觉视觉是指眼睛在光线的作用下，对物体的明暗、形状、颜色、运动和远近深浅等的综合感觉•视觉过程–来自物体表面的光进入眼睛后，经过折光系统在视网膜上形成物像；物像部位的感受细胞吸收光能而发生化学反应，产生一系列的电脉冲信息；这些信息经视神经纤维传送到大脑的视觉中枢进行处理后，形成视觉96汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性1）视角、视距和视敏度•视角是瞳孔中心到被观察对象两端所张开的角度•视距是指眼睛至被观察对象的距离97汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性1）视角、视距和视敏度•视角与视距和被观察对象两端点的直线距离有关式中：α为视角（'），D为被观察对象两端点的直线距离，L为视距98汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性1）视角、视距和视敏度•临界视角：眼睛能分辨被观察对象最近两点的视角•视敏度：临界视角的倒数•视力：在规定的照度下，取视距L为5000mm，并采用标准“缺口圆环视标”对人眼视敏度进行测试，测得的视敏度99汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性1）视角、视距和视敏度•人在观察各种显示仪表时，视距过远或过近，对认读速度和准确性都不利•应根据被观察对象的大小和形状在380~760mm之间选择最佳视距100汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性2）颜色视觉•人眼对波长相同的单一光波产生颜色视觉，能感受的可见光波长范围是380~780nm。

在可见光范围内，人眼大约能够辨别出150多种颜色，但主要是红、橙、黄、绿、蓝、紫•视网膜上有三种视锥细胞，分别感受红、绿、蓝三种基本颜色当三种细胞承受不同强度的光刺激时，就会引起各种颜色感觉101汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性3）一般视野与色觉视野•视野是指人眼观看正前方物体时所能看见的空间范围根据眼睛的状态可分为静视野、注视野和动视野–静视野：是在头部固定、眼球静止不动的状态下自然可见的范围–注视野：是头部固定而转动眼球注视某点时所见的范围–动视野：是头部固定而自由转动眼球时的可见范围–人机工程学中，通常以人眼的静视野为依据设计有关部件，以减轻人眼的疲劳102汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性3）一般视野与色觉视野•人眼的静视野103汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性3）一般视野与色觉视野•最优视区：当被观察物体映像落入视网膜黄斑中央时，眼球观察方向为视线方向在偏离视线方向1.5°左右范围内，物体映像基本会落入黄斑，观察效果最清晰，此区域称为最优视区104汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性3）一般视野与色觉视野•良好视区：当偏离视线方向15°时，被观察物体仍能够比较清晰地被观察到，此范围被称为良好视区•有效视区：当向上偏离视线方向25°，向下偏离35°，向左右方向各偏离35°时，在此空间范围内的物体仍能够准确地观察，此区域被称为有效视区105汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性3）一般视野与色觉视野•不同颜色对人眼的刺激有所不同，所以视野也不同。

白色视野最大，其次为黄、蓝色，绿色视野最小•色觉视野的大小还同被看物体的颜色与其背景色的对比情况有关106汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性3）一般视野与色觉视野•人的色觉视野107汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性4）双目视觉与立体视觉•人的两眼视野有很大部分重叠，不但补偿了单眼视觉的部分盲区、扩大了平面视野，而且增加了深度感，产生了立体视觉•两眼视物产生一个视觉形象的条件是：由物体同一部分来的光线，成像在两侧视网膜的相称点上108汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性5）对比感度•被观察物体与背景具有一定的差别时，人眼才能将物体从背景中辨别出来•当人眼刚刚能将物体从背景中辨别出来时，背景与物体特性的差别定义为临界差别•临界差别与背景特性的比值称为临界对比，其倒数定义为对比感度109汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性6）视觉的明暗适应•视觉的明暗适应是人眼随环境中光亮变化而感受效果发生变化的过程，包括明适应和暗适应–当视觉环境由亮转入暗时，眼睛要经过一段时间适应后才能看清物体，这个适应过程称为暗适应。

相反的情况和适应过程，称为明适应•暗适应时间较长，经过4~6min才能基本适应，约25min左右能够适应80%明适应时间较短，l~2min便可完全适应110汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性7）视觉巡视特性•人眼视线习惯于从左到右、从上到下、顺时针方向运动运动时为点点跳跃，而非连续移动•眼球在水平方向运动速度比垂直方向快；垂直方向的运动较水平方向容易疲劳，且水平方向尺寸的估计比垂直方向准确得多•两只眼球的运动总是协调、同步的•当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上象限的观察最优111汽车人机工程学任金东2.4.2人的视觉特性人的视觉特性2. 人的视觉特性7）视错觉•人观察外界物体的形状、大小、位置和颜色时，所得印象与实际情况的差异，称为视错觉•视错觉可归纳为形状错觉、色彩错觉和物体运动错觉•视错觉是人的生理和心理原因引起的对外界事物的错误知觉，在人机工程设计中可以利用或夸大视错觉现象，以获得满意的心理效应112汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性1. 听觉器官的结构与功能•听觉是仅次于视觉的重要感知途径，其独特的感知途径可弥补视觉通道的不足•人的听觉器官是耳，其功能是分辨声音的强弱和高低，辨别环境中声源的方向和远近113汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性1. 听觉器官的结构与功能•人耳包括外耳、中耳和内耳三部分–外耳包括耳廓和外耳道，是外界声波传入人耳的通道–中耳包括鼓膜和鼓室，鼓室中有三块听小骨，组成听骨链–内耳包括前庭、耳蜗和半规管114汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性1. 听觉器官的结构与功能•听觉过程：–声波通过外耳道传入引起鼓膜振动，经过听骨链传递，引起耳蜗里的淋巴液和基底膜振动，使耳蜗里的听觉毛细胞兴奋，听神经纤维产生神经冲动，不同频率和形式的神经冲动经过组合编码，传到大脑皮层的听觉中枢产生听觉115汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性2. 人的听觉特性1）听觉的频率特性•人耳可分辨声音的高低、强弱，同时还可判定环境中声源的方向和远近•影响听觉的因素主要有声波的频率和强度•一般人的最佳可听频率范围是20~20000Hz•若不计个体差异，影响听觉的因素主要是年龄。

人到25岁左右，对150000Hz以上频率声波的听觉灵敏度开始降低，听阈向下移动；而且，随着年龄的增长，频率感受的上限逐年降低116汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性2. 人的听觉特性1）听觉的频率特性•人耳对声音强弱的辨别能力不如对频率灵敏•人耳对声音强弱的承受能力一般最高可达120dB，超过120dB的声音会使耳膜产生压疼感117汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性2. 人的听觉特性1）听觉的频率特性•某频率处，刚刚能听见的纯音的最低声强，称为该频率的“听阈值”；刚刚开始产生疼痛感的最低声强，称为该频率的“痛阈值”；听阈和痛阈之间的区域，称为“听觉区”人的听觉对于不同频率的声波能正人的听觉对于不同频率的声波能正常感受到的声强范围常感受到的声强范围118汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性2. 人的听觉特性2）听觉对声音高低强弱的辨别能力•人耳对频率的感觉很灵敏，表现为辨别音调高低的能力•一般在500~4000Hz范围内，对频率相差3%的声音，在频率小于500Hz或大于4000Hz时，对频率相差1%的声音，均能辨别出来119汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性2. 人的听觉特性2）听觉对声音高低强弱的辨别能力•人对声音的感觉强度和物理上声音的强度不同。

声音感觉强度增加一倍时，声音的物理强度增加8倍，这就是所谓的Stevens法则•感觉的强度S和刺激的强度I之间的关系应为式中，n=1/3 Stevens法则不仅体现在音感上，在许多感觉上也是成立的n值随感觉类型而异，一般在0.3~3.5之间120汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性2. 人的听觉特性3）听觉对声源方向和距离的辨别能力•人耳对声源的方位具有辨别能力•根据声音信号到达两耳的强度差和时间差辨别声源方向，–根据强度差辨别高频声音–根据时间差辨别低频声音–声音的频率越高，声音波长越短，辨别声源方向越容易•判定声源的距离，主要靠声强的变化和主观经验来估计121汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性2. 人的听觉特性4）听觉的掩蔽效应•一个声音被另一个声音所掩盖的现象，称为掩蔽•一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应，称为掩蔽效应•掩蔽效应与掩蔽声、主体声的相对频率和相对强度有关122汽车人机工程学任金东2.4.3人的听觉特性人的听觉特性2. 人的听觉特性4）听觉的掩蔽效应•听觉掩蔽效应具有如下特性：–掩蔽声越强，掩蔽效果越好，被掩蔽声的听阈提高越多–掩蔽声对同自己的频率邻近的被掩蔽声的掩蔽效应最大–低频掩蔽声对高频被掩蔽声的掩蔽效应较大，而高频掩蔽声对低频被掩蔽声的掩蔽效应较小–掩蔽声越强，被掩蔽的频率范围越大123汽车人机工程学任金东2.4.4人的皮肤感觉特性人的皮肤感觉特性•从人的感觉对人机系统的重要性来看，皮肤感觉是仅次于听觉的一种感觉•人体皮肤内分布着三种感受器：触觉感受器、温度感受器和痛觉感受器。

因此，皮肤感觉主要有触觉、温度觉（冷觉和热觉）和痛觉124汽车人机工程学任金东2.4.4人的皮肤感觉特性人的皮肤感觉特性1. 触觉1）触觉的产生•触觉是由于微弱的机械刺激触及皮肤浅层的触觉感受器而引起的压觉则是较强的机械刺激引起皮肤深部组织变形产生的感觉触觉和压觉在性质上相近，通常被称为触压觉•通过触觉，能够辨别物体的大小、形状、硬度、光滑度、表面纹理等125汽车人机工程学任金东2.4.4人的皮肤感觉特性人的皮肤感觉特性1. 触觉2）触觉的阈限•皮肤受到很小的机械刺激就能产生触觉，但不同部位的皮肤对触觉的敏感性有很大的差别•身体不同部位的触觉感受性从高到低依次为：鼻部、上唇、前额、腹部、肩部、小指、无名指、上臂、中指、前臂、拇指、胸部、食指、大腿、手掌、小腿、脚底、足趾126汽车人机工程学任金东2.4.4人的皮肤感觉特性人的皮肤感觉特性1. 触觉3）触觉定位•触觉不但能够感知物体的长度、大小、形状等特征，还能够区分出刺激作用于身体的部位，这称为触觉定位•一般而言，身体有精细肌肉控制的区域，其触觉定位比较敏锐127汽车人机工程学任金东2.4.4人的皮肤感觉特性人的皮肤感觉特性2. 温度觉•温度觉分为冷觉和热觉，它们是由不同范围的温度感受器引起的•温度感受器分布在皮肤的不同部位，形成所谓冷点和热点•温度觉的强度取决于温度刺激强度和被刺激区域的大小•在冷刺激或热刺激不断作用下，温度觉会产生适应现象128汽车人机工程学任金东2.4.4人的皮肤感觉特性人的皮肤感觉特性3. 痛觉•人体各组织的器官内都有一些特殊的游离神经末梢，在一定刺激强度下会产生兴奋而出现痛觉。

神经末梢在皮肤中分布的部位称为痛点•每平方厘米皮肤表面约有100个痛点，整个皮肤表面痛点的数目可达一百万个•痛觉的中枢位于大脑皮层•人体不同部位的痛觉敏感度不同，皮肤和外粘膜有高度痛觉敏感性，角膜中央的痛觉敏感性最高129汽车人机工程学任金东2.5 人的功能和心理特性人的功能和心理特性130汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳1. 人体作业时的生理特性1）人体作业时的能量代谢•骨骼肌约占人体质量的40%，体力劳动时的能量消耗较大骨骼肌活动的能量主要来自细胞中的贮能元ATP（三磷酸腺苷）•肌细胞中的ATP有限，必须及时补充肌细胞中的ATP，此过程称为产能，一般通过三种途径实现131汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳1. 人体作业时的生理特性1）人体作业时的能量代谢•人体能量的产生和消耗称为能量代谢，分为基础代谢、安静代谢和活动代谢三种•从事各种作业时，活动代谢为主要的能量代谢形式由于劳动者性别、年龄、体力与体质存在差异，即使从事同等强度的体力劳动，消耗的能量亦不相同132汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳1. 人体作业时的生理特性1）人体作业时的能量代谢•为消除劳动者的个体差异，常用相对能量代谢率（RMR）衡量劳动强度133汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳1. 人体作业时的生理特性2）人体作业时的氧消耗•作业时因耗能量增加，需氧量也必增多–作业时人体所需的氧量主要取决于劳动强度和作业持续时间。

劳动强度越大，持续时间越长，需氧量也越多•每分钟的需氧量称为氧需134汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳1. 人体作业时的生理特性2）人体作业时的氧消耗•血液每分钟能供应的最大氧量称为最大摄氧量–主要取决于循环系统的机能，其次取决于呼吸器官的功能；因此，人的摄氧能力具有一定限度•在重体力作业中，如果循环和呼吸机能跟不上氧需，使肌肉在缺氧状态下从事活动，这种供氧量与氧需之间的差称为氧债135汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳1. 人体作业时的生理特性2）人体作业时的氧消耗•人的单位体重的最大氧需为：•式中，         为单位体重的最大氧需，L/kg；A为年龄136汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳1. 人体作业时的生理特性3）人体作业时的身体调节•神经系统的调节•心血管系统的调节•其它系统的调节137汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳2. 劳动强度和体力的应用1）劳动强度（1）按耗能量计算•目前用得较多是Christensen氏标准138汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳2. 劳动强度和体力的应用1）劳动强度（2）按能量代谢率计算•根据RMR值，可把劳动强度分为五个等级139汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳2. 劳动强度和体力的应用1）劳动强度（3）按耗氧量计算•中等强度作业：耗氧量为1.0L/min•强劳动作业：耗氧量在1.5~2.0 L/min•极强劳动作业：耗氧量在2.5 L/min以上140汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳2. 劳动强度和体力的应用2）体力的应用•作业时应合理使用体力，尽量避免将体力耗费在不合理的动作和身体运动上•为减轻疲劳，动作中应该使各关节活动保持协调•在利用动量的动作中，应该充分利用人体质量•当要发出大而稳定的力量时，要保持肌体的稳定性，并使动作对称、有节奏而自然141汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳3. 人的作业能力•作业能力是完成某种作业所具备的生理、心理特征，是个体内部蕴藏的内部潜力的综合体现。

这些生理、心理特征可以从作业者单位作业时间生产的产品质量和数量、以及作业动机间接体现•脑力劳动型、精神紧张型的作业与体力劳动型作业，其作业能力的变化规律大不相同142汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳3. 人的作业能力•影响作业能力的因素主要包括：–作业者的生理因素：年龄、性别、健康水平、营养状况–工作性质：劳动强度、作业时间–作业条件和环境：作业工具和设备、作业者所处的环境（包括微气候、噪声、照明、色彩等）–作业熟练程度：熟练效应、熟练作业143汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳4. 作业疲劳•作业者在作业过程中，产生机能衰退、作业能力下降，有时还伴有疲倦等主观症状的现象，称为作业疲劳•作业疲劳不仅在生理上有明显反映，还受到心理和环境因素的影响144汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳4. 作业疲劳•疲劳大体可分为精神疲劳和肌肉疲劳，它们分别由于不同的作业内容引起一般，脑力劳动引起精神疲劳，体力劳动产生肌肉疲劳•实际工作中，两种情况往往同时存在，其共同特征是：–在操作技术或生产效果上，表现出质和量的降低或混乱–出现生理上、心理上的功能变化–自感疲劳和困倦145汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳4. 作业疲劳•影响疲劳的因素包括外界因素和人的因素两大类–外界因素：工具的种类、人机系统空间布局、机器使用难易、作业环境等–人的因素：操作者的精神状态、身体状态、生理节奏、作业时间等146汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳5. 人的生理节律•生理功能所显示出的周期性变化，称为生理节律•人的生理节律对作业的效率和质量有明显的影响•只有遵循自然生理节律，才能在工作时更好地发挥人的能力147汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳5. 人的生理节律1）日生理节律•人体对昼和夜的反应不同，表现为生理的节奏，以一天24h为周期，称为日生理节律，是睡眠和觉醒的生命基本现象•人的体温、脉搏、血压等在下午4时前后达到最高，表现出交感神经系统占优势。

副交感神经系统占优势的细胞分裂和生长激素的分泌等，在夜间11时至凌晨2时左右为高峰因此，人的身体适于白天活动，夜间应该休息148汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳5. 人的生理节律1）日生理节律•作业者白天和夜晚作业在效率、差错率和疲劳程度等方面有很大的差别人体机能状态在上午7时到10时机能上升，午后下降；从午后6时到9时机能再度上升，其后又急剧下降，凌晨3时至4时下降最明显149汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳5. 人的生理节律1）日生理节律•人的大脑意识水平能够反映人体机能状况，常用闪频值来表示•对于低频亮、暗交替的闪光，人眼会产生一种闪烁感觉当闪光频率增加到一定程度时，人眼就不再感到闪光，这种现象称为闪光融合；刚开始达到闪光融合时的频率称为闪频值（CFF）150汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳5. 人的生理节律1）日生理节律•一般人的CFF为30~50Hz左右不同人的CFF差异较大；同一个人一天中的CFF也是变化的•CFF越高，大脑意识水平也越高；精神疲劳或困倦时，CFF变低151汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳5. 人的生理节律1）日生理节律•一般人的CFF一天中的变化152汽车人机工程学任金东2.5.1人的作业能力与疲劳人的作业能力与疲劳5. 人的生理节律2）其它周期节律•闪频值在每星期内也有周期节律，因此，作业者一周的工作效率呈现一定的规律•人在一年四季也有精神和生理上的规律性变化，也影响人的工作效率•人的体力、情绪和智力特征在人的整个一生都表现出周期性的变化153汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应•所谓振动，是指物体相对于基准位置作来回往复的运动•我们的生存环境中振动无处不在，这些环境中的振动在时刻影响着人类的健康和生活154汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应1. 人体的振动特性•人体是具有一定阻尼的弹性系统，有其自身的固有频率•在正常的重力环境下，在人体测量坐标系中，人体对垂直于水平面方向振动的敏感频率范围为4~8Hz，对垂直于冠状面方向振动的敏感频率范围是1~2Hz•人体组织对高频振动的阻尼很大，其振幅会急剧衰减，所以高频振动对人体的接触部分起作用155汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应1. 人体的振动特性•人体不同部分或器官具有不同的共振频率器官或部位共振频率/Hz器官或部位共振频率/Hz胸腔、内脏4~8神经系统250脊柱30鼻、喉1000~1500头部2~30，500~1000手30~40156汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应2. 振动对人体的影响•振动对人体的影响分为全身振动和局部振动•振动对人体的影响与振动频率、振幅、加速度、受振时间、振动作用方向和人体姿势有关157汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应2. 振动对人体的影响1）全身振动对人体的影响•人体不同部位和系统有各自的固有频率。

当人体受到的振动频率在某一固有频率附近时就会产生共振频率/Hz对人体的影响<1容易引起运动病，引起晕船、晕车等1~4干扰呼吸、神经系统4~10引起人的胸口、腹痛，皮肤温度下降，手指活动无法控制10~20肌肉紧张、眼睛发胀、咽喉痛、语言模糊、脑电波异常20~300手指血管和神经损伤158汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应2. 振动对人体的影响1）全身振动对人体的影响•振动对人体的影响在不同的频段时，主要起作用的物理量也不相同•低频：振动加速度起主要作用•高频：主要是振幅起作用159汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应2. 振动对人体的影响2）局部振动对人体的影响•长期使用振动工具会引起以末梢循环障碍为主的局部振动病，还可累及肢体神经及运动功能•振动病主要是振动频率起作用，而振动加速度会加速病症的形成160汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应2. 振动对人体的影响3）振动对汽车乘员的影响•椎间盘附加压力•对脊柱和相关神经系统的危害161汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应2. 振动对人体的影响3）振动对汽车乘员的影响•驾驶员–手臂承受转向盘、变速杆等造成的局部振动引起相关身体部位麻木、僵硬–剧烈而无规律的振动可加速疲劳，降低操纵机能，使错误率增加–当通过座垫和靠背传递给驾驶员的振动频率达到20~30Hz并影响到头部时，其视力将受影响而减退–振动负荷会延长驾驶员眼睛对信号和标志的理解时间162汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应3. 影响人体的环境振动主要因素1）振动频率•影响人体的振动因素中，频率起主要作用；不同频率振动对人体的影响不同•人体能感知的振动频率范围是1~1000Hz，但人体最敏感、且人体组织共振频率所集中的频率主要处于1~80Hz范围163汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应3. 影响人体的环境振动主要因素2）振动强度•振动强度以人体对振动的感受程度来评价。

国际上通用加速度级来表示振动的强度式中，La为加速度级，dB；a为加速度，m/s2；a0为参考加速度，且a0=10-6m/s2164汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应3. 影响人体的环境振动主要因素2）振动强度•人刚能感觉到的垂直振动加速度为10-3m/s2，对应于60dB加速度级；不可忍耐的加速度是5×10-1m/s2，对应于114dB加速度级165汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应3. 影响人体的环境振动主要因素3）暴露时间•暴露时间是指机械振动作用于身体的持续时间•振动根据时间特性可分为稳态振动、间歇振动和冲击振动–稳态振动是强度不随时间变化的振动–间歇振动是时有时无的振动–靠冲击力做功的机械产生的振动称之为冲击振动冲击振动的时间越短、振幅越大，则对人体的作用也越强166汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应3. 影响人体的环境振动主要因素4）工作方式•人体对振动的敏感程度和工作方式有很大的关系–例：操作者身体暴露在振动中的面积和部位不同，对人体的影响也不相同167汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应3. 影响人体的环境振动主要因素5）环境条件•环境寒冷会引起血管收缩，血流量减少，并能直接刺激平滑肌收缩，使血液粘稠度增加，血液循环改变，引起机能障碍，促使振动病的发生168汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应4. 人体在振动环境中舒适度的评价•振动对人体的影响取决于振动频率、振动强度、作用方向和持续时间等因素•由于每个人的生理和心理素质不同，对振动的敏感程度有很大差异169汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应4. 人体在振动环境中舒适度的评价•ISO2631以振动加速度有效值、振动方位、振动频率和振动持续时间的不同组合评价全身振动对人体的影响，规定了1~80Hz振动频率范围内人体对振动加速度均方根值反应的三种不同感觉界限–健康与安全界限。

人体承受的振动强度在此范围内时，人体能够保持健康和安全–疲劳—工效降低界限人体承受的振动强度在此范围内时，人体能够保持正常的工作效率–舒适降低界限当振动强度超过此界限，人体将产生不舒适反应170汽车人机工程学任金东2.5.2人体对振动的反应人体对振动的反应4. 人体在振动环境中舒适度的评价•评价标准中的疲劳—工效降低界限171汽车人机工程学任金东2.5.3人的心理特点人的心理特点（略）172汽车人机工程学任金东本章结束173汽车人机工程学任金东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《《汽车人机工程学汽车人机工程学》》配套课件课件制作：任金东2010年9月第三章第三章 人机界面、作业空间和人机界面、作业空间和人机系统设计人机系统设计174汽车人机工程学任金东目录3.1  显示装置设计3.2  操纵装置设计3.3  作业空间和人机系统设计175汽车人机工程学任金东3.1 显示装置设计显示装置设计176汽车人机工程学任金东•显示装置是人机系统中功能最强大、使用最广泛的人机界面元素•人机系统中，显示装置通过可视化的数值、文字、曲线、符号、图形、图像等向人传递信息•对显示装置的要求，主要是使操作人员观察认读既准确、迅速，而又不易疲劳177汽车人机工程学任金东3.1.1 显示装置的类型和选择显示装置的类型和选择•按显示的视觉信息形式划分，视觉显示装置可分为数字式、模拟式和屏幕式。

178汽车人机工程学任金东3.1.1 显示装置的类型和选择显示装置的类型和选择（1）数字式显示装置•特点是直接用数字来显示信息•数字显示的认读过程比较简单，认读速度较快，认读准确度较高，但不能给人以形象化的印象•对于数量识读的情况，其目的是获取准确的数据，则应选择数字式显示装置，具有精度高、识读性好的优点179汽车人机工程学任金东3.1.1 显示装置的类型和选择显示装置的类型和选择（1）数字式显示装置180汽车人机工程学任金东3.1.1 显示装置的类型和选择显示装置的类型和选择（2）模拟式显示装置•通过指针和刻度来指示参量的数值或状态•给人以形象化的印象，能连续、直观地反映变化趋势，使人对模拟量在全量程范围内所处的位置一目了然；但认读速度和准确度均低于数字显示•对于状态读识的情况，显示装置只需向操作者显示被测对象参数变化趋势信息，常选用模拟式显示装置181汽车人机工程学任金东3.1.1 显示装置的类型和选择显示装置的类型和选择（2）模拟式显示装置182汽车人机工程学任金东3.1.1 显示装置的类型和选择显示装置的类型和选择（3）屏幕式显示装置•是在显示屏幕上显示信息的装置•不但可以显示数字和模拟量，还可以显示工作过程参数的变化曲线或图形、图像•使模拟量的信息更形象化，认读速度和准确度都较高183汽车人机工程学任金东3.1.1 显示装置的类型和选择显示装置的类型和选择•按照显示信息的时间特性分类，视觉显示装置可分为动态显示和静态显示两类（1）动态显示装置：所显示的信息随时间变化，如车速表、车载地图、飞行高度表等（2）静态显示装置：所显示的信息在较长时间内保持不变，如交通标记牌、工厂内静态的标志牌等184汽车人机工程学任金东3.1.1 显示装置的类型和选择显示装置的类型和选择•按照所显示信息的特点分类，可以分为定性显示装置和定量显示装置（1）定性显示装置：只显示信息的性质、趋势，如：用红色标志灯表示出现危险情况，用绿色表示设备正常运行，用红色箭头表示温度升高的方向等（2）定量显示装置：用数量信息表示物理量的水平，主要用于表示动态信息185汽车人机工程学任金东3.1.2 显示装置的设计显示装置的设计1. 显示装置的设计原则•要使人能迅速而准确地接受信息，显示装置的尺寸、指示器、字符、符号和颜色的设计必须适合人的生理和心理特征186汽车人机工程学任金东3.1.2 显示装置的设计显示装置的设计1. 显示装置的设计原则•视觉显示装置的设计必须遵循以下设计原则：–所显示信息的数目应在人的判别和读识能力限度之内–信息显示精度的选择综合考虑空间、成本、人的辨别能力、人机系统布局等因素–信息显示的形式应直观、形象、符合人的习惯–与所使用的环境形成良好的匹配，包括照明、色彩、温度、振动等–综合考虑整个人机系统中，与其它显示装置和操纵装置之间的匹配187汽车人机工程学任金东3.1.2 显示装置的设计显示装置的设计2. 显示装置的几何设计1）几何形状•几何形状的确定不仅要考虑美学要求，更要考虑所显示信息的排列和人的视觉运动规律•常用的仪表有圆形、半圆形、直线形、扇形等；不同形状仪表，其识读率也不相同仪表形状最大可见刻度盘尺寸/mm读数错误率开窗式42.30.5%圆形54.010.9%半圆形11016.6%水平直线形18027.5%竖直直线形18035.5%188汽车人机工程学任金东3.1.2 显示装置的设计显示装置的设计2. 显示装置的几何设计2）显示装置的尺寸•显示装置的大小与其显示的信息精密度和操作者观察距离有关–尺寸较大时，所显示的信息可随之增大，可提高清晰度；但却使视线的扫描路线变长，不利于认读的速度，容易分散观察者的精力，也使安装面积增大，布置不紧凑–刻度盘认读效果最优的尺寸所对应的视角在2.5°～5°范围内。

只要确定了操作者与显示装置间的观察距离，就能算出刻度盘的最优尺寸189汽车人机工程学任金东3.1.2 显示装置的设计显示装置的设计3. 文字和符号•显示装置上的信息必须配以文字和符号，才能够完整、准确地表达所显示的信息含义•文字和符号的基本要求是形状简单易读、大小便于辨认、颜色清晰醒目、立位自然、符号形象190汽车人机工程学任金东3.1.2 显示装置的设计显示装置的设计4. 指示器•显示装置上的指示器用以表示和指示所显示的关键信息和状态–例如：仪表上的指针、温度表上的水银柱•指示器的设计要求能够准确指示显示物理量，不出现掩盖物理量、指示模棱两可、指示器与背景对比过小的情况191汽车人机工程学任金东3.1.2 显示装置的设计显示装置的设计5. 颜色•显示装置颜色的匹配一方面应考虑人机系统整体的色彩基调，以确定显示装置的背景色调，还要使所显示的信息清晰、醒目•保证信息醒目的途径主要是使前景与背景有鲜明的颜色对比–例如：要匹配仪表上的数字和背景颜色，最清晰的配色方案是黑底黄字，而最模糊的配色是黑底蓝字在实际使用中，由于黑白两种颜色比较容易掌握，常采用黑底白字或白底黑字192汽车人机工程学任金东3.2 操纵装置设计操纵装置设计193汽车人机工程学任金东•操纵装置是操作者用来操作机器，以改变其运行状态的装置•操纵装置的基本功能是把操作者的响应输出转换成机器设备的输入信息，进而控制机器设备的运行状态•显示装置、操作者和操纵装置，组成了一个完整的人—机系统的信息传递环节194汽车人机工程学任金东•操纵装置的设计是否合理，直接关系到人机系统的工作效率•操纵装置的设计应使操作者能在一个作业班次内安全、准确、迅速、舒适、方便地持续操纵而不产生早期疲劳•设计、制造机器设备时，不仅要考虑它的运转速度、生产能力、能耗、耐用性、外观等问题，还应考虑操作者的人体尺度、生理特点、操作动作和运动特征、心理特性、体力和能力的限度、以及习惯等因素，才能使所设计的操纵装置达到高度的宜人化195汽车人机工程学任金东3.2.1 操纵装置的类型和特点操纵装置的类型和特点1. 操纵装置的分类•按照操作部位的不同可分为手操纵装置和脚操纵装置–手操纵装置是由操作者用手控制的装置。

常见的手操纵装置有各种旋钮、按键、手柄、转轮等–脚操纵装置是操作者用脚控制的装置，主要有两种：脚踏板和脚踏钮196汽车人机工程学任金东3.2.1 操纵装置的类型和特点操纵装置的类型和特点1. 操纵装置的分类•按照功能可分为开关类、转换类和调节类–开关类操纵装置主要实现0-1状态的切换，如：各种电源的开关–转换类操纵装置主要用于改变机器的运行状态，如：洗衣机的状态旋钮–调节类操纵装置用于逐渐改变某一物理量，如速度、位置等汽车的转向盘、加速踏板都是调节类操纵装置197汽车人机工程学任金东3.2.1 操纵装置的类型和特点操纵装置的类型和特点1. 操纵装置的分类•按照操纵动作可分为旋转控制、摆动控制、按压控制、滑动控制和牵拉控制等类型198汽车人机工程学任金东3.2.1 操纵装置的类型和特点操纵装置的类型和特点2. 常见操纵装置的特点199汽车人机工程学任金东3.2.2 操纵装置的设计原则操纵装置的设计原则•操纵装置设计应使操作者安全、准确、迅速、舒适、方便地操纵，不产生早期疲劳为此，应考虑人体的体形、尺度、生理特点、运动和心理特征、以及人的生理极限，以使操纵装置宜人化200汽车人机工程学任金东3.2.2 操纵装置的设计原则操纵装置的设计原则•操纵装置设计的一般原则是：–操纵装置的尺寸应适合操作者的人体尺寸特点–操纵装置的操纵力、操作速度等适应大多数人的生理特点–操纵装置的运动方向要同机器的运行状态相协调–同一台机器的操纵装置，其操作方向要一致–尽量使用自然的操纵动作或借助操作者身体的重力进行操纵–在条件许可的情况下，尽量设计多功能操纵装置–应具有合适的操纵阻力，尤其是控制精度要求高的场合201汽车人机工程学任金东3.2.2 操纵装置的设计原则操纵装置的设计原则1. 操纵习惯•操纵装置与习惯有着密切的关系–例：驾车时，当按顺时针方向转动转向盘时希望汽车向右转弯。

习惯是经验在人脑里形成的模式•需要指出的是，习惯是受文化背景影响的–例：有些国家是左侧驾驶，有些国家则采用右侧驾驶因此，操纵装置的布置必须要考虑所在国家和地区的习惯，而且习惯的强度也有不同，并因人而异202汽车人机工程学任金东3.2.2 操纵装置的设计原则操纵装置的设计原则2. 用力梯度•操纵过程中，操作者希望从手或足的用力中获得有关操纵量的信息•操纵量的大小应与操纵力的大小成比例关系，这种比例关系称为用力梯度或用力级差•一般而言，操纵装置的操纵行程较小时，用力级差应偏大一些；若操纵行程较大时，用力级差不宜太大203汽车人机工程学任金东3.2.2 操纵装置的设计原则操纵装置的设计原则3. 操纵阻力•操纵装置应该有一定的阻力，这样可以使控制行为更准确，不会由于手的颤抖或其它原因产生副作用–例如：踩踏板的适宜阻力矩为40.0~80.0Nm•有时为了区别某一操纵装置而故意加大其操纵阻力204汽车人机工程学任金东3.2.2 操纵装置的设计原则操纵装置的设计原则4. 操纵装置设计的其它原则•正确地设计和布置操纵装置十分重要除了前面各项要求之外，还应当遵循下列原则：–应尽量利用操纵装置的结构特点，或利用操作者身体部位的重力进行操纵。

对于连续或重复性操纵，应使身体用力均匀，而不是集中于身体某部分用力，以减轻疲劳和避免单调–应尽量设计和选用多功能操纵装置，以节省空间，减少手的运动，加强视觉与触觉辨认205汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计1. 旋转式手操纵装置设计1）旋钮•旋钮可以有圆形、箭头形、旋钮和手杆结合等不同形状，甚至在一个转轴上有几个旋钮等•旋钮应该满足：手握舒服、容易转动、在操作过程中能够始终看到•旋转开关应该比连续性旋钮的阻力大些， 可使操作者感到开关所处的状态206汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计1. 旋转式手操纵装置设计1）旋钮•连续性旋钮可用于比较精细的控制在不换手的情况下，一次可以旋转120°；若可以换手，能实现在没有困难的情况下转更大的角度•旋钮的大小应使手指和手与其轮缘有足够的接触面积，以便于手捏紧和施力旋钮的表面若有些粗糙或小槽也有助于操作•带箭头或有把的旋钮便于迅速、准确地读数207汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计1. 旋转式手操纵装置设计2）手轮•手轮可作自由旋转，适合作多圈的操纵动作根据用途的不同，手轮的大小差别很大–机床上的小手轮直径只有60~100mm–汽车的转向盘直径则达到380~500mm–手轮的回转直径应根据需要而定，并与操纵力相配合•手轮抓握部分的轮缘直径可取20~50mm•单手操作操纵力取20~130N；双手操作最大操作力不超过250N。

一般轿车转向操作力常取13~60N208汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计1. 旋转式手操纵装置设计2）手轮•手轮尺寸和操纵效率与其安装位置有很大关系•需要快速转动的手轮，其转轴应与人体前方平面成60°~90°夹角；需要较大操纵力时，则尽量使手轮转轴与人体前方平面平行•当 操 纵 力 很 大 时 ， 手 轮 最 好 放 置 在 距 地1000~1100mm范围内•手轮一次连续转动角不宜大于120°，否则应加装手柄209汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计1. 旋转式手操纵装置设计2）手轮安装高度/mm安装方位/（°）操纵阻力/N04.610旋转半径/mm480038~76102~203127~203610038~76127203910038~102127~203203侧向38~761271279909038~127127~2032031006-4538~7676~203127~2031020-4538~7676~203127~20310704538~114127127~2031220038~76102~203127~203210汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计2. 移动式手操纵装置设计•移动式操纵装置包括手柄、操纵杆、推钮、手闸等。

除推钮外，这类操纵装置上一般都有一个握柄和杠杆•这里主要介绍操纵杆的设计–操纵杆常用于一个或几个平面内的推拉式摆动运动的情况–受行程和扳动角度限制，操纵杆不宜做大幅度连续控制，也不宜作精细调节控制–操纵杆设计时，重点考虑握柄的形状和尺寸，并根据操纵力要求合理选择握柄的行程和杠杆比211汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计2. 移动式手操纵装置设计1）操纵力•操纵杆操纵力因操纵方式和性质不同有很大差异•操纵杆的操作力通常为30~130N，使用频率高的操纵杆，操作力不宜大于60N•对于汽车变速杆操纵力，前后方向操作时为36~115N，左右方向操作时为18~75N；其工作阻力不宜小于18N212汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计2. 移动式手操纵装置设计2）手柄设计•对于手柄的要求是手握舒适、施力方便、不产生滑动因此，手柄的形状应按照手的结构和尺寸进行设计213汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计2. 移动式手操纵装置设计2）手柄设计•设计手柄时，要防止手柄形状完全与手的握持部分贴合的情况，尤其不能紧贴掌心•手柄的形状应该是操作者握住手柄时掌心略有空隙，以减少压力和摩擦力的作用214汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计2. 移动式手操纵装置设计3）操纵杆尺寸•当操纵力较大时，需要增加杠杆的长度，即采用较长的操纵杆•操纵杆长度与最大操纵频率有很大关系•杆的粗细一般为22~32mm之间最大频率/（转·min-1） 操纵杆长度/mm 最大频率/（转·min-1） 操纵杆长度/mm263023.5140274018.524027.5601458025.5100215汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计2. 移动式手操纵装置设计4）手柄布置位置和操作行程•采用坐姿操作时，操纵杆手柄位置宜与肘部等高。

操纵力较小时，在上臂自然下垂的位置斜向操作更轻松216汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计2. 移动式手操纵装置设计4）手柄布置位置和操作行程•操纵杆的行程要求操作者只用手臂就可完成操作•行程的确定还要考虑手腕的舒适活动范围217汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计3. 踏板设计1）操纵力•为能使脚发挥较大的作用力，应使座椅有一个较高的靠背，在腰部要有理想的支撑，并保证操作者合适的坐姿•用脚和腿同时操作时，踏板上的操纵力可达1200N如果需要更大的力，则要用到整个大腿，但踏板的启动力必须大于大腿的重量；此时应该让足跟用力，蹬踏的轴线应该在脚踝与后脊背支撑点的连线上218汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计3. 踏板设计1）操纵力•有些踏板不需要很大的操纵力操作这类踏板时，可把脚跟放在地上，把脚掌放在踏板上，用脚掌来操作，如汽车的加速踏板此时，踏板操作力不宜超过60N这类踏板的启动阻力很低此时，膝关节角以105°~110°为宜219汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计3. 踏板设计1）操纵力•踏板必须有一定的操纵阻力，以向操作者提供反馈信息，并防止误操作•踏板操纵阻力不能太小，以避免无意中误碰触发，尤其是停歇时脚可能放在上面的踏板•操纵阻力的最大值应根据5th百分位操作者的出力水平确定–操纵力较大的踏板，最小阻力为60N–操纵力较小的踏板，其阻力取30~50N–踏板所需要的启动力一般不超过100N220汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计3. 踏板设计1）操纵力•操纵阻力的最大值应根据5th百分位操作者的出力水平确定–操纵力较大的踏板，最小阻力为60N–操纵力较小的踏板，其阻力取30~50N–踏板所需要的启动力一般不超过100N221汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计3. 踏板设计1）操纵力•对于汽车上的踏板，离合器和制动器踏板的操纵力通常取52~103N之间•加速踏板由于经常操作，且经常保持一定的踩下状态，其操纵力不能太大，通常取5~12N之间222汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计3. 踏板设计2）踏板的尺寸和布置•脚踏板多采用矩形或椭圆形踏板。

所有踏板的表面都应该不滑，可以做成齿纹状•脚操纵装置的空间位置影响脚的施力和操纵效率必须保证脚与踏板有足够的接触面积，以保证操纵的可靠性223汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计3. 踏板设计2）踏板的尺寸和布置•踏板行程应适度行程太小，不能很好地提供操作反馈信息；行程太大，影响操作灵敏性，并容易导致疲劳对于操纵力大的踏板，其行程以50~150mm为宜小操纵力踏板，行程为30mm左右224汽车人机工程学任金东3.2.3 操纵装置的设计操纵装置的设计3. 踏板设计2）踏板的尺寸和布置•踏板左右位置应处于人体中线两侧各10°~15°范围内•当单脚操作多个踏板时，两相邻踏板之间的距离应该在50~100mm之间在特殊的情况下，如穿着很重的靴子，距离应更大些225汽车人机工程学任金东3.3 作业空间和人机系统设计作业空间和人机系统设计226汽车人机工程学任金东3.3.1 作业空间和人机系统概述作业空间和人机系统概述1. 作业空间1）作业空间•人操作机器时所需的活动空间，加上机器、设备、工具和被加工对象等所占的空间总和称为作业空间•作业空间设计是生产管理、生产组织的一项重要任务•优良的作业空间可使操作者工作起来安全可靠、舒适方便，并能提高工作效率227汽车人机工程学任金东3.3.1 作业空间和人机系统概述作业空间和人机系统概述1. 作业空间2）近身作业空间•操作者采用坐姿或立姿进行作业时，手和脚所能触及的运动轨迹包括的范围称为近身作业空间，它是构成作业空间的主要部分•近身作业空间的尺寸是作业空间设计的主要依据，主要受到功能性肢体长度的约束，同时与作业方位和作业性质密切相关228汽车人机工程学任金东3.3.1 作业空间和人机系统概述作业空间和人机系统概述1. 作业空间2）近身作业空间•当需要连续和长时间操作，或需要精确而细致操作、且需要手足并用时，宜采用坐姿•坐姿近身作业范围是指作业者在坐姿操作时，其四肢所及范围229汽车人机工程学任金东3.3.1 作业空间和人机系统概述作业空间和人机系统概述1. 作业空间3）个体作业场所•个体作业场所指操作者周围与作业有关的、包含机器设备等因素在内的作业区域•如：汽车驾驶室、汽车装配线的一个工位等230汽车人机工程学任金东3.3.1 作业空间和人机系统概述作业空间和人机系统概述2. 人机系统•将人和机器联系起来视为一个整体或系统，称为人机系统（MMS）•在人机系统中，人与机器相互作用、相互配合、相互制约。

实现人—机相互作用的区域，称为人机界面（HMI）231汽车人机工程学任金东3.3.1 作业空间和人机系统概述作业空间和人机系统概述2. 人机系统•在人机系统中，人是主体，是主动的一方；机器是客体，是被动的一方–人感受到机器及环境的信息，信息进入大脑并处理后，经执行器官向机器发出操作指令和传递操作能量；机器接受输入的信息和操作能量，按照其执行规律进行工作，并将执行结果或状态显示出来整个人机系统就是这样循环往复，完成预期的功能•人机系统不是孤立存在的，而是处于一定的环境之中，并与环境相互作用232汽车人机工程学任金东3.3.1 作业空间和人机系统概述作业空间和人机系统概述3. 人—机关系•就一般人机系统而言，有手工作业系统、半自动作业系统和全自动作业系统三种类型•就人与机结合的方式而言，分为人—机串联、人—机并联和人—机混联三种形式233汽车人机工程学任金东3.3.2 作业空间和人机系统的设计原则作业空间和人机系统的设计原则•作业空间和人机系统设计的基本目标，对于人机系统，是达到作业高效、经济、满足作业要求、空间布局合理；对于操作者而言，要求在充分考虑操作者需要的基础上，为操作者创造安全、舒适、经济、高效和健康的作业条件234汽车人机工程学任金东3.3.2 作业空间和人机系统的设计原则作业空间和人机系统的设计原则•作业空间和人机系统设计的人机工程学原则是：–从人的要求出发，保证人的安全、舒适、方便；–根据作业要求，考虑人体测量学、生物力学、生理和心理特性，合理布置操纵装置和显示装置；–按照操纵装置和显示装置的重要程度进行布置，将重要的操纵装置布置在最优作业范围内，将重要的显示装置布置在最优视区；–布置显示和操纵装置时，充分考虑到它们的重要性、使用频率、使用顺序、相关关系等因素；–充分考虑人的作业特点，包括适宜作业姿势、操作动作、动作范围、动作频率等235汽车人机工程学任金东3.3.3 作业空间和人机系统设计的人体数作业空间和人机系统设计的人体数据运用准则据运用准则1. 运用人体测量学数据的一般过程•作业空间和人机系统与作业者的人体尺度和作业姿势等因素有关，作业空间和人机系统设计必须考虑人体测量学数据，以满足大多数人的使用要求236汽车人机工程学任金东3.3.3 作业空间和人机系统设计的人体数作业空间和人机系统设计的人体数据运用准则据运用准则1. 运用人体测量学数据的一般过程1）确定重要的人体尺度2）确定设计对象的使用群体，以决定必须考虑的尺度范围3）确定数据运用原则4）确定和应用人体数据237汽车人机工程学任金东3.3.3 作业空间和人机系统设计的人体数作业空间和人机系统设计的人体数据运用准则据运用准则•对于不同的设计问题，人体测量学数据运用的方式是不同的•对于简单设计问题，常见的人体数据运用准则：–个体设计准则–可调设计准则–平均设计准则238汽车人机工程学任金东3.3.3 作业空间和人机系统设计的人体数作业空间和人机系统设计的人体数据运用准则据运用准则•产品设计大致可分为以下类型：–Ⅰ型设计：双限值设计，同时利用人体数据的两个百分位数分别作为上、下限值。

可调设计准则–Ⅱ型设计：单限值设计，只利用人体数据的一个百分位数作为限值个体设计准则•当采用的人体数据作为上限值时，称为ⅡA型设计•当采用的人体数据作为下限值时，称为ⅡB型设计–Ⅲ型设计：只需要采用平均人体数据作为限值，折衷设计平均设计准则239汽车人机工程学任金东3.3.3 作业空间和人机系统设计的人体数作业空间和人机系统设计的人体数据运用准则据运用准则2. 人体尺寸的修正量•人体尺寸的修正量包括功能修正量和心理修正量两部分•所谓功能修正量，是为实现产品的功能而对作为产品尺寸依据的人体测量数据在应用时所进行的修正；它又包括着装修正量、姿势修正量和操作修正量三部分•心理修正量指为了消除空间压抑感、恐惧感或为了美观等心理因素而加的尺寸修正量240汽车人机工程学任金东3.3.3 作业空间和人机系统设计的人体数作业空间和人机系统设计的人体数据运用准则据运用准则2. 人体尺寸的修正量•考虑到上述功能和心理修正量后，最终确定的尺寸修正量 =功能修正量+心理修正量241汽车人机工程学任金东3.3.3 作业空间和人机系统设计的人体数作业空间和人机系统设计的人体数据运用准则据运用准则3. 适应度•人群中个体之间存在差异，某一个或某几个人的人体数据不能作为产品设计的依据。

任何产品设计都必须适合一定范围的人群使用•产品的某项指标适合的使用者人数占群体总数的百分比称为适应度或满足度•保证足够适应度是产品设计的一项基本要求适应度的取值应根据产品技术和经济上的可能性和合理性等因素进行综合权衡242汽车人机工程学任金东3.3.3 作业空间和人机系统设计的人体数作业空间和人机系统设计的人体数据运用准则据运用准则3. 适应度•从设计者角度看，适应度越大似乎越理想，但大到一定程度之后，技术和经济上的难度会显著增加，或者根本实现不了•对于不同的产品设计内容，作为设计依据的人体数据的分布范围可能很大，也可能较小对于分布范围小的情况，可以用一个尺寸规格的产品来覆盖整个变化范围；对于分布范围大的情况，有时则需要设计若干尺寸规格的产品去覆盖整个变化范围243汽车人机工程学任金东3.3.4 典型的作业空间设计典型的作业空间设计1. 坐姿作业空间设计•作业面相对于座椅面的高度直接影响人体躯干和上臂的姿势–作业面相对于座椅面的高度若太低，背部就会过分前屈；反之，则需要抬高肩部，容易引起肩、颈部疲劳–一般将作业面高度固定，将座椅设计成高度可调节的；不同身材的操作者通过调节座椅高度，能够达到舒适操作的目的244汽车人机工程学任金东3.3.4 典型的作业空间设计典型的作业空间设计1. 坐姿作业空间设计•推荐作业面高度245汽车人机工程学任金东3.3.4 典型的作业空间设计典型的作业空间设计1. 坐姿作业空间设计•典型的坐姿作业空间需要考虑的尺寸和推荐值246汽车人机工程学任金东3.3.4 典型的作业空间设计典型的作业空间设计2. 立姿作业空间设计•一般而言，人站立工作时较舒适的工作高度比站立时肘高低50~100mm•我国男性站立时的平均肘高为1020mm，女性为960mm•对男性较合适的站立时的工作高度应为920~970mm，女性为860~910mm247汽车人机工程学任金东3.3.4 典型的作业空间设计典型的作业空间设计2. 立姿作业空间设计•站立工作时工作台的高度与工作的性质密切相关–精密的工作要求工作面距离眼睛近一些，以改善视力–而重体力劳动则倾向较低的工作面，以便于手部用力248汽车人机工程学任金东3.3.4 典型的作业空间设计典型的作业空间设计2. 立姿作业空间设计•典型立姿和坐立姿交替作业空间设计尺寸249汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计1. 人机系统设计的目标和要求•人机系统设计是为了保证系统中人的效能、安全、舒适和健康，并充分发挥机器的作用，以获得最佳的综合效益•人机系统设计的目标是在总体上解决好人机之间的功能分配、关系协调、界面匹配三个基本问题250汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计1. 人机系统设计的目标和要求•通过人机系统的设计，应达到如下要求：–系统功能达到预定的目标；–人与机都能充分发挥各自的作用，彼此协调地工作；–人机系统必须安全可靠，并保证操作者的舒适和健康；–人机系统的输入和输出符合实际人与机器的能力；–应考虑环境的影响，包括环境对人机系统的影响和人机系统对环境的作用两方面。

251汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法•人机系统的设计具有两个明显区别于其它设计的特征–概念和结构的分离，即主要是确定系统的概念模型，而不注重为实现所定义的功能和要求所必需的实际结构或机构形式–将人作为系统中的重要部分，既要为人分配作业任务，又要分析系统的方案是否能满足人的作业要求252汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法1）定义系统目标和作业要求•“系统目标”的定义只要说明目标是什么，以及其形式和内容怎样•“作业要求”进一步说明为实现系统目标，系统必须做什么253汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法2）定义系统要实现的功能和输入、输出•本阶段是实质性设计工作的开始•不仅要定义系统的功能和输入、输出，还要定义怎样实现它们•本阶段还不能将功能进行分配•要进一步收集和整理有关使用者的资料，包括使用者的群体和个体的特征–职业类型、习惯、认知特点、反应能力等254汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法3）初步设计•初步设计的主要工作包括系统功能分析与分配、确定作业要求、进行作业分析和系统总体设计•此阶段常被称为概念设计•本阶段的工作为后续的详细设计奠定了基础，因此，应对本阶段的工作给予充分的重视；并注意各部分工作应该紧密沟通、协调一致255汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法3）初步设计（1）系统功能分析与功能分配•功能分析是研究系统要达到预定目标需要具备哪些功能，各自具有哪些特点。

功能分析包括功能描述、功能确定和功能分解•人机系统功能分解之后，要根据人和机的特点进行分配256汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法3）初步设计（2）确定作业要求•对每一项分配给人的功能都提出作业品质的要求，如：速度、精确度、技能、满意度、可靠性•作业要求的确定为后续人机界面设计和作业性能辅助设计提供了依据257汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法3）初步设计（3）作业分析•作业分析是按照作业对人能力、技能、知识、态度的要求，对分配给人的功能作进一步的分解和研究，使作业与作业者之间建立协调一致的关系•作业分析主要包括确定系统作业结构、确定作业、建立作业序三部分258汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法3）初步设计（4）系统总体设计•系统总体设计是在针对系统功能、输入输出和作业要求下，对系统各部分进行总体规划和布局的过程；是将头脑中的设计意图转变为一个切实的设计方案的工作259汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计•经过初步设计，确定了系统总体性能和人的作业要求，并具备了初步的系统总体设计方案，就开始转入人机界面设计•人机界面设计主要是显示装置、操纵装置、操作者、以及它们之间几何位置关系和详细结构设计–包括整体的详细布局，显示装置、操纵装置的设计，作业空间设计，人机界面的分析与优化，机器的危区分析和安全防护设计等260汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计（1）显示装置的空间布置•显示装置空间布置主要考虑操作者的观察距离和确定显示装置相对于操作者的最优布置区域•为提高工作效率、减轻工作疲劳，应保证操作者尽量不转动头部和眼睛就能看清显示装置261汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计（1）显示装置的空间布置•在布置区域内，显示装置的排列顺序最好与其认读顺序一致•相互联系越多的显示装置应越靠近，并要考虑彼此间逻辑上的联系•还必须考虑到显示装置的重要性、观察频率和功能，以及与操纵装置的协调关系。

当有很多显示装置时，应根据它们的功能分区排列262汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计（2）操纵装置的空间布置•操纵装置的空间布置首先要遵循与其功能、特性和操纵特点相适应，并尽可能减小操纵力•当具有多个操纵装置时，应将较重要和使用频率较高的优先布置在最佳操作区域，即便于施加操纵力、便于观察、便于伸及的区域263汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计（2）操纵装置的空间布置•对于功能上存在逻辑关系的或者有顺序要求的操纵装置，应该考虑功能组合和按使用顺序排列，所采用的排列顺序还应该与人所习惯的排列形式相适应•要保证能够正确地使用操纵装置而不受附近其它操纵装置的影响，操纵装置之间应当有一个最小的分开距离264汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计（3）操纵装置的编码•当控制台上有许多相似的操纵装置时，为提高操作者辨别操纵装置的效果，必须考虑在没有眼睛观察情况下就能使用正确的操纵装置，这就需要对操纵装置进行编码，使每个操纵装置都有自己的特征265汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计（3）操纵装置的编码•编码的方式取决于操作任务要求、辨认的速度和准确性要求、操纵装置的使用频率和重要性、需要编码的操纵装置数目、照明条件等因素266汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计（3）操纵装置的编码•形状和表面纹理编码•尺寸编码•位置编码•颜色编码•标志编码•操作方式编码267汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计（4）操纵装置与显示装置的一致性•在人机系统设计中，需要考虑操纵装置与显示装置的协调性。

设计合理的操纵装置和显示装置会使日常的监视工作变得容易得多，也可以减少由于混淆而造成的读数的错误268汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计（4）操纵装置与显示装置的一致性•为保证操纵装置与显示装置的协调关系，应该考虑以下原则：–a. 显示装置应与相应的操纵装置尽可能地靠近，并且位置相对应；可在操纵装置和显示装置上方贴上标签–b. 当具有多组操纵—显示装置时，显示装置的顺序与操纵装置的顺序要相同，且方向一致–c.若控制台上的操作不是按顺序进行的，则应对操纵装置和显示装置按功能分类，并可用不同的编码加以区分 269汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法4）人机界面设计（5）控制/显示比•操纵过程中，手或脚的移动量（或者操纵装置手柄或旋钮等的转动量）与显示装置指针的移动量的比值，称为控制/显示比，它反映的是控制的灵敏度•对于比较粗略的控制，显示装置指针的移动宜快于操纵装置的移动；但对于比较精细的控制，操纵装置的移动比显示装置指针的移动快些更好270汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法5）作业性能辅助设计•作业性能辅助是指一种“信息装置”或文件，其中包含作业者作业时需要使用的信息•采用作业性能辅助的目的是提高作业效能•作业性能辅助设计包括制定对使用者素质要求和选择操作人员的标准，以及设计操作手册、作业辅助手段、培训方案等271汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法6）系统验证和优化•系统验证的目的是检验系统是否达到最初定义的各种目标•人机系统的验证应在系统开发的各个阶段就分阶段进行，验证的主要标准是操作者的作业效能•对于复杂的设计，模型测试是进行人机工程学性能评估的重要手段，一般包括物理模型测试和虚拟模型测试两种272汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计2. 人机系统设计的内容和方法7）其它问题•为了实现一个完善的人机系统设计，还需要考虑到整个系统的可靠性、安全性，并对系统的作业环境提出要求，包括噪声、微气候、照明和色彩等273汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计3. 人机系统的分析与评价•人机系统的分析与评价是依据一定的标准，采用系统工程的方法，对系统和子系统的设计方案进行定性和定量的分析和评价，目的在于全面了解系统设计的优、缺点，分析存在的问题，为改进设计提供依据274汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计3. 人机系统的分析与评价•人机系统的评价标准包含两方面，即系统作业标准和人的工效标准–系统作业标准因人机系统类型的不同而有不同的项目和内容，如产品质量和产量、设备利用率、能耗等–人的工效标准通常考虑人的生理和心理反应、工作效能、适应度等275汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计3. 人机系统的分析与评价•从综合效果考虑，对人机系统设计的评价可提出下列标准：–安全标准。

系统运行安全，并且具有安全防护措施–可靠标准系统在额定的时间范围内不出现故障–经济效益标准系统运行高效、低成本、低能耗，使总体效能最经济–宜人化标准系统适应人的生理和心理特性，使操作者和使用者感到舒适、方便–社会效益标准系统运行过程中不对社会产生危害，并为社会创造良好的产值和附加值276汽车人机工程学任金东3.3.5 人机系统设计人机系统设计3. 人机系统的分析与评价•主观评价法–建立系统评价体系–进行问卷设计–进行实验人员组织和实验方案设计–实验的实施–实验结果的分析277汽车人机工程学任金东本章结束278汽车人机工程学任金东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《《汽车人机工程学汽车人机工程学》》配套课件课件制作：任金东2010年9月第四章 作业环境设计279汽车人机工程学任金东目录4.1  室内微气候设计4.2  空气质量的改善4.3  环境照明4.4  色彩设计280汽车人机工程学任金东4.1 室内微气候设计室内微气候设计•室内微气候及其影响因素•人体对微气候的反应和热舒适•微气候设计281汽车人机工程学任金东4.1.1 室内微气候及其影响因素室内微气候及其影响因素•室内微气候是指生产环境的气候条件•包括气温，湿度，空气流速，以及作业场所中的设备、产品、零件和原材料的热辐射等条件282汽车人机工程学任金东4.1.1 室内微气候及其影响因素室内微气候及其影响因素•室内微气候的各影响因素对人体的影响是相互关联的•一个因素的变化对人体造成的影响有时可以由另一个因素的相应变化来补偿–例1：温度增高所造成的影响可由增大空气流速来抵消–例2：驾驶员驾车过程中，当车内温度较高时，人体通过出汗来散热，这时如果湿度较低，则汗液容易蒸发，人体就感到相对凉爽；反之，如果空气相对湿度较高，则汗液难于蒸发，就感到闷热283汽车人机工程学任金东4.1.1 室内微气候及其影响因素室内微气候及其影响因素•气温–是评价工作环境气候条件的主要因素之一，对人体的影响也很直接–工作场所的温度受各种热源和微气候因素的影响，如太阳热辐射，气候，作业场所热源，人体散热，以及采暖、制冷和空气调节等，并直接决定了人体与周围环境的热平衡–气温是影响人体热舒适性的主要指标284汽车人机工程学任金东4.1.1 室内微气候及其影响因素室内微气候及其影响因素•湿度–也叫气湿，指空气的干湿程度–湿度是与温度不可分离的环境因素–湿度常用相对湿度来表示，是指在某一温度和大气压力下空气中实际水蒸汽量与饱和水蒸汽量之比的百分数，它反映空气被水蒸汽饱和的程度。

而在一定温度下，每立方米空气中所含的水蒸汽克数称为绝对湿度–空气湿度也是影响人体热平衡的主要因素之一；它对施加于人体的热负荷并无直接影响，但却决定着空气的蒸发力，从而决定着排汗的散热效率，直接或间接地影响人体热舒适度285汽车人机工程学任金东4.1.1 室内微气候及其影响因素室内微气候及其影响因素•空气流速–空气流速的大小对人体散热有很大影响，与人体散热速度呈现线性关系，是影响作业环境温度的重要因素–工作场所的空气流速与通风设备、温差、风压形成的气流等有关286汽车人机工程学任金东4.1.1 室内微气候及其影响因素室内微气候及其影响因素•热辐射–物体在绝对温度大于0K时的辐射能量称为热辐射–任何温度不同的两物体之间都存在热辐射当周围物体表面温度超过人体表面温度时，会向人体辐射热能使人体受热，称为正辐射；反之称为负辐射287汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适1. 人体对热力的反应•人体在新陈代谢过程中产生热量，并主要以对流、辐射和蒸发等方式与周围环境进行热交换•人的舒适感主要取决于影响人体热平衡的微气候环境–当人体散热和新陈代谢产热平衡时，人的感觉良好–如果周围环境因素发生变化，使人体散热量相应变化。

为维持产热和散热平衡，人体会运用自身的调节机能来加强或减少散热，人体内温度也发生变化288汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡1）人体与环境的传热模型（1）Fanger稳态模型•P. O. Fanger于1967年提出的热舒适方程式，组合了影响人体热舒适状态的六个因素，能对任何活动强度、任何衣着的人计算出热平衡状态下的气温、气流速度、围护结构、平均温度和空气湿度的各种组合289汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡1）人体与环境的传热模型（1）Fanger稳态模型•P. O. Fanger的热舒适方程•当S=0时，净得热量为零，人体处于动态热平衡状态290汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡1）人体与环境的传热模型（1）Fanger稳态模型•Fanger模型把人体核心和皮肤看成一个整体，没考虑人体发颤、血管收缩和扩张等人体自身的调节机制；只给出了创造热舒适环境的变量组合，不能预测和评价任意微气候环境下的人体热感觉291汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡1）人体与环境的传热模型（2）Gagge等人的二节点瞬态模型•二节点瞬态模型用于预测人体对瞬态环境的生理反应或响应；它将人体看作由中心层和皮肤层组成，因此，二节点瞬态模型用两个方程来描述核心层和皮肤层的瞬态热交换：核心层皮肤层292汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡2）人体新陈代谢产热•人体由于自身氧化作用释放的能量为新陈代谢能量，其一部分转化为热能，另一部分转化为功。

人体新陈代谢率通常以耗氧量度量：293汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡3）人体与环境的热交换•为了维持生命活动，人必须摄取食物和氧气食物经过体内新陈代谢后产生热能，这些热量必须以与产热相同的平均速率散热，才能维持人体热平衡294汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡3）人体与环境的热交换•人体散热的方式主要有传导、对流、辐射、蒸发、呼吸等•借助于人体自身的调节机制，人体有能力在相当大的环境变动范围内维持热平衡，而在这个范围内仅有一个小的区域被认为是舒适的•由于产热和散热的速率因人而异，通常用单位面积的产失热量来衡量产热和散热的速率295汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡3）人体与环境的热交换（1）传导散热•当人体所接触物体的表面温度低于人体的皮肤温度时，皮肤就会将人体的热量传给物体；反之，皮肤就会从物体上吸收热量两者的温差越大，热传导就越快296汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡3）人体与环境的热交换（2）对流散热•当周围空气温度低于人的皮肤温度时，最接近皮肤的一层空气被加热而上升，周围较凉的空气补充空位。

这样通过空气的不断对流，人体就不断地散热，对流热损失为297汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡3）人体与环境的热交换（3）辐射换热•当人体周围的设施的表面温度低于人体皮肤温度时，身体就不断以辐射方式把热量传给它们反之，当物体表面温度高于人体皮肤温度时，身体将从物体表面吸收辐射热，辐射换热量为298汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡3）人体与环境的热交换（4）蒸发散热•皮肤的蒸发热损失取决于皮肤表面水蒸汽压力与环境中水蒸汽压力之间的压力差、以及皮肤表面的含湿量：299汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适2. 人体的热平衡3）人体与环境的热交换（5）呼吸的热损失•呼吸的热损失包括潜热损失和干热损失两部分一般环境状态下，二者总是同时存在•呼吸的潜热损失•呼吸的干热损失300汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适3. 人体对微气候的主观感觉•热感觉与热舒适是两个不同的概念•热感觉热感觉是皮肤感受器在热刺激下的反应•热舒适热舒适是综合各种热感受器的热刺激信号形成的心理上的愉快感受301汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适3. 人体对微气候的主观感觉1）热感觉•热感觉是人对环境“冷”或“热”的主观感受，是不能用任何直接的方法来测量的302汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适3.人体对微气候的主观感觉1）热感觉•美国供暖、制冷和空调工程师协会（ASHRAE）标准ASHRAE Standard 55-2002中对热感觉的定义为：对热环境冷、凉、稍凉、中性、稍暖、暖或热的有意识的感觉，且热感觉需要人的主观评价•这种自我评价并不十分确切，且因人而异303汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适3.人体对微气候的主观感觉1）热感觉•人体热感觉无法测量，主要通过受试者按照某种等级标度来描述并填写问卷来了解•心理学研究表明：一般人可以不混淆地区分感觉的量级不超过7个，因此对热感觉的评价指标常采用1~7的7级指标304汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适3.人体对微气候的主观感觉1）热感觉•热感觉标度ASHRAE标度Bedford标度Preference标度数值热过热7暖太暖和6稍暖舒适暖和较暖5（+1）中性舒适不变4（0）稍凉舒适凉爽较凉3（-1）凉太凉2冷过凉1305汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适3.人体对微气候的主观感觉1）热感觉•在进行热感觉实验时，受试者通过一些投票方式描述其热感觉，称为热感觉投票TSV306汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适3.人体对微气候的主观感觉1）热感觉•热感觉投票也采用7级标度，其内容与ASHRAE 7级热感觉标度一致，但分级范围常为-3~+3TSV数值TCV数值热+3承受极限4暖+2很不舒适3稍暖+1不舒适2中性0稍不舒适1稍凉-1舒适0凉-2冷-3307汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适3.人体对微气候的主观感觉1）热感觉•热感觉和热舒适有分离的现象存在，在进行人体热反应实验研究时，也常设置评价热舒适程度的热舒适投票TCVTSV数值TCV数值热+3承受极限4暖+2很不舒适3稍暖+1不舒适2中性0稍不舒适1稍凉-1舒适0凉-2冷-3308汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适3.人体对微气候的主观感觉2）热舒适•ASHRAE Standard 55-2002定义的热舒适为：人体对其所处的热环境表示满意的意识状态•人体对环境的热舒适感受是一个综合的主观判断，是人体自身的热平衡和感觉到的环境状况综合起来获得的感觉，是生理和心理多种因素综合作用的结果309汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适3.人体对微气候的主观感觉3）人体热舒适的影响因素•影响人体热舒适的因素包括两类–第一类是环境因素，包括气温、湿度、空气流速和平均辐射温度–第二类是与人的适应有关的因素，包括衣服的绝缘量和新陈代谢率310汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•任何影响人体热舒适的环境因素发生变化，都会对人的热舒适感造成影响•为综合、全面地评价人体的热舒适性，需同时考虑环境和人体适应因素311汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适•4.人体热舒适的评价指标作者适用范围物理测量指标卡他冷却力Hill，1914风速不大，且风向不重要当量温度Dufton，1932供暖房间，气流速度<0.5m/s，当量温度位于8~24℃之间经验指标风冷指数WCISiple气流速度<20m/s有效温度ETHougton，1923温度位于1~43℃之间，气流速度处于0.1~3.5m/s之间不舒适指数DI美国气象局，1957由温度和湿度来评价闷热环境基于热平衡的指标新有效温度ET*Gagge等，1971坐姿工作，轻装标准有效温度SETGagge等，1971适于未发生寒战的情况热应力指标HISBelding Hatch，1955空气温度位于21~60℃之间，气流速度处于0.25~10m/s之间预测平均投票PMVFanger，1972预测接近中性的冷感觉312汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•有效温度–有效温度（ET）是ASHRAE提出的指标，表示人体在不同温度、湿度和气流速度综合作用下产生的湿热主观感受指标–当环境气流速度较低时（低于0.15m/s），对于正常着装的人，ET近似表示为313汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•有效温度–有效温度在低温下过高地估计了湿度对冷感和热舒适的影响，而在高温时对湿度的影响强调得不够314汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•有效温度–1971年Gagge等人在皮肤湿润度的概念基础上提出了新有效温度（ET*）指标–新有效温度新有效温度定义为相对湿度为50%的假想均匀封闭环境中起相同作用的温度；在此环境中，人与在实际环境中一样，在相同的皮肤温度和湿度的条件下，通过辐射、对流和蒸发进行同等数量的热交换，产生同样热感觉315汽车人机工程学任金东人体对微气候的主观感觉4.人体热舒适的评价•有效温度–在某一温度和湿度下的ET*依赖于人所穿的服装及其活动量。

新有效温度根据下式计算316汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•有效温度lET*图317汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•有效温度–大部分人的ET*值处于23.9~26.7℃时感到舒适–ET*适用于海拔高度为2134m的地区，也适用于平均辐射温度接近于干球温度、空气流速低于0.23m/s的室内环境–对于汽车驾驶室，平均辐射温度可能高于干球温度2~3℃，或者低于干球温度2~20℃，空气流速可能高出0.23m/s的2~3倍，使用ET*指标应格外注意318汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•PMV-PPD指标–人体借助自身血液循环、出汗、发颤等调节机制能够在较大的环境变动范围内维持热平衡，而在这个大的范围内仅有小范围是舒适的–通过热舒适方程可以判断某一环境是否能够满足人体热舒适性要求，却不能给出在任意气候条件下人体的热感觉和不舒适程度319汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•PMV-PPD指标–1970年，P. O. Fanger以热舒适方程和ASHRAE的7点标度为依据提出了预测平均热感觉投票指标（PMV）320汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•PMV-PPD指标–预测平均热感觉投票指标PMV321汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•PMV-PPD指标–当L等于0时，人体处于热舒适状态下–在其它环境下，人体的调节机制将改变皮肤温度和汗液的分泌，以维持人体的热平衡–热负荷是人体调节机制生理应变的一种表示，它偏离舒适状态越远，人体就感到越不舒服，因此，一定活动水平的平均热感觉投票值PMV与热负荷有关322汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•PMV-PPD指标–PMV将热感觉分为七级热感觉热暖微暖适中微凉凉冷PMV3210-1-2-3323汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•PMV-PPD指标–预测不满意率（PPD）是用来表示对热环境不满意的百分数–PPD定义为在某一热环境中，热感觉投票值为-3、-2、+3、+2的投票数占所有投票数的百分率–虽然在投票值为+1或-1的人中间也有可能对该环境感到不满意，但通过实验发现：当该热环境令人不满意时，绝大多数人的投票值为-3、-2、+3、+2，因此可以不用考虑此种情况324汽车人机工程学任金东4.1.2 人体对微气候的反应和热舒适人体对微气候的反应和热舒适4.人体热舒适的评价•PMV-PPD指标–P. O. Fanger教授通过对大量的实验数据进行分析，得到PPD的表达式325汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计1. 一般环境微气候设计1）环境温度•一般认为，温度在21±3℃是舒适的温度•不同的季节、劳动条件、着装、个体，对温度的要求不完全相同326汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计1. 一般环境微气候设计2）环境湿度•舒适的湿度一般为40%~60%。

在不同的空气湿度下，人的感觉不同•温度越高，空气的湿度对人的感觉和工作效率的消极影响越大•推荐室内空气湿度X（%）与室内温度t的关系327汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计1. 一般环境微气候设计3）气流速度•在工作人数不多的房间里，空气流动的最佳速度为0.3m/s；在拥挤的房间里则为0.4 m/s•室内温度和湿度很高时，空气流速最好是1~2m/s•保持舒适温度并不意味着室内的气候固定在某一适当水平上恒定不变室内温度或气流速度等条件适当波动，可避免单调的感觉328汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计2. 汽车室内微气候设计•车内小气候是指由车身、车门、车窗等维护结构围成的车内空间场所构成的与室外环境完全不同的车内特殊气候条件•车内小气候既受到车外大气候的影响，又具有自我调控功能，并与车内人员体温调节关系密切329汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计2. 汽车室内微气候设计•温度、相对湿度、空气流速和热辐射是车内小气候的四个影响因素，这四个因素综合作用，直接影响人体的体温调节–在车内小气候的四个影响因素中，人们对空气温度的变化最敏感，它对人体的体温调节起着主要作用–例：在炎热的夏天，太阳辐射带来的温度升高不可忽视，车内温度有时可高达40℃以上，人体将会产生不舒适感，人的注意力、体力和反应能力都会下降；而在冬天，车内温度过低时人体同样会感到不适，产生紧张、疲惫感甚至生病330汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计2. 汽车室内微气候设计•汽车行驶过程中，发动机的排气、燃油蒸汽和尘土都会进入车内；乘客会排出CO2；内饰还会释放出许多污染物，这些会污染车内的空气•车内小气候不仅影响人体与环境的热交换，还影响车内这些污染物的释放和人的感觉331汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计2. 汽车室内微气候设计•适宜的车内小气候是维持车内乘员人体热平衡，保持体温调节处于正常状态的必要条件，有利于驾驶员的正常操作和车内乘员的休息和健康•如果产热大于散热则可造成体内热蓄积而致体温升高，反之则使人体散热过大而导致体温下降；此时，就需要通过体温调节机制来达到热平衡332汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计2. 汽车室内微气候设计•若车内小气候的变动处于一定范围内，机体可以通过体温调节机制保持体内温度的恒定•如果车内小气候的变动超过一定的范围，机体的体温调节就会处于一种紧张的状态，长此以往将影响人体的神经、消化、呼吸和循环系统的功能，造成紧张、疲惫、工作效率低、反应迟钝或误操作引发安全事故，严重时会降低机体的抵抗力，使人生病333汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计2. 汽车室内微气候设计•车内的空间是一个相对狭小的封闭空间，其气候舒适性是乘员关注的问题，是汽车设计初期阶段需要考虑的重要问题•汽车微气候是由采暖、通风和空调系统（HVAC）来控制的，在汽车设计早期，就需要预测HVAC系统对于乘员热舒适性的影响334汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计2. 汽车室内微气候设计•车内微气候设计应综合汽车使用要求、使用条件、结构布置、材料、成本等因素基础上，考虑密封、空气过滤、气流组织、采暖、冷却、隔热、以及风窗玻璃除霜除雾等问题，以提供适合人体热舒适性要求的清洁空气，及其适宜的气流速度、温度和湿度等335汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计2. 汽车室内微气候设计•车内应有足够的新鲜空气，以防乘员恶心、头痛•每名乘员所需的空气更换量，冬季约为20~30m3/h，夏季空气更换强度应较冬季高2~3倍•车室内部CO的含量不宜超过0.01mg/L，CO2含量不宜超过1.5mg/L336汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计2. 汽车室内微气候设计•车内空气流动应均匀，各部分流速差不宜太大，无穿堂风和大的涡流，只允许车厢上部存在局部涡流•在乘员头部水平位置的空气流速，冬季宜小于0.15m/s，夏季宜小于0.5m/s337汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计2. 汽车室内微气候设计•冬季车室内温度宜在10℃以上，各处温差不宜大于10℃•头部气温应比车室内平均温度低2~3℃，腿部及其以下部分温度应高2~3℃。

•车室内空气相对湿度宜保持在30%~70%338汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计3. 车内采暖、通风和空调系统的功能要求•通风：–通风系统是汽车上不分季节、长期运转的系统–包括自然通风自然通风和强制通风强制通风两种模式•自自然然通通风风是利用行车时的气流压差来实现的，不存在能量消耗，但通风不均匀，靠近窗口和通风口处的风速较大，且易造成车室内穿堂风自然通风状况还取决于车速等因素•强制通风强制通风是利用换气扇将空气送入车内，需要消耗能源339汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计3. 车内采暖、通风和空调系统的功能要求•通风：–设计要求：为了提高通风效果，通风系统的进风口和出风口应该设置在有利于利用气流压差的地方，并要注意防尘；在清洗汽车和下雨时，还要保证水不会进入车内340汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计3. 车内采暖、通风和空调系统的功能要求•采暖：–采暖装置是提高乘员热舒适性的装备–根据热源可分为独立式独立式和非独立式非独立式两种•非独立式非独立式利用发动机工作产生的剩余能量供暖，又有利用发动机冷却水和排气热量供暖两种•独立式独立式利用燃料在燃烧器中燃烧产热来供暖341汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计3. 车内采暖、通风和空调系统的功能要求•采暖：–采暖装置按照交换空气的循环方式不同分为车内空气循车内空气循环环、车外空气循环车外空气循环和车内外并用式车内外并用式三种–车内空气循环式不利于车内外空气的交换和车内有害气体的排出，而车外空气循环式则能够克服这一缺点342汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计3. 车内采暖、通风和空调系统的功能要求•制冷：–制冷装置专门用于在炎热气候环境下进行空气调节，以便提供车室舒适热环境–制冷循环一般由压缩、冷凝、膨胀、蒸发组成343汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计3. 车内采暖、通风和空调系统的功能要求•隔热与密封：–为了使车室保持一定的温度，除了装备采暖、制冷和通风装置外，还要使车室具有一定的隔热和密封性能，减少其冷热损失，降低因此而造成的能量消耗–必要的隔热措施还是减少外界热辐射对车内乘员影响的重要环节344汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计3. 车内采暖、通风和空调系统的功能要求•隔热与密封：–隔热一般是借助在车身上加装隔热层实现。

隔热层由玻璃纤维、毛毯、泡沫塑料、胶合板等材料组成–隔热措施设计需要考虑1.车顶受太阳辐射影响较大，其隔热层要保证一定厚度2.车身外部颜色的合理选用能够减少太阳辐射的作用3.发动机罩要有良好的隔热措施，其与发动机接近的表面一般加一层铝箔4.隔热材料的选取要考虑材料、成本、环保等因素345汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计3. 车内采暖、通风和空调系统的功能要求•隔热与密封：–车室的门窗设计时必须采用密封条来保证密封性能–发动机舱与车室之间有很多孔洞，以便于各种线束和管路通过，这些孔洞也要进行必要的密封–在行李舱、发动机罩等罩盖周围，也应该设置密封条，用于隔声、隔热、防雨和防尘–各部位的密封条截面形式应根据具体结构形式合理设计346汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计3. 车内采暖、通风和空调系统的功能要求•车内温度分布–人的感觉舒适与否，还与所处环境的温度分布有关–在冬季，车内的温度分布应使大腿和脚迅速暖和起来，形成人们所习惯的“头凉脚热”的温度分布–在夏季，头部的温度也应比脚部低一些，使人感到凉爽宜人–对于长度比较大的汽车，HVAC系统由于存在较大的沿程损失，容易造成汽车前后部分存在温差，这在寒冷的北方冬季比较明显，就要求对HVAC系统的功率、送风量、风道布置、风道开口部位等进行合理的计算和布置347汽车人机工程学任金东4.1.3 微气候设计微气候设计4.车内流场、温度场计算和乘员热舒适性分析–（略）348汽车人机工程学任金东3.空气质量的改善空气质量的改善空气污染及其危害空气污染及其危害空气质量的改善空气质量的改善349汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害1.空气污染概述•空气是无色、无臭、无味的多种气体的混合物，并含有不定量的水蒸汽、尘埃、微生物等杂质•人与机器都要处于干净的空气里。

干净的空气是指含有足够百分比的氧和少量有害成分的空气350汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害1.空气污染概述•空气污染空气污染是指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入空气中，呈现足够的浓度，持续足够的时间，危害人的健康或环境的现象•这些进入空气并可能产生危害的物质被称为空气空气污染物污染物351汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害1.空气污染概述•空气污染物按其存在状态分为气溶胶气溶胶和气体气体两大类–气溶胶气溶胶是以气体为分散介质，以固态、液态微粒为分散相所组成的胶体物系•例如：粉尘、飞灰、黑烟、液滴、雾等–气态污染物气态污染物是以气体分子状态混合在大气中的气体或蒸汽污染物•例如：硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物、卤素化合物、铅及其化合物、汞蒸汽、臭氧、放射性物质等352汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害1.空气污染概述•空气污染主要来自下面三个方面1.生活污染源是人类生活活动中排放的污染物，•如：供暖时，燃料燃烧释放的一氧化碳、二氧化碳等2.工业污染源几乎所有的工业生产都向大气排入有害物质•例如：燃料燃烧和生产过程中排放的烟尘、毒气和其它有害物质。

3.交通污染源汽车、飞机、船舶等交通工具的尾气中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、铅等353汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•大气中的常见空气污染物–硫氧化物–氮氧化物–碳氧化物–光化学烟雾•是排入大气中的硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物、烟尘等，在日光紫外线的照射下发生光化学反应形成的一种毒性很大的二次污染物，主要成分为醛类、酮类、过氧乙酰硝酸酯、硫酸及硫酸盐溶液、硝酸及硝酸气溶胶、臭氧等物质，常以烟雾形态存在，具有特殊的臭味，对生物的危害很大354汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•汽车内部空气污染物–车内空气环境与车外环境密切联系，并时刻受到车外环境的影响–一般情况下车内污染物浓度远远高于车外，严重影响乘员的身体健康因此，车内空气环境污染更值得关注355汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•汽车内部空气污染物1.化学污染物–化学污染物是车内空气污染的主要部分，其中挥发性有机物（VOC）占多数356汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•汽车内部空气污染物1.化学污染物–澳大利亚和新西兰环境保护协会（ANZECC）从种类繁多的汽车污染化合物中优选了28种作为监测代表指标序号化合物序号化合物序号化合物序号化合物1苯8氟化物15四氯乙烯22临苯二甲酸酯2甲苯9氯乙烯16六价铬化合物23多氯联苯(PCBs)3甲醛10苯乙烯17汞及其化合物24总挥发有机物( TVOC)4乙醛11甲乙酮18砷及其化合物25甲苯基二异氰酸酯5二甲苯12甲异丁酮19镉及其化合物26氯化聚二氧(杂) 芑、呋喃6丙烯醛13二氯甲烷20镍及其化合物27多芳环碳氢化合物(PAHs)7丙烯腈14三氯乙烯211,3 -丁二烯28二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)357汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•汽车内部空气污染物–甲醛•无色，有强刺激性气味，易挥发，易溶于水和乙醚，是用途广泛的化工原料。

车内甲醛主要来自装饰材料和胶粘剂•危害对呼吸道和五官粘膜危害特别大能引起皮肤过敏，甚至引起皮炎和湿疹能使蛋白质凝固变性，对细胞具有强大的破坏作用长期接触低浓度的甲醛可出现记忆力衰退、嗜睡等神经衰弱症状长期吸入高浓度的甲醛会产生肺功能显著下降、头疼、眩晕和神经系统功能降低等症状，甚至出现呼吸、循环系统衰竭的情况可引起遗传物质突变、损伤染色体，已被国际癌症研究中心确定为人类可疑致癌物358汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•汽车内部空气污染物–苯及其同系物•具有强烈芳香气味，易挥发、易燃、易爆•车内的苯类物主要来自胶粘剂、烟草的烟雾、油漆、地毯、合成纤维布、空气清新剂、杀虫消毒剂等•长期接触或吸入一定浓度的苯或苯类物会引起慢性中毒导致再生障碍性贫血；若造血功能完全破坏，可引起白血病如果处在有高浓度苯的空间里，人在短时间内就会出现头晕、胸闷、恶心、乏力、呕吐等症状；若不及时脱离现场，可引起昏迷以致呼吸、循环系统衰竭而死亡359汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•汽车内部空气污染物–氮氧化物•是氮和氧的多种化合物的总称•造成车内空气污染的主要是一氧化氮和二氧化氮。

车内的氮氧化物主要来源于汽车尾气•氮氧化物对上呼吸道有刺激作用氮氧化物较难溶于水，因而能侵入呼吸道深部细支气管和肺泡，并缓慢溶解于肺泡表面的水分中，形成亚硝酸和硝酸，对肺泡组织产生强烈的刺激和腐蚀作用引起肺炎和肺水肿亚硝酸进入血液后，与血红蛋白结合生成高铁血红蛋白，引起组织缺氧，出现呼吸困难、血压下降和中枢神经系统损害360汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•汽车内部空气污染物–车内化学污染物主要来源于车内装置和装饰材料的释放，以及从车外通过门、窗或其它孔隙进入到车内–现代汽车内饰非金属材料所占比重不断增加，如：涂料、塑料、橡胶、隔热保温材料、胶粘剂等这些材料生产的地毯、座椅、装饰板、贴膜、泡沫软垫等会释放出苯、甲醛、丙酮、二甲苯等有害物质–在内饰生产和装配中广泛使用的胶粘剂，在使用时会挥发出大量的有机化合物，包括酚、甲酚、甲醛、甲苯、乙苯、苯乙烯等361汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•汽车内部空气污染物–车室外部污染物进入车室内部，也是造成车内污染的重要途径–例：•前方车辆排放的尾气对紧随其后的车辆内部造成污染•发动机运转时，通过排气管、 曲轴箱、 燃油蒸发等途径排放的一氧化碳、汽油挥发物等有害气体，有可能从汽车的通风系统进入车内•发动机运转所产生的热量还会增加车内污染物的挥发•发动机在不同工况下，尾气中有害物质的成分有很大区别，比如，汽车处于启动、怠速、加速和爬坡状态时，发动机内燃料燃烧不充分，尾气中会含有更多有害成分362汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•汽车内部空气污染物2.生物污染物–生物污染物主要是指车内存活的细菌、霉菌、真菌、病毒等微生物，它们普遍存在于各种室内环境中–汽车空调系统、地毯、座椅等处都是微生物容易滋生和寄居的地方363汽车人机工程学任金东4.2.1 空气污染及其危害空气污染及其危害2. 空气中的主要化学污染物及其危害•汽车内部空气污染物3.可吸入颗粒物–颗粒物是以固态（如灰尘、烟雾等）或液态（如雾、霆雾等）微小颗粒存在于气体中的分散胶体，其化学组成非常复杂，粒径大小差异很大–发动机燃料的不完全燃烧所排出的尾气中含有很多可吸入颗粒物，而柴油机比汽油机排出的可吸入颗粒物严重得多•流动污染源中有三分之二的可吸入颗粒物来自于柴油机排放；其中，道路上47%的乙醛、29%的丙烯醛、51%的甲醛都来自柴油发动机的排放；其中，95%的污染来自于重型柴油发动机排放364汽车人机工程学任金东4.2.2 空气质量的改善空气质量的改善•总体而言，空气污染的防治主要从以下方面着手1.加强对空气污染的立法与管理2.改变能源结构，优化工业布局3.搞好区域环境污染的综合治理4.采用先进技术，减少污染排放365汽车人机工程学任金东4.2.2 空气质量的改善空气质量的改善•车内空气污染的防治–控制污染源–汽车的合理使用1.要经常通风换气2.合理使用空调3.对于车内装饰，应遵循适用、简洁原则，装饰材料要使用环保的绿色材料366汽车人机工程学任金东4.环境照明环境照明367汽车人机工程学任金东4.3.1 照明的度量照明的度量1. 光与人眼视觉•人通过视觉从外界获得视觉信息，此过程与照明环境具有密切的关系，因此，照明条件是作业环境中的一个重要方面368汽车人机工程学任金东4.3.1 照明的度量照明的度量1. 光与人眼视觉•物体表面发出、反射或折射的光谱成分中，可见光部分进入人眼引起色彩感觉。

由于眼睛对来自物体的不同光谱成分有着不同的感觉，于是形成色彩感觉不同的物体，以及同一物体在不同的光照环境下，所呈现的色彩不同因此，色彩感觉既取决于人眼对不同波长光波的感觉，又取决于物体表面的属性和周围环境的照明效果369汽车人机工程学任金东4.3.1 照明的度量照明的度量2. 光和照明的度量1）光通量•光通量指单位时间通过某截面的光能•人眼对光感觉的强弱不仅取决于光源辐射能量，还取决于人眼对光波长的灵敏度描述人眼对不同波长光波平均灵敏度的量称为相对视敏函数K（λ）•光通量Φ定义为辐射通量与视敏函数的乘积370汽车人机工程学任金东4.3.1 照明的度量照明的度量2. 光和照明的度量2）光强•光强I的单位为坎德拉（cd），它定义为单位立体角内的光通量•式中，Φ为光通量；Ω为立体角，Sr371汽车人机工程学任金东4.3.1 照明的度量照明的度量2. 光和照明的度量3）照度•照明常用的计量单位是照度和亮度•照度是被照单位面积上所接受的光通量•照度的单位是勒克司（lx）若被照平面面积为S，接受的光通量为Φ，则照度E为372汽车人机工程学任金东4.3.1 照明的度量照明的度量2. 光和照明的度量3）照度•各种环境条件下的照度强度环境条件照度/lx环境条件照度/lx黑夜0.01~0.1晴天室内100~1000月夜0.02~0.2晴天室外2000~100000阴天室内5~50夜晚室内照明50~500阴天室外50~500读书所需照明50373汽车人机工程学任金东4.3.1 照明的度量照明的度量2. 光和照明的度量3）照度•照度受被照物体与光源的距离及夹角的影响，它们之间的关系为•式中，E为照度，lx；I为光强，cd；D为光源到被照物的距离，m；α为光线在受照表面的入射角，（°）374汽车人机工程学任金东4.3.1 照明的度量照明的度量2. 光和照明的度量4）亮度•亮度是物体表面单位面积向视线方向发出光或反射光强度•亮度的单位为坎德拉每平方米（cd/m2）•室内照明强度为300lx时，各种物体表面的亮度物体亮度/（cd/m2）物体亮度/（cd/m2）荧光灯（65W）1000荧光屏的亮边70窗户的表面1000~4000荧光屏的暗边4桌面的白纸70~80屏幕背景5~15桌面40~60375汽车人机工程学任金东4.3.1 照明的度量照明的度量2. 光和照明的度量4）亮度•在考虑照明强度时，不仅应考虑照度，也应考虑亮度，因为同样的照度条件下，亮度的不同也影响人的视力–例：在室内没有灯光的情况下，我们不能读书，但仍然能看到计算机屏幕上的内容376汽车人机工程学任金东4.3.2 照明对作业的影响照明对作业的影响1. 照明与疲劳•人眼为看清物体，必须通过眼球周围的6根眼肌收缩来调节晶状体的折光能力和瞳孔的大小，眼肌的反复收缩很容易引起疲劳，尤其是睫状肌。

因此，在照明条件不好的情况下，人很容易产生视觉疲劳，严重时甚至会引起全身性疲劳377汽车人机工程学任金东4.3.2 照明对作业的影响照明对作业的影响2. 照明与工作效率•改善照明条件不仅可以减少视觉疲劳，也可以提高工作效率适当的照明条件可以提高工作的速度和精确度，从而增加产量，提高质量，减少差错和事故次数378汽车人机工程学任金东4.3.2 照明对作业的影响照明对作业的影响3. 照明与情绪•生理学和心理学方面的实验表明，照明会影响人的情绪•一般而言，明亮的环境令人兴奋、愉快，容易保持良好的积极性良好的照明条件还延缓视觉疲劳的发生，保持良好的工作状态379汽车人机工程学任金东4.3.3 照明设计照明设计1. 照明标准•照明标准是指工作场所必须达到的照度水平，是照明设计和管理的重要依据照明标准并不是人的视觉要求的最低水平，而是综合考虑人的视觉、生产力水平、电力成本等因素的结果•我国的照明标准是采用间接法制定的，即从保证一定的视觉功能出发来选择最低照度值，并考虑了我国当前的电力生产和消费水平380汽车人机工程学任金东4.3.3 照明设计照明设计1. 照明标准•天然采光和房间的照明标准381汽车人机工程学任金东4.3.3 照明设计照明设计2. 照明设计1）照明的设计原则•具有合理的照度分布。

作业环境中，照度的分布在不同时间、不同位置具有较大的差别，也不要过于一致而产生单调感•光线方向和分布合理，并避免光线直射人眼而造成眩光•光源的照明和颜色要协调一致，以创造合适的气氛382汽车人机工程学任金东照明设计2. 照明设计2）照明方式•照明方式影响照明质量选用何种照明方式与工作性质及工作点分布疏密有关•工作场所人工照明方式一般分为三种–一般照明也叫全面照明，是指不考虑特殊的局部需要，为照亮整个被照面积而设置的照明–局部照明 是指为增加某一指定地点的照度而设置的照明–综合照明由一般照明和局部照明共同组成的照明383汽车人机工程学任金东照明设计2. 照明设计3）眩光的避免•当视野内出现过高的亮度或过大的亮度对比时，人会感到刺眼这种刺眼的光线称为眩光•眩光按产生的原因分为三种：直接眩光、反射眩光和对比眩光–直接眩光是由于明亮的光源直接照射到人眼引起的–反射眩光是光线经光滑物体表面反射进入人眼引起的–对比眩光是物体与背景明暗相差太大引起的384汽车人机工程学任金东照明设计2. 照明设计3）眩光的避免•眩光的存在会使人眼的暗适应遭到破坏，产生视觉后像，使工作区的视觉效率降低，产生视觉不舒适感并分散注意力，易引起视疲劳，长期下去会损害视力385汽车人机工程学任金东照明设计2. 照明设计3）眩光的避免•要避免眩光的存在，应注意遵守下列原则：1.在视力范围内所有的物体和表面应尽量保证昼夜有相同的照明强度2.视力中心附近的照明强度对比不应高于3:1，视力中心与视力边界的照明强度对比不应高于10:1。

过度的照明强度对比在视力范围的两侧和下面比在上面更为不利视力中心的亮度应当最高，向四方逐渐降低3.光源与背景的照明强度对比度不应超过20:14.在整个房间最大的照明强度对比度应不超过40:1386汽车人机工程学任金东照明设计2. 照明设计4）照度和亮度的分布•视力范围内照明的有节奏的变化，会迫使人眼明暗适应的交替；由于人的瞳孔和视网膜对光环境的改变所作的调整有一定的迟延，照度的波动使人眼在大部分时间处于曝光过度或曝光不足的状态，容易导致眼睛疲劳，降低工作效率387汽车人机工程学任金东照明设计2. 照明设计4）照度和亮度的分布•亮度的分布要均匀•亮度分布通过选择合适的室内各表面的反射系数来实现388汽车人机工程学任金东5.色彩调节色彩调节色彩的基本概念色彩的基本概念作业环境色彩设计作业环境色彩设计389汽车人机工程学任金东4.4.1 色彩的基本概念色彩的基本概念•色彩视觉是由于某一波长的光线入射到人眼，引起视网膜内色觉细胞兴奋产生的视觉现象•当各种颜色的光线照射到物体上时，由于物体表面的某些特性，不同波长的光会发生全反射、部分反射、全吸收或部分吸收现象，所反射出来的光线相遇混合后，就形成了这物体所呈现的颜色•色彩与人眼的生理机能有关。

当人眼受到不同强度的色光刺激后，就会形成不同的颜色感觉•为度量和比较色彩的变化，人们提出了色调、饱和度和明度三种鉴别色彩的要素390汽车人机工程学任金东4.4.1 色彩的基本概念色彩的基本概念•色调–是色彩的名称，如红、黄、蓝、绿、红橙、青紫等•饱和度–又称为彩度或纯度，是指某种色彩含该色量的饱和程度–当某一色彩浓淡达到饱和，而又无白色、灰色或黑色渗入其中时，即呈纯色–若有黑、灰色渗入，即为过饱和色；若有白色渗入，即为未饱和色391汽车人机工程学任金东4.4.1 色彩的基本概念色彩的基本概念•明度–明度是指色彩的亮暗程度，是光线强弱程度不同所产生的明暗效果–同一色调可有不同的明度•如：红色就有紫红、深红、浅红之分–不同色调也有不同的明度•如：在红、橙、黄、绿、青、蓝、紫中，蓝和紫明度最低，红和绿明度中等，黄色明度最高，所以人们感到黄色最刺眼392汽车人机工程学任金东4.4.2 色彩对人的影响色彩对人的影响1. 色彩对人生理的影响•颜色的生理作用主要表现在对视觉工作能力和视觉疲劳的影响在颜色视觉中，人们能够根据色调、饱和度和明度的差别来辨别物体，即使物体的亮度和亮度对比并不很大，也能有较好的视觉条件，并且眼睛不容易疲劳。

但是颜色不宜过分强烈，以免引起视觉疲劳•在选择颜色对比时，一般认为以色调对比为主较合适，而亮度和彩度对比不宜过大393汽车人机工程学任金东4.4.2 色彩对人的影响色彩对人的影响1. 色彩对人生理的影响•颜色的生理作用还表明，眼睛对不同颜色光具有不同的敏感性–例：人眼对黄色光较敏感，因此常用黄色作警戒色车间内危险部位、危险障碍等涂以黄色或黄黑、黄蓝相间的颜色是适宜的美国和日本学者通过实验研究都认为，黑底黄色最易辨认394汽车人机工程学任金东4.4.2 色彩对人的影响色彩对人的影响2. 色彩对人心理的影响•人类社会发展过程中，由于所处的地域、民族、信仰、历史传统等不同，每种色彩表现出来的象征意义也不同，但也有许多共同点395汽车人机工程学任金东4.4.2 色彩对人的影响色彩对人的影响2. 色彩对人心理的影响•不同的颜色不仅具有不同的象征意义，而且由于年龄、性别、习惯等的差异，不同人对色彩的感受、联想等也不相同，但对大多数人来说是大致相同的•正确选择颜色，不仅有益于视觉工效，而且也会满足人们的审美趣味396汽车人机工程学任金东4.4.3 作业环境色彩设计作业环境色彩设计•合理选择色彩，使工作场所具有良好的色彩环境，称为颜色配置或色彩调节•在色彩搭配合适的环境中作业，能够使作业者舒适愉快、注意力集中，减少差错和事故，延缓作业疲劳，提高工作质量397汽车人机工程学任金东4.4.3 作业环境色彩设计作业环境色彩设计1.工作房间•首先取决于工作特点•还要考虑色彩的反射率2.机器和设备•机器设备的显示装置、操纵装置和主要部件应按规定着色，以便于识别和操作•加工机械着色还应考虑被加工材料的色彩，使它们形成良好的色彩对比398汽车人机工程学任金东4.4.3 作业环境色彩设计作业环境色彩设计3.工作面•工作面的着色明度和反射率不宜过大•为了提高对细小零件的分辨力，可以使工作面和零件形成适当的色彩对比；但色彩对比不可过大，否则容易造成视觉疲劳399汽车人机工程学任金东4.4.3 作业环境色彩设计作业环境色彩设计4.安全标志•用彩色标志传递安全信息是一种行之有效的方法•我国国标规定安全色为红、蓝、黄、绿四种–红色：表示紧急、禁止、停止、事故和操作错误，也被用作防火的颜色–黄色：用于表示警告信号–绿色：表示工作正常、允许运行–蓝色：表示整机工作正常400汽车人机工程学任金东本章结束401汽车人机工程学任金东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《《汽车人机工程学汽车人机工程学》》配套课件课件制作：任金东2010年9月第五章 汽车人机工程设计辅助工具402汽车人机工程学任金东目录5.1  H点装置5.2  驾驶员H点位置线5.3  眼椭圆5.4  头廓包络5.5  驾驶员手伸及界面5.6  驾驶员膝部包络线5.7  驾驶员胃部包络线5.8  数字人体模型403汽车人机工程学任金东5.1 H点装置点装置404汽车人机工程学任金东•H点装置（H Point Device）是车身布置和测量的重要工具，对于进行驾驶室人机工程学设计和参数测量、辅助进行驾驶室内部基准点的定位具有重要意义•H点装置包括H点测量装置（H-Point Machine，HPM）和H点设计工具（H-Point Design Tool，HPD）405汽车人机工程学任金东5.1.1 HPM-ⅡⅡ型型H点测量装置的构造点测量装置的构造•HPM-II型H点测量装置由鞋、小腿、大腿、座板和躯干组成，各部分均可以拆卸•还包括鞋固定装置和头部空间测量装置两个附件406汽车人机工程学任金东407汽车人机工程学任金东5.1.1 HPM-ⅡⅡ型型H点测量装置的构造点测量装置的构造1.1.鞋的构造鞋的构造•装有踝关节角度尺；AHP到PRP侧向偏移量标尺，还有测量鞋底面倾角（A47或A48）的辅助测量标记点•其它零件：锁止螺钉、水平调节螺钉、气泡水平仪、鞋固定装置408汽车人机工程学任金东5.1.1 HPM-ⅡⅡ型型H点测量装置的构造点测量装置的构造2. 腿部的构造腿部的构造•小腿和大腿长度均可调节，并可以用紧固旋钮固定于某刻度处•在大腿靠近膝关节一端还装有用于度量小腿侧向位置的刻度盘•膝关节处装有角度刻度盘，用来指示膝关节角度409汽车人机工程学任金东5.1.1 HPM-ⅡⅡ型型H点测量装置的构造点测量装置的构造3. 躯干的构造躯干的构造•由胸部、腰部和骨盆部组成，相互之间铰接在一起•胸部和腰部都装有支撑重块的托架。

在腰部还装有支撑头部空间测量装置的固定栓•还有把手、载荷施加点、H点枢轴、躯干角度测量台等件410汽车人机工程学任金东5.1.1 HPM-ⅡⅡ型型H点测量装置的构造点测量装置的构造4. 座板总成的构造座板总成的构造•由座板、大腿和骨盆重块定位杆、H点位置杆、躯干支撑装置、水平仪等组成411汽车人机工程学任金东5.1.2 H点设计工具点设计工具•HPD是HPM-Ⅱ的简化CAD模型•HPD模型的鞋、小腿部和大腿部位于身体右侧•模型上以点和线的形式标出了HOS、BOF、H点、小腿线和躯干线等基准点和参考线412汽车人机工程学任金东5.1.3 H点装置上的基准点点装置上的基准点•H点装置可用于建立车内布置关键基准点和尺寸•汽车内部布置最重要的基准点是H点，一般借助H点测量装置HPM或者H点设计工具HPD来定义•在HPM和HPD上定义了与设计和人机关系相关的点和参考线，包括H点、D点、K点、躯干线、腿线、座垫线等；同时，车身布置的一些重要基准点也需要借助H点装置来定义413汽车人机工程学任金东5.1.3 H点装置上的基准点点装置上的基准点1）H点•是H点装置上躯干与大腿的铰接点；在不同场合，其表现形式也不同•设计H点：是借助HPD按一定程序建立的H点，用以表达设计乘坐位置414汽车人机工程学任金东5.1.3 H点装置上的基准点点装置上的基准点1）H点•乘坐基准点（SgRP）：是一个特殊的设计H点① 是在车辆设计过程初期就定义的重要基准点② 行程可调节座椅在其H点调节轨迹上有许多设计H点，但只有唯一一点定义为SgRP③ 驾驶员SgRP很重要，它用于定位一些布置工具，且用来定义了许多关键尺寸415汽车人机工程学任金东5.1.3 H点装置上的基准点点装置上的基准点1）H点•实际H点：是将HPM按规定步骤安放在座椅上时，所测得的H点位置（相对于整车坐标系，或者相对于座椅结构）416汽车人机工程学任金东5.1.3 H点装置上的基准点点装置上的基准点2）D点：是坐姿状态下H点装置臀部的最低点3）K点：H点装置上大腿和小腿铰接点，即膝关节点4）躯干线：H点装置上，自H点出发、平行于后背腰部区域外表面、用于定义躯干角度的直线5）腿线：连接腿部两端关节的直线，包括大腿线和小腿线。

大腿线连接H点和K点，小腿线连接K点和踝关节点6）座垫线：H点装置上，自H点出发，用于定义座垫角度的直线417汽车人机工程学任金东5.1.3 H点装置上的基准点点装置上的基准点7）鞋上的基准点•AHP：当H点装置的鞋按照适当方法根据自由状态加速踏板定位后，其踵点与地板表面（考虑地毯压塌量）的交点•BOF：鞋底表面一点，与踵点相距200mm其侧向位置位于鞋宽度的一半处•裸足底线：鞋底附近与鞋底成6.5°的直线，用于定义踝关节角度418汽车人机工程学任金东5.1.3 H点装置上的基准点点装置上的基准点7）鞋上的基准点•地板基准点（FRP）：将H点装置的鞋按一定方法定位（鞋底与考虑地毯压塌量的地板表面接触）后，踵点与地板的交点FRP不适用于驾驶员右脚（用AHP代替）•踏板基准点（PRP）：当鞋按照适当方法根据加速踏板定位后，加速踏板表面上与BOF接触的点419汽车人机工程学任金东5.1.3 H点装置上的基准点点装置上的基准点420汽车人机工程学任金东5.1.3 H点装置上的基准点点装置上的基准点•H点测量装置上提供了14个辅助测量点借助坐标测量机对这些点进行坐标测量，就可以方便地将某些关键点和关键参数计算出来421汽车人机工程学任金东5.1.4 H点装置的功能和应用点装置的功能和应用1. H点装置的测量功能点装置的测量功能•当H点装置用于测量用途时，能够将座椅和车内硬点和硬点尺寸测量出来•按照测量的用途区分，可分成–方案对比分析（对标分析，Benchmarking）–方案审核–定位内部基准点422汽车人机工程学任金东5.1.4 H点装置的功能和应用点装置的功能和应用2. H点装置的设计功能点装置的设计功能•在方案设计中，用H点装置来建立室内人机工程学基本布置方案所涉及的关键基准点和尺寸，这些关键基准点和尺寸称为硬点和硬点尺寸423汽车人机工程学任金东5.1.4 H点装置的功能和应用点装置的功能和应用3. 利用利用H点装置进行驾驶员乘坐环境参数对标点装置进行驾驶员乘坐环境参数对标进行实验准备对车内关键点进行三坐标测量建立PRP和AHP调节座椅位置和姿态安放HPM的座板总成和躯干部安装HPM的配重测量HPM的关键点坐标计算SgRP安装腿部记录测量结果将HPM从座椅上面取下424汽车人机工程学任金东5.1.4 H点装置的功能和应用点装置的功能和应用•4. 利用利用H点装置建立前排乘员布置方案点装置建立前排乘员布置方案硬点尺寸参数定义H30-1 / mm驾驶员座椅高度W20-1 / mm驾驶员侧向中心线位置A40-1 / （°）H点装置躯干角，取22°L18-1 / mm驾驶员座椅的腰部支撑量A27-1 / （°）驾驶员座椅的座垫倾角•大腿长度为456mm，小腿长度为459mm•完成HPD定位之后，其上的基准点、参考线和相关硬点尺寸就确定了425汽车人机工程学任金东5.2 驾驶员驾驶员H点位置线点位置线426汽车人机工程学任金东5.2.1 A类车类车SAE H点位置曲线点位置曲线•A类车的H点位置曲线模型为式中，x为H点到BOF的水平距离（mm），z为H点到AHP的垂直距离（mm）427汽车人机工程学任金东5.2.2 B类车类车SAE H点位置曲线点位置曲线•B类车的H点位置曲线，要考虑驾驶员群体中男性和女性所占的比重•表中，X为H点到AHP的水平距离（mm），Z为H点到AHP的垂直距离（mm）428汽车人机工程学任金东5.2.3 踏板平面角踏板平面角•踏板平面角为鞋底与水平面的夹角•式中，z为H点到AHP的垂直距离（H30，cm），它反映了容纳驾驶员群体乘坐的座椅高度429汽车人机工程学任金东5.3 眼椭圆眼椭圆430汽车人机工程学任金东5.3.1 眼椭圆的定义和由来眼椭圆的定义和由来•眼椭圆（Eyellipse，Eye和Ellipse的合成）是指不同身材的乘员以正常姿势坐在车内时，其眼睛位置的统计分布图形；左右各一，分别代表左右眼的分布图形431汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆1. 眼椭圆尺寸的计算眼椭圆尺寸的计算•长轴长度Lxl研究表明，驾驶员眼睛位置沿Ax方向的分布与驾驶员身高呈现0.473的相关关系l可以利用身高的分布来计算长轴长度432汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆1. 眼椭圆尺寸的计算眼椭圆尺寸的计算•长轴长度Lx433汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆1. 眼椭圆尺寸的计算眼椭圆尺寸的计算•长轴长度Lx–长轴长度Lx =CM-CF434汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆1. 眼椭圆尺寸的计算眼椭圆尺寸的计算•短轴长度Ly和竖轴长度Lz眼椭圆的短轴和竖轴长度基本上不受驾驶员身高和布置参数的影响。

因此，可以根据眼睛位置一维正态分布变量的标准差和眼椭圆百分位值 来计算Ly和Lz，即435汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆2. 眼椭圆的定位眼椭圆的定位•椭圆倾角的计算•椭圆中心t为变速类型，当有离合踏板时t=1，否则，t=0CM、CF分别为男子和女子眼睛位置分布的上、下1-P分位点436汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆2. 眼椭圆的定位眼椭圆的定位437汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆3. 适合某些国家驾驶员群体的眼椭圆适合某些国家驾驶员群体的眼椭圆•截至2002年，SAE给出了美国、日本和荷兰的眼椭圆尺寸和定位公式438汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆3. 适合某些国家驾驶员群体的眼椭圆适合某些国家驾驶员群体的眼椭圆1）眼椭圆尺寸百分位TL23 / mm长轴Lx / mm短轴Ly / mm竖轴Lz / mm95th1~133173.860.393.4>133206.460.393.499th1~133242.185.3132.1>133287.185.3132.1适合美国人的A类车、可调节座椅眼椭圆尺寸439汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆3. 适合某些国家驾驶员群体的眼椭圆适合某些国家驾驶员群体的眼椭圆2）眼椭圆定位适合美国人的A类车、可调节座椅眼椭圆定位440汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆4. 眼点眼点•E点： E点（眼点）代表眼睛位置，是视野设计过程中视线的出发点•P点： P点是驾驶员头部水平转动的中心点，与E点等高，位于左右眼点EL和ER连线中点后方98mm处441汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆4. 眼点眼点•P点相对于95百分位中央眼椭圆中心的偏移量TL23P点Δx / mmΔy / mm左侧驾驶Δy / mm右侧驾驶Δz / mm＞133mmP10-7.3+7.3-20.5P226.2+20.6-20.6-20.5P3191.0-11.2+11.2+22.5P4191.0+11.2-11.2+22.5＜133mmP116.3-7.3+7.3-20.5P239.2+20.6-20.6-20.5P3175.0-11.2+11.2+22.5P4175.0+11.2-11.2+22.5442汽车人机工程学任金东5.3.2 A类车、行程可调节座椅眼椭圆类车、行程可调节座椅眼椭圆4. 眼点眼点•头部转动点P1和P2分别用来计算驾驶员左、右侧A柱的双目视野障碍角•头部转动点P4和P3分别用来计算驾驶员左、右侧后视镜的间接视野443汽车人机工程学任金东5.3.4 B类车眼椭圆类车眼椭圆1．．B类车眼椭圆尺寸和定位类车眼椭圆尺寸和定位•尺寸百分位TL23 / mm长轴Lx / mm短轴Ly / mm竖轴Lz / mm95th 100~133173.8105.086.0>133198.9105.086.099 th100~133242.1149.0122.0>133268.2149.0122.0444汽车人机工程学任金东5.3.4 B类车眼椭圆类车眼椭圆1．．B类车眼椭圆尺寸和定位类车眼椭圆尺寸和定位•B类车眼椭圆定位时以ATRP作为基准点•在侧视图上，眼椭圆关于其中心有向前下方11.6°的转角；在俯视图上，左右眼椭圆关于其中心有向右侧5.4°的转角X为椭圆中心相对于ATRP的水平距离；YL、YR分别为左、右眼椭圆中心相对于ATRP的侧向距离；Z为圆中心相对于ATRP的垂直距离445汽车人机工程学任金东5.3.4 B类车眼椭圆类车眼椭圆446汽车人机工程学任金东5.3.4 B类车眼椭圆类车眼椭圆2．．ATRP•ATRP是驾驶室布置工具图形定位基准点式中，X为ATRP到AHP的水平距离（mm），Z为ATRP到AHP的垂直距离（mm）447汽车人机工程学任金东5.3.5 眼椭圆的理论解释眼椭圆的理论解释1. 眼椭圆的数学含义眼椭圆的数学含义眼眼椭椭圆圆的的几几何何含含义义，，就就是是该该方方向向眼眼睛睛坐坐标标变变量量二二维维正正态态分分布布概概率率密密度度函函数数的的等概率密度线等概率密度线448汽车人机工程学任金东眼椭圆的理论解释眼椭圆的理论解释2. 眼椭圆的视切比眼椭圆的视切比•视切比视切比定义为眼睛位置落在眼椭圆切线包含眼椭圆一侧的概率•对于眼椭圆的任意切线，眼睛位置落在包含眼椭圆一侧的概率都相等，且等于眼椭圆的百分位449汽车人机工程学任金东眼椭圆的理论解释眼椭圆的理论解释2. 眼椭圆的视切比眼椭圆的视切比•包含比包含比，定义为眼睛位置落在眼椭圆内的概率。

视切比总是要大于包含比450汽车人机工程学任金东5.3.6 眼椭圆的应用眼椭圆的应用•眼椭圆是汽车视野设计的基础，但只有与视线（切线）一起使用方有意义451汽车人机工程学任金东5.4 头廓包络头廓包络概述概述A类车头廓包络类车头廓包络B类车头廓包络类车头廓包络头廓包络的应用头廓包络的应用452汽车人机工程学任金东5.4.1 概述概述1．头廓包络定义•头廓包络指不同身材的乘员以正常姿势坐在适意的位置时，其头廓（包括头发）的包络；用于在设计中确定乘员所需的头部空间•与眼椭圆相对应，头廓包络面也包括座椅行程可调式和不可调式两种453汽车人机工程学任金东5.4.1 概述概述2．头廓包络生成原理•通过对人的头部尺寸进行测量和统计，SAE制定了平均头廓线，来描述侧视和后视方向头廓的平均尺寸454汽车人机工程学任金东5.4.1 概述概述2．头廓包络生成原理•将平均头廓线样板上的眼点沿着眼椭圆轮廓上半部分运动，平均头廓线随之平动，描绘出的各个位置平均头廓线的包络就是头廓包络线455汽车人机工程学任金东5.4.1 概述概述2．头廓包络生成原理•1997年，头廓包络面取代了头廓包络线包络面的开发采用的是CAESAR人体数据库中三个平均身材男子头廓的三维扫描数据•为方便使用，将头廓包络面简化成为上半椭球面456汽车人机工程学任金东5.4.2 A类车头廓包络类车头廓包络1. 头廓包络面的尺寸头廓包络面的尺寸•头廓包络面的尺寸包括长轴、短轴和竖轴的长度百分位乘员TL23/mmLX /mmLY /mm（车内侧） LY /mm（车外侧） LZ /mm95th驾驶员和前排外侧乘员＞133±211.25143.75166.75+133.50≤133±198.76143.75166.75+133.500±173.31143.41166.41+147.07前排中央乘员＞133±211.25143.75143.75+133.50≤133±198.76143.75143.75+133.50其他0±173.31143.41143.41+147.07457汽车人机工程学任金东5.4.2 A类车头廓包络类车头廓包络1. 头廓包络面的尺寸头廓包络面的尺寸•行程可调节座椅的情况458汽车人机工程学任金东5.4.2 A类车头廓包络类车头廓包络1. 头廓包络面的尺寸头廓包络面的尺寸•行程不可调节座椅的情况459汽车人机工程学任金东5.4.2 A类车头廓包络类车头廓包络2. 头廓包络面的定位头廓包络面的定位1）头廓包络面倾角•适合A类车、行程可调节座椅的头廓包络面只在侧视图有向前下方12°的倾角β，其它视图方向的倾角为零。

对于固定座椅，在各个视图方向倾角均为零460汽车人机工程学任金东5.4.2 A类车头廓包络类车头廓包络2. 头廓包络面的定位头廓包络面的定位•头廓包络面中心位置（行程可调节座椅）TL23Xh / mmZh / mm>13390.652.6≤13389.545.9085.442.0461汽车人机工程学任金东5.4.2 A类车头廓包络类车头廓包络2. 头廓包络面的定位头廓包络面的定位•头廓包络面中心位置（固定座椅）–头廓包络面中心相对于SgRP的三个坐标分量–δ为固定座椅眼椭圆侧视图倾角TL23Xh / mmZh / mm>13390.652.6≤13389.545.9085.442.0462汽车人机工程学任金东5.4.2 A类车头廓包络类车头廓包络2. 头廓包络面的定位头廓包络面的定位•无论是固定座椅，还是行程可调节座椅，当定位眼椭圆之后，可以直接左右眼椭圆中心连线中点（中央眼椭圆中心）来定位相应的头廓包络•头廓包络中心相对于中央眼椭圆中心的偏移量TL23ΔXΔYΔZ>133mm90.6052.6≤133mm89.5045.9085.4042.0463汽车人机工程学任金东5.4.3 B类车头廓包络类车头廓包络•（略）464汽车人机工程学任金东5.4.4 头廓包络的应用头廓包络的应用•乘员头部与车身结构之间的空间对于保证乘员头部活动，以及在颠簸和翻车等情况下头部具有必要的缓冲具有重要意义，但这个空间设计过大会浪费空间，并增大汽车正面迎风面积而使空气阻力加大，因此，头部空间尺寸关系到整车性能的好坏，必须科学合理地选取•关键就是能够将乘员头部占据空间的范围描述出来，然后只要控制头顶内饰与乘员头部占据空间范围边界即可465汽车人机工程学任金东5.4.4 头廓包络的应用头廓包络的应用•当作出头廓包络之后，参照对标尺寸H61，并选择合适的L38、H41、L39等尺寸，就能够将头部空间和顶盖不同部位的高度确定下来466汽车人机工程学任金东5.4.4 头廓包络的应用头廓包络的应用•在侧视图上选择合适的W27、W35和H35等尺寸，就能够将宽度方向顶盖不同部位的高度确定下来•这样就为造型和结构设计提供了依据和要求467汽车人机工程学任金东5.5 驾驶员手伸及界面驾驶员手伸及界面相关概念相关概念驾驶员手伸及界面的描述驾驶员手伸及界面的描述驾驶员手伸及界面的定位驾驶员手伸及界面的定位驾驶员手伸及界面的应用驾驶员手伸及界面的应用468汽车人机工程学任金东5.5.1 相关概念相关概念1. 驾驶员手伸及界面驾驶员手伸及界面•指驾驶员以正常姿势入座、身系安全带、右脚踩在加速踏板上、一手握住转向盘时另一手所能伸及的最大空间廓面469汽车人机工程学任金东5.5.1 相关概念相关概念1. 驾驶员手伸及界面驾驶员手伸及界面•根据安全带形式，有对应于三点式安全带和两点式安全带两种类型的手伸及界面470汽车人机工程学任金东5.5.1 相关概念相关概念2. 通用布置因子通用布置因子•通用布置因子（General Package Factor，G因子）是反映乘坐环境布置的代数式471汽车人机工程学任金东5.5.1 相关概念相关概念3. HR基准面基准面•HR基准面是用于定位驾驶员手伸及界面的平面，它平行于车辆坐标系yz平面，位于AHP后方，到AHP的距离根据下式计算472汽车人机工程学任金东5.5.2 驾驶员手伸及界面的测量驾驶员手伸及界面的测量•驾驶员手伸及界面数据是在手伸及界面测量台上测得，再经统计分析后得到的473汽车人机工程学任金东5.5.3 驾驶员手伸及界面的描述驾驶员手伸及界面的描述•将在测量台上测得的数据根据G因子和男女比例进行分类，对于三点式安全带和两点式安全带各列成21张数据表格，用来构造手伸及界面–G因子分成七档–驾驶员男女性别比例分为50 : 50、75 : 25和90 : 10三种474汽车人机工程学任金东5.5.3 驾驶员手伸及界面的描述驾驶员手伸及界面的描述•每张表格对应着一定范围的G因子值、以及确定的驾驶员比例和安全带形式475汽车人机工程学任金东5.5.4 驾驶员手伸及界面的定位驾驶员手伸及界面的定位•要建立驾驶员手伸及界面，首先要定位HR基准面。

之后，根据表格中的数据就可以构造出手伸及界面•HR基准面的定位方法如下：1.确定驾驶室内部设计尺寸和驾驶员男女比例，并根据公式计算G值2.计算HR基准面的位置•786-99G>L53，HR基准面位于SgRP处•786-99G

它被拟合为一圆弧，半径为157.45mm483汽车人机工程学任金东5.7.2 驾驶员胃部包络线的定位驾驶员胃部包络线的定位•定位步骤1.确定定位参考点ATRP2.确定驾驶员男女比例3.利用公式计算包络线圆心相对于ATRP的偏移量484汽车人机工程学任金东驾驶员胃部包络线的定位驾驶员胃部包络线的定位•定位公式–驾驶员男女比例为50:50时 –驾驶员男女比例为75:25时 –驾驶员男女比例为90:10时485汽车人机工程学任金东5.8 数字人体模型数字人体模型486汽车人机工程学任金东5.8.1 数字人体模型的基本原理数字人体模型的基本原理1. 数字人体建模和数字人体模型•数字人体建模数字人体建模：是在计算机中建立一种能够操纵、控制的虚拟人的描述和人机系统，以实现人机工程的交互和设计问题的求解•数字人体模型：数字人体模型：在计算机中所建立的虚拟人体描述称为数字人体模型487汽车人机工程学任金东5.8.1 数字人体模型的基本原理数字人体模型的基本原理2.人体建模•骨骼系统拓扑结构•关节自由度•肌肉建模•肢体之间运动学、动力学关系•人的活动建模•体表建模•人的性能建模–舒适度，能量消耗，外力和出力，活动灵活性，视野，姿势平衡和稳定等488汽车人机工程学任金东5.8.2 数字人体模型的功能和应用数字人体模型的功能和应用1.数字人体模型的功能–成熟的数字人体模型典型的设计和分析功能：1.人体建模：运动学、动力学、生物力学建模2.人体数据管理和应用，包括与常见人体数据库的接口、人体尺寸计算和增长预测等3.肢体驱动、定位和姿势预测，姿势和运动过程模拟，以及模拟过程的记录和回放等4.视野分析：视野范围、眼睛活动范围，视景显示5.通过对肢体和关节活动的模拟，对人的作业空间进行模拟，例如计算肢体最大活动范围界面6.姿势和操作过程的舒适性评价489汽车人机工程学任金东5.8.2 数字人体模型的功能和应用数字人体模型的功能和应用1.数字人体模型的功能–成熟的数字人体模型典型的设计和分析功能：7.人体出力计算，包括综合考虑年龄、性别、身体状况、操作过程特点的操作力，静态和动态状况下关节力和力矩、脊椎间盘压力等；8.一些典型操作过程的模拟和人机工效分析•NIOSH举升过程分析•快速上肢操作评估（RULA）•OWAS作业姿势分析•快速全身评估（REBA）•罗杰斯肌肉疲劳分析（RMFA）•疲劳和恢复时间分析490汽车人机工程学任金东5.8.2 数字人体模型的功能和应用数字人体模型的功能和应用1.数字人体模型的功能–在汽车人机工程设计中的应用，通常还需要下述功能：1.容易与流行的CAD软件结合。

能够方便地导入、导出产品模型，或者数字人体模型作为子模块集成到CAD软件中；2.能够对常见驾驶操作过程进行模拟和分析；3.集成常见的一些标准，如：SAE标准491汽车人机工程学任金东5.8.2 数字人体模型的功能和应用数字人体模型的功能和应用2. 数字人体模型的应用•最主要用途是模拟具有极限尺寸的人通过模拟使得设计方案适合大多数人的伸及（间隙）、视野、观察、出力等要求•更广泛的意义是，通过对数字人体模型软件配以良好的人机操作界面，使得非专业的人员也能够从事人机工程设计和分析492汽车人机工程学任金东5.8.2 数字人体模型的功能和应用数字人体模型的功能和应用2. 数字人体模型的应用•数字人体模型应用的一般步骤为：1.建立设计与分析的虚拟环境；2.建立合适的人体模型；3.将人体模型调整至合适的位置和姿态；4.进行工效分析与评价493汽车人机工程学任金东5.8.2 数字人体模型的功能和应用数字人体模型的功能和应用2. 数字人体模型的应用•数字人体模型在虚拟环境中应用的方式1.Avatar方式•由真人通过数据手套、立体眼镜、数据衣等外部设备操作数字人体模型进行各种仿真•具有所见即所得的优点，主要用于科学研究2.Agent方式•在虚拟环境中，通过计算机程序控制数字人体模型，实现人—机交互和分析•成本低、易于实现，不存在硬件设备的精度和耐用性问题•目前成熟的数字人体模型软件的应用主要采用第二种方式目前成熟的数字人体模型软件的应用主要采用第二种方式494汽车人机工程学任金东5.8.2 数字人体模型的功能和应用数字人体模型的功能和应用2. 数字人体模型的应用•在汽车设计中，主要进行1.乘员布置设计2.驾驶员视野分析3.操纵件伸及性分析4.舒适姿势预测及评价5.活动空间分析6.进出方便性分析7.维修保养方便性分析8.发动机罩和行李箱盖的开启方便性检查9.……495汽车人机工程学任金东5.8.2 数字人体模型的功能和应用数字人体模型的功能和应用2. 数字人体模型的应用•实例：RAMSIS的应用1.打开驾驶环境设计方案模型文件2.建立用于分析的人体模型3.在人体模型体表上定义体表点4.定义任务5.姿势计算6.进行舒适度评价7.进行其它分析496汽车人机工程学任金东本章结束497汽车人机工程学任金东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《《汽车人机工程学汽车人机工程学》》配套课件课件制作：任金东2010年9月第六章 汽车人机工程设计498汽车人机工程学任金东目录6.1  汽车产品开发过程概述6.2  汽车概念设计6.3  汽车人机工程设计6.4  汽车座椅设计499汽车人机工程学任金东6.1 汽车产品开发过程概述汽车产品开发过程概述汽车分类汽车分类汽车产品开发的一般过程汽车产品开发的一般过程500汽车人机工程学任金东6.1.1 汽车分类汽车分类1. 我国汽车的分类•我国GB/T 15089标准中将汽车主要分为M、N和G类（挂车和汽车列车等除外）501汽车人机工程学任金东6.1.1 汽车分类汽车分类1. 我国汽车的分类•又可根据用途分为乘用车和商用车两大类–乘用车：主要用于载运乘客及其随身行李和临时物品，其座位数最多不超过9个（含驾驶员）–商用车：主要用于运送人员和货物，又分为客车和货车两大类502汽车人机工程学任金东6.1.1 汽车分类汽车分类2. 美国对汽车的分类•美国汽车工程师学会（SAE）标准根据驾驶员乘坐空间尺寸的差异将汽车分为A、B两大类•A、B类车乘坐空间尺寸范围汽车类别H30-1 / mmTH17 / mmTL23 / mmW9 / mmA40-1 / （°）A类127~4050~50>100<4505~40B类405~5300>100450~56011~18503汽车人机工程学任金东6.1.1 汽车分类汽车分类2. 美国对汽车的分类•A类汽车：类汽车：主要指乘用车，包括–轿车–旅行车–多功能车（MPV）–轻型货车•B类汽车主要是商用车，包括–中、重型货车–大客车504汽车人机工程学任金东6.1.2 汽车产品开发的一般过程汽车产品开发的一般过程•现代汽车产品设计过程是一种并行的、协同的、面向全生命周期的设计模式•为保证企业具有持久的竞争力，必须合理安排产品流程505汽车人机工程学任金东6.1.2 汽车产品开发的一般过程汽车产品开发的一般过程•一个完整的产品开发项目流程包括四个主要的阶段：项目策划、概念开发、系列开发、批量准备•项目策划项目策划是任何一个产品前期必须精心完成的重要工作，对后续开发工作起着指导性的作用，决定产品开发的胜败•概念开发概念开发包括造型和布置设计。

造型设计最终要和布置设计相结合•系列开发系列开发是具体的平台和车型的开发系列开发结果确认后进入批量准备阶段，各种市场投放工作也开始展开•当进入批量生产批量生产（SOP）阶段，产品开发过程就随着市场投放而结束506汽车人机工程学任金东6.1.2 汽车产品开发的一般过程汽车产品开发的一般过程•产品开发流程是一个循序渐进、步步相关的环节链•在整个开发流程中，对每一个阶段的开发进程都设有一个审查、验收的关键里程碑，从项目开始、战略意向，到设计完毕、批量投产，在每个里程碑都必须对新车型的所有指标进行严格考核507汽车人机工程学任金东某国外公司的开发流程某国外公司的开发流程508汽车人机工程学任金东6.2 汽车概念设计汽车概念设计509汽车人机工程学任金东6.2.1 汽车概念设计概述汽车概念设计概述•概念设计是创造性思维的体现，其主要工作是确定方案和参数，在设计活动历程中占重要地位•汽车概念设计包括总布置、造型、结构可行性研究三方面510汽车人机工程学任金东6.2.1 汽车概念设计概述汽车概念设计概述•概念设计包括–动力总成布置–整车和车身布置–整车主要硬点尺寸和性能参数确定–人机工程布置–造型效果图制作、CAS数据制作、造型模型制作、测量和线图制作–主要结构断面和分块确定、前期CAE分析–结构和工艺可行性分析等•概念阶段应充分考虑新技术、新材料、新工艺的应用511汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置•汽车总体布置设计是概念设计的重要内容，是整车开发周期中至关重要的阶段•汽车总体布置设计是否合理，将直接影响着整车的使用性能•汽车总体布置设计的同时，造型设计也在进行。

汽车总体布置定型以及造型的确定，标志着概念设计完成512汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置1. 总布置的前期工作•在总体布置设计之前，需要对市场信息和产品开发目标进行研究，包括–目标市场（销售地区和相关法规）–产品面向的用户群体及其特点–价格区间–竞争车型–生命周期和产量–产品级别和豪华程度–整车造型风格等513汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置1. 总布置的前期工作•通过对竞争车型进行对标分析，确定整车的基本基调、总体布置的基本概念和约束、主要特征和配置、主要参数的取值和重要装备的描述等，作为本产品开发的目标514汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置1. 总布置的前期工作•市场信息和产品开发目标研究–产品的总体定位–整车整备质量，轴荷分配–基本尺寸（总长、总宽、总高、轴距、轮距、前后悬大小），乘员空间，行李箱和货箱容积–整车基本构造（两厢式还是三厢式，车门数，乘员数，座椅排数，以及动力总成、传动系、制动系、转向系、前后悬挂、前后桥、车轮、水箱等的轮廓尺寸和质量参数）–驱动方式和发动机布置形式（发动机前置、中置还是后置，前轮、后轮还是全轮驱动等）–结构强度、刚度和整车的性能要求等内容515汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置1. 总布置的前期工作•整车基本概念示例车身类型4门C级轿车、三厢蓄电池尺寸280×170×170 mm 3总长4714 mm乘员数目5总宽1819 mm行李箱容积490 L轴距2700 mm前后座头部空间994 / 932 mm整车整备质量1350 kg前后座腿部空间1043 / 894 mm驱动形式前轮驱动前后座肩部空间1512 / 1522 mm发动机类型3 L，V6变速器自动、手动前悬挂麦弗逊式前后轮胎尺寸195 / 60R15后悬挂扭杆弹簧式燃料箱容积65 L转向系齿轮齿条式备胎—排气系统单回路发动机悬置系统3个单点散热器面积0.252 m2516汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置1. 总布置的前期工作•对标分析（对标分析（Benchmarking））是获取同级别车型技术指标水平的快捷途径•对于车身方面，对标分析的主要内容通常包括：–主要尺寸对标–形状和造型风格对标–布置方案对标（发动机舱，行李箱，油箱、备胎和散热器等布置方案）–结构形式对标–性能指标（质量及其分配、空气动力学性能、车身低阶振动模态、噪声、排放、动力和经济性指标等）对标517汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置1. 总布置的前期工作•整车基本定义完成后，即进入总体布置设计阶段•从产品策划到造型冻结是总布置设计的主要工作阶段•本阶段是产品开发过程中最重要、最具创造性的一个阶段518汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置2. 总布置的内容•汽车总体布置设计是将市场的信息输入，转化成某一具体车型的最前期工作•是对汽车外形和内部形式汽车外形和内部形式，发动机舱发动机舱，底盘系统底盘系统（动力传动系统，行驶、转向和制动系统，以及其它底盘总成），乘员舱和驾驶员操控系统乘员舱和驾驶员操控系统（仪表板、座椅、操纵机构等），车身结构总体型式车身结构总体型式（底架、立柱、骨架等承载结构），行李箱和货行李箱和货箱箱，以及备胎、燃料箱和排气系统备胎、燃料箱和排气系统等，在满足整车性能和造型要求下进行尺寸控制和布局的过程519汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置2. 总布置的内容•汽车的级别是反映整车目标定位的重要指标•轿车级别的划分主要以发动机排量为依据，同时考虑轴距和车身装备的豪华程度520汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置2. 总布置的内容•发动机和传动系的布置形式，以及各总成和部件的布置位置、空间尺寸等，决定整车的轴荷分配，影响整车动力性、操纵稳定性、安全性，整车长、宽、高，以及车身布置位置和空间521汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置3. 总体布置图的绘制•总体布置图从布置草图开始•经过布置设计过程，并和整车总布置、底盘、造型等部门的人员对布置方案确认之后，得到所有用于造型和结构设计的硬点和控制尺寸（硬点尺寸），绘出正式的总布置图•总体布置图随着设计过程的进行不断丰富和完善•通过对总布置图上各总成、部件装配尺寸链的计算，也进一步校核它们的位置和尺寸522汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置3. 总体布置图的绘制•在绘制布置草图之前，需要根据总成和部件的资料绘出它们的外形轮廓，并依据所执行的标准选择合适的制图基准（即三维坐标系原点，通常由汽车制造厂在最初设计阶段确定）–制图基准的零点由三个正交基准平面来确定。

y基准平面为汽车纵向对称面x基准平面是垂直于y基准平面的铅垂平面z基准平面是同时垂直于y基准平面和x基准平面的水平面–x、z基准平面的位置，不同的标准可能有不同的规定523汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置3. 总体布置图的绘制•通常要画出侧视、俯视和前后视图，各视图上只需将要表达的部分画出–长度和高度方向布置主要借助侧视图表现，宽度方向结构形状和间隙尺寸借助前后视图体现–侧视图按车辆自右向左行驶方向绘制–前后视图中，通常左半部为前视图，右半部为后视图524汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置3. 总体布置图的绘制•对于全新开发的产品，总布置图上应绘出：–汽车外形，主要部件（发动机总成、动力传动系总成、行驶系、转向系、后视镜、排气系统、备胎、座椅、仪表板、货箱等）外形和内饰轮廓曲线–室内布置工具图形（眼椭圆、头廓包络、人体模板、视线、安全带固定点布置区等）–驾驶员座椅、变速杆、驻车制动杆、踏板在其整个活动范围内的若干主要位置–空载、设计载荷和满载状态的车轮和地面线，立柱盲区，最大开度时的车门、发动机罩和行李箱罩，行李箱容积，主要外形和内部关键尺寸等525汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置3. 总体布置图的绘制•绘制时应注意以下几方面：–为方便查看和量取尺寸，总布置图上常常按一定间隔绘出网格线（坐标线），通常间隔大小取100mm或其整数倍。

网格线的一端或两端应标注上坐标值，其标注方法随不同标准会有不同；–标题栏中填写必要的信息，如：产品名称、内部代号、制图人信息等有的布置图上还包含尺寸明细栏，其中注明主要尺寸的代号和数值；–总布置图上还常常注明所参照的标准，以及最后一次更新的日期等526汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置3. 总体布置图的绘制•示例1-总布置草图527汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置3. 总体布置图的绘制•示例2-某轿车布置侧视图528汽车人机工程学任金东6.2.2 汽车总体布置汽车总体布置3. 总体布置图的绘制•示例3-大客车总体布置529汽车人机工程学任金东6.2.3 硬点和硬点尺寸硬点和硬点尺寸1. 布置硬点•硬点是对于整车性能、造型和车内布置具有重要意义的关键基准；这些基准在总布置方案确定之后就固定下来，不能够随便改动•经过整车、底盘和人机工程学布置之后，就得到了一些作为造型设计输入的硬点，造型设计中必须严格遵守硬点所限定的尺寸和形状530汽车人机工程学任金东6.2.3 硬点和硬点尺寸硬点和硬点尺寸1. 布置硬点•常用的硬点硬点名称含义C/LO（Centerline of Occupant） 乘员在指定乘坐位置的y向中心线Cowl Point即发动机罩C点，是汽车中心线处，发动机罩的最高点DLO（Daylight Opening）在布置图上，用于定义风窗透光区域边界的线Deck Point即后备箱D点，是汽车中心线处，后备箱的最高点Depressed Floor Covering地板覆盖物（如地毯）上，受到载荷之后的表面位置Undepressed Floor Covering地板覆盖物上表面没有任何载荷作用时的位置Designated Seating Position汽车制造商指定的乘员乘坐位置Front of Dash驾驶员中心线处，前围板最前端的垂直切线位置Normal Top of Frame-Truck货车车架上平面位置Cargo Floor承载货物的表面位置SgRP乘员乘坐基准点531汽车人机工程学任金东6.2.3 硬点和硬点尺寸硬点和硬点尺寸2. 硬点尺寸•硬点尺寸硬点尺寸指连接硬点之间、控制车身外部轮廓和内部空间，以满足使用要求的空间尺寸532汽车人机工程学任金东6.2.3 硬点和硬点尺寸硬点和硬点尺寸3. SAE J1100硬点尺寸•硬点尺寸代号采用前缀+数字+后缀的形式表示•后缀用“-1”、“-2”形式表示该尺寸为第一排、第二排，等等，依此类推前缀LWHATL、THPL、PW、PHS、V含义长度尺寸宽度尺寸高度尺寸角度尺寸H点位置和行程的长度、高度尺寸踏板布置尺寸面积和容积尺寸编号1~99100~199200~299400~599含义内部尺寸外部尺寸行李箱尺寸货车、厢式货车和运动车尺寸533汽车人机工程学任金东6.2.3 硬点和硬点尺寸硬点和硬点尺寸3. SAE J1100硬点尺寸•室内尺寸1代号含义代号含义L31SgRP点x坐标H14眼椭圆上缘到内后视镜下缘垂直距离W20SgRP点y坐标H17转向盘中心到AHP的垂直距离H70SgRP点z坐标H30SgRP到AHP或FRP的垂直距离L8AHP点x坐标H35后视图上，头廓包络线垂直移动到与顶盖零件接触时，头廓包络线中心移动的距离W8AHP点y坐标H41头廓包络线到顶盖的最小距离H8AHP点z坐标H56乘员中心面内，D点到地板的距离L1PRP点x坐标H61SgRP沿后8°线到头顶线的距离加上102mmW1PRP点y坐标H74转向盘中心y平面内，转向盘到未受压座垫距离H1PRP点z坐标A18转向盘倾角534汽车人机工程学任金东6.2.3 硬点和硬点尺寸硬点和硬点尺寸3. SAE J1100硬点尺寸•室内尺寸2代号含义代号含义L98FRP点x坐标A19H点调节轨迹倾角H98FRP点z坐标A27座垫倾角W7转向盘中心y坐标A40H点装置躯干角，用以表示座椅靠背角L3乘员最小乘坐空间。

与座垫相切的水平面内，前后排靠背的水平最小距离A42H点装置躯干线与大腿线的夹角L6PRP到转向盘中心距离A44H点装置大腿线与小腿线的夹角L7转向盘后边缘到躯干线的最小距离A46H点装置小腿线与裸足底线的夹角L11转向盘中心到AHP的水平距离A47踏板平面倾角L18前排入口足部间隙A48地板平面与水平面夹角L22转向盘中心y平面内转向盘下缘到靠背最小距离A57H点装置大腿线与水平面夹角535汽车人机工程学任金东6.2.3 硬点和硬点尺寸硬点和硬点尺寸3. SAE J1100硬点尺寸•室内尺寸3代号含义代号含义L34加速踏板自由状态时，踝关节点到SgRP的距离加上254mmA60乘员中心面内，95th百分位眼椭圆最高点到风窗开口最高点连线与水平面夹角L38驾驶员头部（头廓包络线）到前风窗及其附件的最小距离A61乘员中心面内，95th百分位眼椭圆最低点到风窗开口最低点连线与水平面夹角L39最后排乘客头部（头廓包络线）到后窗内饰的最小距离PW7PRP到驾驶员中心面y方向距离L48后排膝关节K点到前座椅靠背最小距离PW8PRP到制动踏板中心面y方向距离L50相邻前后SgRP间水平距离PW9PRP到离合器踏板中心面y方向距离L51乘客踵点位于FRP时，其踝关节到SgRP距离加上254mmPH30 PRP到AHP垂直距离L53SgRP到AHP水平距离TL23 正常驾驶时H点水平调节行程536汽车人机工程学任金东6.2.3 硬点和硬点尺寸硬点和硬点尺寸3. SAE J1100硬点尺寸•室内尺寸4代号含义代号含义L81腰部支撑量TH17 H点垂直调节行程W3过 SgRP的 x平 面 上 ， SgRP上 方254mm到腰线高度范围内左右车门间最小距离H11车门入口高度W5SgRP下方25mm到上方76mm高度范围内，SgRP前后各76mm范围内，左右车门内表面最小距离H13转向盘下边缘到大腿线最小距离W9后视图上转向盘最大直径W31过SgRP的x平面上， 肘靠上方30mm处左右车门间最小距离W27过侧视头廓包络线最高点x平面内，头廓包络线自其对称线和y-y定位线交点斜向上30°方向移动到遇到障碍物时的距离W35过侧视头廓包络线最高点的x平面内，头廓包络线后视图的最小水平向外方向移动量537汽车人机工程学任金东6.2.3 硬点和硬点尺寸硬点和硬点尺寸3. SAE J1100硬点尺寸•外部尺寸代号含义代号含义L101轴距L128前轮心x坐标L103车长H114罩点z坐标L104前悬H138后备箱D点z坐标L105后悬H101车高L114前轮中心线到SgRP的水平距离H156最小离地间隙W101 轮距A106接 近 角 （ A106-1） 或 离 去 角（A106-2）W103 车宽A121前、后风窗倾角L125发动机罩C点x坐标A122侧窗倾角L127后轮心x坐标A147纵向通过角538汽车人机工程学任金东6.2.3 硬点和硬点尺寸硬点和硬点尺寸•汽车公司设计的车型要用一系列硬点尺寸来体现TL23TH17L50L53H30W3-1W3-2A18奥迪A6193369408332671427141522奥迪100216368388372891442140621.4捷达223497358332281365134227.5H61-1/mmH61-2/mmL101/mmL103/mmW101-1/mmW101-2/mmW103/mmH101/mm奥迪A6999960285048861540156918101451奥迪100962954268747921476148318141421捷达967946247143851464144616951424539汽车人机工程学任金东6.3 汽车人机工程设计汽车人机工程设计乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化汽车人机工程学性能的主观评价汽车人机工程学性能的主观评价540汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计•乘员空间布置最主要的依据是人体尺寸•对于驾驶空间，由于目标驾驶员群体中个体尺寸的差异，要求乘坐和操纵件必须具有一定的调节范围，才能适应群体中的大多数驾驶员驾驶和乘坐要求541汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计•常见有四种调节方式固定点座椅调节转向盘调节踏板调节踏板水平190120——垂直10————H点水平——70190垂直——80——转向盘水平70——120垂直80——95眼点水平2080210垂直12030130踏板/转向盘水平190————垂直10————542汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计1. 踏板布置1）加速踏板与人体操纵姿势–加速踏板布置必须考虑长时间操作的舒适性–加速踏板未踩下时，踝关节角度A46不小于87°，踩到底后A46不大于105°543汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计1. 踏板布置1）加速踏板与人体操纵姿势–应该使驾驶员的拇趾点（BOF）踩在踏板中心位置；为此，需要计算踏平面角度和踏板中心高度544汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计1. 踏板布置1）加速踏板与人体操纵姿势–踏板表面的倾斜角度参照踏平面角来确定，使驾驶员鞋底脚掌处很好地与踏板表面贴合–必须分析不同百分位驾驶员下肢的舒适性，尤其要考虑女性驾驶员穿高跟鞋驾驶的情况545汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计1. 踏板布置2）制动和离合踏板布置–制动和离合踏板的位置可参照加速踏板位置进行布置–通常制动踏板和加速踏板表面错开一定距离546汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计1. 踏板布置2）制动和离合踏板布置–确定所有，包括离合踏板与驾驶员中心线的距离、制动踏板与驾驶员中心线的距离、以及制动踏板与加速踏板之间间距547汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计1. 踏板布置2）制动和离合踏板布置–踏板侧向的位置•轿车：应保证踏板中心线之间的距离在100~150mm之间•商用车：还应使制动和离合踏板到转向柱外壳之间有足够的间隙，以保证驾驶员的鞋距离转向柱外壳仍有少许空间548汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计1. 踏板布置3）踏板行程和踏板力–踏板行程的确定应该保证在踏板踩下后，踝关节角始终处于78°~105°的舒适范围内–行车过程中由于频繁踩踏，加速踏板要求操纵轻便–在保证操纵轻便的同时，也要保持一定的力反馈，即：保持合适的操纵力梯度549汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计2. 驾驶员H点布置•乘员座椅布置通过确定不同百分位乘员设计H点位置来实现•驾驶员座椅：–确定设计H点的位置和行程–确定合理的设计H点调节方式和调节轨迹550汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计2. 驾驶员H点布置1）适宜乘坐姿势–人体乘坐的舒适程度与坐姿关节角度有关。

舒适关节角度通常因车型而异551汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计2. 驾驶员H点布置1）适宜乘坐姿势–不同类型汽车，驾驶室地板高度和驾驶室高度不同，驾驶员乘坐姿态也要与之相适应552汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计2. 驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置–驾驶员乘坐位置设计的原理是保证前方视野的条件下，确定具有极限人体尺寸驾驶员的乘坐极限位置，据此来确定驾驶员群体的乘坐位置分布范围–驾驶员乘坐位置设计不能脱离整车的外形、尺寸约束和性能要求–驾驶员H点布置方案应该包络驾驶员群体的乘坐位置分布范围553汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计2. 驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置–座椅调节行程主要包括三种：两向调节行程、四向调节行程和六向调节行程554汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计2. 驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置–对于具有两向H点调节行程的座椅，正常驾驶时有两个重要的设计H点位置：最前位置和最后位置555汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计2. 驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置–轿车：为保证驾驶员乘坐区域能容纳95%驾驶员乘坐，应以95th百分位男子设计H点作为正常驾驶时最后H点，以5th百分位女子设计H点作为正常驾驶时最前H点556汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计2. 驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置–设计H点调节范围（包括水平调节量TL23和垂直调节量TH17）根据5th百分位女子和95th百分位男子设计H点位置确定–座椅调节机构设计需参照设计H点调节轨迹，其调节范围应大于正常驾驶时设计H点调节范围557汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计2. 驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置–对于具有四向H点调节行程的座椅，正常驾驶的设计H点调节行程需要根据四个设计H点位置确定：•最前最高位置•最前最低位置•最后最高位置•最后最低位置–六向调节行程座椅主要用于一些高级轿车上，其调节行程需要根据六个设计H点位置确定558汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计3. 转向盘布置•转向盘布置包括–确定中心位置及调节范围–确定倾角–确定轮缘直径•合理地布置转向盘对于改善驾驶员操纵姿势、减小操舵力，从而降低疲劳程度具有重要意义559汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计3. 转向盘布置1）转向盘位置–要保证转向盘与仪表板和驾驶员之间的距离合适•转向盘轮缘到驾驶员躯干的最小距离不宜小于250mm；足够的转向盘与躯干间隙是安全的重要保证•转向盘前后位置在保证与驾驶员之间安全距离的情况下，还要保证驾驶员打转向时的伸及性–转向盘高度的确定要考虑驾驶员上肢的舒适性•太高会造成“端胳膊”的感觉，容易加快疲劳•太低则容易与腿干涉（尤其是操作制动或离合踏板时）560汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计3. 转向盘布置1）转向盘位置–由于不同身材驾驶员乘坐位置和肢体尺寸的离散性，上述要求不容易对于大多数人都满足，因此，转向盘位置一般设计成可调节的，使得大多数人都能够通过调节获得舒适的转向盘操作位置561汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计3. 转向盘布置2）转向盘倾角–转向盘倾角（A18）的选定应该使转向盘轮缘所在平面尽量与驾驶员观察仪表时的接近视线垂直，以获得最佳的仪表视野；还要与手部抓握轴线的方向相适应562汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计3. 转向盘布置2）转向盘倾角–为获得较大的操作力，转向盘倾角A18取较大的值，但最大转速减小了。

应该根据汽车的使用情况合理选择转向盘倾角563汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计3. 转向盘布置3）转向盘尺寸–轿车转向盘直径通常小于450mm太小则操纵不稳定，且影响仪表视野；太大则会浪费布置空间–现代轿车和很多商用车都装有转向助力装置，不必采用加大直径的办法来减小操舵力–转向盘轮缘截面应尽量采用圆形，直径取19~28mm为宜564汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计3. 转向盘布置•最终所确定的转向盘中心位置、倾角和转向盘直径，是通过反复进行驾驶员人体、座椅、转向盘布置和位置校核后得到的565汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置•仪表板是汽车操纵控制与显示的集中部位，是汽车的操纵中心和信息传递中心，随时反映汽车的运行状态和接受驾驶员操控；它还是车室内部最引人注目的装饰部件•仪表板布置必须以驾驶员为中心，满足驾驶员对视野、操纵和空间的要求566汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置1）仪表板主断面设计•仪表板高度–制约因素•高个驾驶员腿部空间•矮小驾驶员前方下视野–作前方下视野控制线Ld，使仪表板上方最高点和转向盘轮缘都低于下视野线Ld567汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置1）仪表板主断面设计•仪表视野–作辅助线L1、L2、L3–仪表盘应布置在L1 和L2之间，L3 应平分L1、L2 之间的空间568汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置1）仪表板主断面设计•仪表观察距离–L3与水平面的夹角应该在30°范围内–仪表盘平面到眼椭圆中心的距离应该在650~760mm之间选取，对于普通家庭轿车，建议取为710mm左右569汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置1）仪表板主断面设计•仪表平面角度–仪表盘平面要有恰当的倾角–仪表盘平面与直线L3 的夹角一般控制在90°±10°范围内570汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置2）显示装置布置•作出不受方向盘阻挡的可视区域•在可视区中心附近应该布置最常用、最主要的仪表•在最重要的仪表周围布置一般性仪表571汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置2）显示装置布置•车速表、里程表、燃油表、机油压力表、冷却水温度表、蓄电池充电状况显示表、安装在仪表板上或转向柱上的自动变速档位显示、制动显示信号、前照灯远光信号、转向指示器、驻车制动显示器、安全气囊故障报警器和紧急报警器等显示装置，要求驾驶员不转动头部就能直接看到572汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置2）显示装置布置•仪表排列顺序应与其认读顺序相一致，同时考虑它们彼此之间逻辑上的联系。

相互联系越多的仪表应布置得越靠近•当仪表很多时，应按照它们的功能区分排列，区与区之间颜色搭配应有明显的区别性质重要的仪表区，在仪表板上要有引人注目的背景573汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置2）显示装置布置•仪表板上的显示信号灯574汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置3）仪表罩布置•仪表罩要有足够的深度，以遮住射向仪表玻璃的光线设计时应进行眩目检查575汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置3）仪表罩布置•仪表罩断面应该布置在前方下视野线Ld 以下、公切线L1 的上方•仪表罩最前端与转向盘要保持一定的距离，通常大于80mm，以免发生干涉576汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置4）仪表板的空间布置•仪表板操作界面应该环绕驾驶员布置，尤其是商用车仪表板•现代汽车在使用中，常在仪表板上面额外装备一些电子装置，但要注意不能对驾驶员前方视野造成太大影响577汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置5）操纵件布置•操纵件布置的分区–A区：驾驶员与副驾驶共用区域，主要布置收音机、暖风机等与附件相关的操纵件，不宜布置与驾驶直接相关的操纵件–B和C区：操纵件主要是由驾驶员操作，宜布置与驾驶和汽车状态相关的操纵件；其中，行车过程中操作频繁的操纵件应布置在B区–D区：一般布置玻璃升降器开关578汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置5）操纵件布置•操纵件布置的分区579汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置5）操纵件布置•常见操纵件、操纵形式和布置区域功能操纵件布置区域操纵形式功能操纵件布置区域操纵形式警报转向信号C扳视野照明照明C旋转喇叭C/B按调光C扳超车C扳雾灯C按、扳危险警报B/A扳、按照度控制C旋转附件暖风开关A旋转、扳刮水除霜除雾雨刮器B旋转、扳空调开关A按除雾B扳送风模式转换A按、旋转后部雨刮器B旋转、扳电动天线A/B扳、按洗涤器B扳电动门锁D扳、按后风窗除霜B/C扳、按电动举窗D扳后视镜控制C按燃料箱加油盖A/D扳、按驾驶点火B旋转电动天窗C/D扳、按巡航C按、扳点烟器A按580汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置5）操纵件布置•操纵件布置的分区–乘用车显示和操纵件布置•前照灯开关、前照灯警告开关和转向灯开关布置在Ⅰ区•喇叭开关应布置在Ⅱ区•电源总开关、起动开关、风窗玻璃刮水器开关和洗涤器开关布置在Ⅲ区581汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置5）操纵件布置•操纵件的分布和布置–操纵件应根据具体情况，或者布置在仪表板上，或者布置在转向盘上转向盘上的操纵件仪表板上的操纵件雨刮器开关，风窗玻璃洗涤器开关，大灯、转向灯、小灯开关，喇叭按钮，换档手柄电源总开关、灯光总开关、紧急灯开关、雾灯开关、音响控制按钮、巡航控制开关、危急报警开关、喇叭转换开关、轴间差速锁开关、轮间差速锁开关、取力器开关、发动机诊断开关、怠速控制开关、ASR开关、ABS诊断开关、ESP开关、辅助远光开关、ECU诊断开关、泊车系统、照明灯开关、除霜开关、空调系统开关及其调节装置、前大灯清洗开关、油箱开启开关、倒车雷达开关、中控锁开关、散热器百叶窗操纵柄582汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计4. 仪表板布置5）操纵件布置•操纵件的操纵力–仪表板上和转向盘附近的操纵件大致可以分为启动钥匙、旋钮、按钮、推杆等类别–启动钥匙的操纵力通常为0.25~0.8Nm–旋钮的操纵力为0.1~0.5Nm–按钮的操纵力为15~41.5N–对于推杆，当用手指操纵时，操纵力为18~55N；当用手掌操纵时，操纵力为20~67.5N583汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计5. 手操纵杆布置•变速杆和手制动杆的操纵手柄布置合理与否对于操纵方便性和舒适性有很大影响•操纵过程通常是肩部不动、而通过手臂的运动来实现584汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计5. 手操纵杆布置•上臂角在130°~170°范围内有较大的操纵力，是舒适的手操纵施力姿势；上臂角在150°时，操纵手柄最佳位置在距座椅靠背面490~660mm范围，据此定合理的变速杆或手制动杆手柄位置和行程585汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计5. 手操纵杆布置•手柄行程不宜小于50mm，否则手感不明显，且不易识别所在档位•对于装在地板上的操纵杆，其手柄向后移动时驾驶员右臂肘部不宜超出通过驾驶员左右肩部的铅垂平面586汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计6. 驾驶员视野设计•驾驶员视野驾驶员视野是指驾驶员处于正常驾驶位置，并且当其眼睛和头部在正常活动范围内时，能直接或借助于辅助设备看到的范围•驾驶员视野可分为直接视野直接视野和间接视野间接视野–驾驶员直接视野驾驶员直接视野是指驾驶员直接看到的范围–驾驶员间接视野驾驶员间接视野是指驾驶员借助后视镜等辅助设备看到的范围587汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计6. 驾驶员视野设计•阻碍驾驶员视线的物体称为视野障碍视野障碍•被视野障碍挡住而驾驶员看不见的区域称为盲区盲区•按照眼的使用情况，盲区分为单眼盲区单眼盲区和双眼盲双眼盲区区–单眼盲区：单眼盲区：指左眼或右眼单独观察时，由于视野障碍的阻挡而看不见的区域–双眼盲区：双眼盲区：由于视野障碍的阻挡而两眼都看不见的区域588汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计6. 驾驶员视野设计1）前方视野–前风窗开口上沿高度：使驾驶员能够方便地观察车头前方12m远、5m高的交通信号灯–前风窗开口下沿高度：应保证前方地面盲区长度在许可范围内–对于轿车和微型车，前方上下视野会影响驾驶员颈部的舒适性–对于商用车，前方地面盲区需要进行控制，必要时可借助前下视镜来改善589汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计6. 驾驶员视野设计1）前方视野–需要做出各种条件下的上下视野线，以方便前风窗布置590汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计6. 驾驶员视野设计2）内后视野和侧视野–乘用车要求透过后风窗也要看到一定范围的视野–侧视野反映的是靠近车窗一侧的乘员向侧方上下观察时能看到的最大范围，取决于侧窗的垂直高度及其布置591汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计7. 后排乘员乘坐空间布置•乘客座椅多为行程不可调节座椅•乘客H点布置需将选定的人体模板根据地板线（考虑压塌量）和前排座椅定位592汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计7. 后排乘员乘坐空间布置•轿车第二排乘员H点布置：1.将前排座椅定于最后最低位置，并选定人体模板；2.画出D点高度线；3.保持A46不大于130°条件下，将人体模板脚沿地板线前移，并保证D点始终位于D点线上的同时躯干也相应前移，直至脚或小腿与前排座椅接触593汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计7. 后排乘员乘坐空间布置•一般将乘客的脚布置在前座下面，并使乘客的膝盖与前排靠背后面保持必要的间隙•采用阶梯地板布置可保证前排座椅下部留有足够的搁脚空间，且前后座椅间距变小，有利于小型轿车布置•座椅靠背厚度对乘坐空间影响很大，应根据车的级别合理选择•不同类型的车，对乘坐空间要求不同，应选用合适的人体模板594汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计8. 乘员头部空间和顶盖布置•前后座SgRP位置确定后，可将头廓包络面定位•根据H61-1、H61-2的经验值，考虑头部间隙尺寸L38、H41-1、L39、H41-2 确定顶盖高度595汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计8. 乘员头部空间和顶盖布置•确定头部空间尺寸时要考虑戴帽子、汽车颠簸、乘员头饰和正常活动等所需的空间596汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计9. 汽车宽度方向乘员布置•对于小型乘用车，乘员在宽度方向的布置要考虑乘员之间，以及外侧乘员头部与侧窗和顶盖、肩部与车门、肘部与车门之间的间隙597汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计9. 汽车宽度方向乘员布置•一般每名乘员宽度方向最大需要占据450~470mm左右的空间•对于前排（或后排）具有两名乘员的情况，考虑乘员头部空间要求（受限于顶盖宽度和侧窗）和布置操纵杆（变速杆、手制动杆）等，以及踏板横向布置的要求，通常将乘员SgRP到汽车纵向对称面的距离（W20）控制在310~360mm左右598汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计9. 汽车宽度方向乘员布置•驾驶员宽度方向位置还会影响其视野•当后排具有三名乘员的时候，考虑到外侧乘员头部空间要求，以及提高侧碰安全性，会将外侧乘员布置得略微靠近内侧一些–例：两名外侧乘员SgRP的横向距离控制在630mm左右，基本上能够满足舒适乘坐要求；多余的空间用来布置车门内板上的一些结构599汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计9. 汽车宽度方向乘员布置•将乘员布置得尽量靠近车门方向，有利于提高整车侧倾稳定性•对于较大型的车辆，宽度方向尺度较大，乘员宽度方向布置更多地考虑进出和入座、以及与底盘零部件布置相关的操纵件（转向盘、踏板和操纵杆）的布置方便性600汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计10. 后视镜布置•驾驶员后方视野是驾驶员借助后视镜间接观察到的范围，一般分为两种–驾驶员借助车外后视镜看到的外后视野–驾驶员借助车内后视镜看到的内后视野•驾驶员后方视野与后视镜尺寸、形式、安装位置有关•内视镜通常为平面镜，外视镜有平面镜和曲面镜两种形式601汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计10. 后视镜布置•汽车后视镜布置应充分考虑人眼的视觉特性，以尽量靠近驾驶员直前视线为宜；这样，驾驶员不用经常转动眼睛和头部就能获得足够的信息602汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计10. 后视镜布置•驾驶员侧后视镜–镜中心与靠近视镜一侧眼点连线（或眼椭圆切线）与驾驶员直前视线的夹角不大于55°–观察后视镜的视线不应被立柱阻挡。

若通过前风窗观察后视镜，后视镜应布置在通过前风窗刮扫区域看到的范围内•副驾驶员侧后视镜：应安装在驾驶员直前视线75°范围内603汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计10. 后视镜布置604汽车人机工程学任金东6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计乘员空间布置和人机界面设计10. 后视镜布置•我国强制标准GB15084规定：–M和N类汽车必须在左、右两侧各装一个外后视镜–M1和Nl类汽车上必须安装一个内后视镜–当汽车满载，外后视镜的底边离地面高度小于1800mm时，其单侧外伸量不得超出汽车最大宽度以外200 mm605汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化1. 驾驶员视野校核原理1）人的视觉特性–眼睛所看到的空间范围就称为视野–工程上为解决问题的方便，将视野可分为：1.单眼视区，为一只眼睛所能看到的范围；2.双眼视区，为两只眼睛同时能看到的范围；3.左右单眼总视区，为左右两只眼睛的单眼视区总和606汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化1. 驾驶员视野校核原理1）人的视觉特性–眼睛或头部的转动按照感觉是否舒服可分为自然转动和勉强转动。

在自然转动时，眼睛和头部均无不适感，而勉强转动则相反607汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化1. 驾驶员视野校核原理2）视野校核中眼点的选取方法–眼点的选定要以眼椭圆为根据眼点的选取原则是：选取眼椭圆轮廓上，视野性能最差的眼点608汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化2. 前方视野校核1）A立柱盲区校核–驾驶员一侧的A立柱盲区是驾驶员前方视野盲区中最主要的部分–A立柱盲区用双目障碍角表示，其大小与A立柱本身结构尺寸和驾驶员眼睛到A立柱的距离有关–GB11562《汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》中规定，每根A立柱的双目障碍角不能超过6°609汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化2. 前方视野校核1）A立柱盲区校核•SAE J1050推荐方法–计算头部转动点P–按头部转动角为零时计算两眼点坐标–作眼点高度上的A立柱断面–计算最小头部水平转角–计算A立柱双目障碍角610汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化2. 前方视野校核2）前风窗刮扫器刮扫区域校核•刮刷面积指刮扫器在风窗玻璃上能刮到的有效面积，保证该区域满足驾驶员视野要求是布置刮扫器的依据•刮刷面积与刮扫器布置位置、刮刷摆角和刮片尺寸有关•在布置刮扫系统时，不仅应保证有足够的刮刷面积，而且还要有正确的刮扫部位611汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化2. 前方视野校核2）前风窗刮扫器刮扫区域校核–理论刮扫区是重点要刮刷的部位区域刮净率%角度 / (°)aLaRaUaDA801856105B95145353C100101551612汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化2. 前方视野校核2）前风窗刮扫器刮扫区域校核–刮净率：定义为实际刮扫区和理论刮扫区重合部分面积与对应的理论刮扫区面积之比613汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化3. 仪表视野校核•驾驶员在观察仪表等显示装置时，其视线会受到转向盘结构阻挡，在仪表板上会形成盲区•必须确定仪表板上盲区和可视区范围，将仪表布置在驾驶员无需转动头部和躯干就能看到的地方•转向盘在仪表板上形成的盲区包括转向盘轮缘形成的盲区和轮毂及轮辐形成的盲区两部分•在计算盲区之前先要建立仪表板工作面，它应该位于仪表显示面处，且与之平行614汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化3. 仪表视野校核1）转向盘轮缘盲区求作•计算特征盲区–特征盲区是选取左右眼椭圆中心点为左右眼点时计算出来的双眼盲区，它是左右眼点单眼盲区的公共部分615汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化3. 仪表视野校核1）转向盘轮缘盲区求作•计算最严重障碍点–最严重障碍点（C点），是由左右眼点连线中点出发向转向盘轮缘上中心点所作射线与仪表板工作平面的交点616汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化3. 仪表视野校核1）转向盘轮缘盲区求作•确定C点运动轨迹椭圆–过转向盘轮缘上中心点作一系列中央眼椭圆的切线，与仪表板工作平面相交得一系列交点，交点围成的椭圆就是C点运动轨迹617汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化3. 仪表视野校核1）转向盘轮缘盲区求作•计算对应95%驾驶员的转向盘轮缘总盲区–将C点沿其运动轨迹椭圆移动一周，特征盲区随之平动，在仪表板工作平面上扫过的区域便是双眼总盲区618汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化3. 仪表视野校核2）转向盘轮毂、轮辐盲区求作•确定眼点–自转向盘轮毂中心点分别作左右眼椭圆最下端的切线，分别取左右切点作为左右眼点619汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化3. 仪表视野校核2）转向盘轮毂、轮辐盲区求作•计算盲区–过左眼点作一系列转向盘轮毂和轮辐上切线，与仪表板工作平面相交得一系列交点，交点连线下方区域就是左单眼盲区。

同理可得右单眼盲区左右单眼盲区公共部分即为对应95%驾驶员的总盲区620汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化4. 后视野校核1）后视野的法规要求•内后视镜视野要求621汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化4. 后视野校核1）后视野的法规要求•总质量小于2000kg的M1和N1类汽车，驾驶员侧和乘客侧外后视镜视野要求622汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化4. 后视野校核1）后视野的法规要求•总质量大于2000kg的M和N类汽车，驾驶员侧和乘客侧外后视镜视野要求623汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化4. 后视野校核2）后视野计算•基本布置参数–驾驶员乘坐基准点SgRP–驾驶员座椅水平调节行程TL23和靠背角A40–后视镜镜面中心位置、类型、尺寸、曲率半径–地平面位置等624汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化4. 后视野校核2）后视野计算•建立镜面周边的空间描述•计算头部水平转动点（P点），并根据头部水平转动角计算左右眼点位置625汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化4. 后视野校核2）后视野计算•根据镜面成像规律计算左右眼点和头部转动点在镜中的成像点，以及从眼发出射向镜面周边点射线的反射线•计算镜面周边的反射射线与地面的交点（交线），并计算出视距626汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化4. 后视野校核2）后视野计算•计算水平和垂直视角627汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化4. 后视野校核3）后视野校核•为了判定后视野是否能够达到法规规定的要求，需要对将后视镜能够看到的最佳视野区域与法规或标准要求的区域进行对比；若视野区域能够将法规区域包括在内，则认为满足视野要求628汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化4. 后视野校核3）后视野校核①根据布置参数按照前述方法计算后视野区域②判断当前后视野区域是否与法规区域对齐③如果后视野区域没有与法规要求区域对齐，则需要在水平和垂直方向调节镜面，以调整后视野方向，直至对齐为止④计算对齐后的视野参数（后视角和视距），并将它们与法规要求对比629汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化5. 操纵件伸及性校核•仪表板上手操纵件或按钮的布置、以及仪表板断面形状和位置应该考虑驾驶员的手伸及能力，确保驾驶员在不需要大动身体躯干部位的情况下，就能方便有效地操作仪表板上操纵钮件•作出驾驶员手伸及界面，检验操纵件布置630汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化5. 操纵件伸及性校核•设待检测钮件为点T，检测方法如下：①定位手伸及界面②将待检测点T沿x方向向手伸及界面上投影，得到投影点P③比较待检测点的x坐标xT和投影点的x坐标xP，得出结论。

若xT > xP，则待检测点是可伸及的；反之，则待检测点不可伸及631汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化5. 操纵件伸及性校核•注意事项：应根据操纵件的具体使用情况作必要的功能修正•在满足手操作伸及性的基础上，利用数字人体模型软件–分析操作的舒适性和方便性–检查在操作过程中是否容易与转向盘发生干涉–检查是否操纵件位于视野观察范围内，并且不为转向盘及其操纵件所阻挡–分析操作力的大小是否处于合适的范围内632汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化6. 罩盖校核•在设计罩盖（发动机罩、行李仓盖）开启机构的时候，需要充分考虑人的能力极限，包括伸及性和操作力两方面–当这些罩盖未开启的时候，应能够轻松地开启，要求开启力不能太大–当开启到最大位置的时候，必须能够容易地伸及，并且开启后的罩盖所包容的空间适合安全、舒适地进行各种操作•还要考虑开启后的罩盖不要影响零部件维修和行李取放的方便性633汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化6. 罩盖校核•借助人体设计模板或数字人体模型对开启后罩盖位置的伸及性和空间进行分析–伸及性分析所采用的人体数据等级应为与适应度对应的致信区间的下限，例如：适应度为95%，则选取5th百分位人体数据–空间分析应采用与适应度对应的致信区间的上限，如95th百分位人体数据634汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化6. 罩盖校核•对于带有助力装置的行李仓盖，例如：大客车侧面的行李仓盖，助力机构应合理设计，以避免开启速度和助力过大，容易碰伤人，或者易造成关闭困难635汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化7. 进出方便性分析•乘员（尤其是驾驶员）进出方便性也是衡量产品人性化设计好坏的重要因素•影响进出方便性的因素有：–侧围立柱和车门布置–车内座椅与侧围立柱的相对位置–车门上下框的侧向位置–车门和立柱上的扶手位置–车梯踏板布置等因素636汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化7. 进出方便性分析•侧围立柱、车门和座椅的相对位置对乘员进出时的横向空间影响较大•对于四门车身，车门立柱保持适当斜度可大大改善入座方便性，而立柱后端下移将会减小座垫前部到立柱的距离，使乘员进出困难637汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化7. 进出方便性分析•车门开度，以及打开后的车门内饰到座垫的距离影响乘员进出时的腿部空间638汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化7. 进出方便性分析•门洞上下框相对位置对乘员进出有较大影响–例：门洞上框的宽度位置比下框设计得小些，乘员上车时身体略微倾斜即可并且在同样车门开度情况下能增大开启后的入口宽度639汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化7. 进出方便性分析•对于驾驶室地板较高的车辆，乘员进出车内必须借助车梯和扶手，合理选择车梯设计参数（各级踏板高度、宽度、深度）和扶手的空间排列非常重要640汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化7. 进出方便性分析•关注残疾人上下车方便性的无障碍设计理念。

主要通过一些特殊设计方案（例如：超低入口地板）方便进出，并采用一些特殊装置（例如：轮椅固定装置）来增强安全性641汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化8.驾乘姿势舒适性分析•姿势舒适性分析的关键①准确的乘坐位置②真实自然的姿势③客观准确的姿势评价模型•这三点即使是熟悉人机工程学和汽车布置设计的专业人员也很难做到，因此，通常借助一些专用软件来完成，如：RAMSIS、Jack等642汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化9.动态视野分析•前风窗玻璃下缘低利于扩大前视野但下缘过低，汽车高速行驶时，会导致驾驶员恐慌和发晕，这是由于视角速度过大的缘故643汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化9.动态视野分析•视角速度的定义•式中ω为视角速度；θ、φ分别为视线角度644汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化9.动态视野分析•当y=0时，θ=0，上式简化为 •讨论–若视点h高度不变，车速v越高，则视角速度越大–距离x越小，视角速度也越大–其它条件相同时，前风窗玻璃下缘越低，则距离x越小，视角速度越大645汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化9.动态视野分析•经过实验认为：ü ω≤ 2rad/s为舒适的驾驶视野范围ü2< ω<4rad/s为不舒适的驾驶视野范围ü ω>4rad/s为具有恐怖感的驾驶视野范围646汽车人机工程学任金东6.3.2 驾驶员人机工程学性能优化驾驶员人机工程学性能优化10.其它分析•在详细设计阶段，还能够进行其它与乘员舒适和安全相关的分析，例如：振动和噪声、碰撞安全性、安全带适应性等。

鉴于这些问题专业性强，已经形成专门的研究领域，这里不做详细介绍•人机工程学不仅在汽车设计中需要考虑乘员的各项要求，还要考虑汽车生产、装配和使用中的人机工程学因素，保证操作工人舒适、健康、高效地从事生产作业647汽车人机工程学任金东6.3.3 汽车人机工程学性能的主观评价汽车人机工程学性能的主观评价•主观评价法无论是在前期的对标分析过程中，还是在设计后期对产品物理模型或样车的评审都是重要的工作内容•主观评价法的一般过程参见第三章648汽车人机工程学任金东6.3.3 汽车人机工程学性能的主观评价汽车人机工程学性能的主观评价•评价内容可根据需要确定，并设计评价问卷•还可以进行更多方面内容的评价，如：灯光、色彩、内饰造型等等评价内容考虑因素踏板高度、表面角度、行程、操作力踏板横向空间加速-右侧、加速-制动、制动-左侧座椅前后、上下、座垫角、靠背角转向盘前后、上下、角度、操作力仪表板按钮伸及性、操作力乘坐空间腿部与转向盘、腿部仪表板、躯干与转向盘视野前方地面盲区长度、后视镜可见性、仪表观察的距离人体舒适性踝关节、膝关节、大腿前下部、上臂、前臂等649汽车人机工程学任金东汽车人机工程学性能的主观评价汽车人机工程学性能的主观评价•为了节省反复制造物理模型和样车的费用，一些公司采用可变参数的物理模型来再现不同产品的设计方案，于是对以往的物理模型或者样车的评价就转化为对这个可变参数物理模型的评价，并且能够立即进行方案修改和再评价650汽车人机工程学任金东6.4 汽车座椅设计汽车座椅设计汽车座椅概述汽车座椅概述汽车座椅设计汽车座椅设计651汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述1. 座椅的功能和要求•座椅的座垫、靠背对人体形成支撑，使人体保持一定的驾驶和乘坐姿势•对于驾驶员，安全、舒适的座椅给他提供了一个良好的工作环境•座椅能够将汽车传来的载荷（加速度）进行过滤，减小传递给乘员的载荷652汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述1. 座椅的功能和要求•人—座椅—车身—底盘组成了一个复杂的振动系统，设计中要求临近或相互连接的各子系统振动的固有频率分布必须错开，以避免引起共振；并且要求人体界面上的子系统（座椅、转向盘），其固有频率要与人体敏感频率范围分开•座椅对于安全性具有重要意义653汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述1. 座椅的功能和要求•汽车座椅的设计应满足如下要求：1.应有良好的静态特性2.具有良好的动态特性3.有足够的结构强度和寿命、以及合适的刚度4.结构紧凑，外形与色彩美观、大方，与车身内饰相协调，并尽可能减轻质量、降低成本，有良好的结构工艺性654汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述2. 座椅的分类和特点•汽车座椅按结构型式可分为整体式、分开式、长凳式、可调式、折叠式、可翻式（整体可翻和靠背可翻）、旋转式、电控式等•按乘员数可分为单人式、双人式、多人式等•按照乘坐者可分为成人座椅和儿童座椅655汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述2. 座椅的分类和特点•按功能可分为驾驶员座椅、乘客座椅、乘务员座椅及附加座椅等•按照减振型式可分为单纯座垫减振式、悬挂-座垫双级减振式，其中悬挂又有线性和非线性两种•按照有否控制装置又分为一般座椅和电控座椅656汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述3. 座椅的结构–汽车座椅一般由骨架、座垫和靠背海绵、蒙皮、衬垫、调节装置、减振装置、附属装置等组成1-蒙皮（面料）总成2-海绵3-弹性元件4-腰部支撑调节机构5-调角机构6-行程调节机构7-骨架8-头枕（可调节式）9-头枕（固定式）657汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述3. 座椅的结构•骨架–骨架固定在车身地板上，用以支撑整个座椅和人体质量–骨架可分为座垫骨架和靠背骨架两大部分–将两者做成一个整体的，或用螺栓或靠背角调节装置等连在一起的，均称为整体式骨架–两者可以完全分开的称为分开式骨架，如：轿车后座；也可以铰接，称为可翻式骨架，常见于双门小轿车或微型轿车的驾驶员座椅，及旅行车上的附加座椅658汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述3. 座椅的结构•骨架–骨架可用钢管弯曲制成，也可采用冲压结构；材料可用钢管、钢板、铝板、镁合金、树脂板、木材等–骨架应有足够的强度和合适的刚度659汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述3. 座椅的结构•座垫和靠背海绵–海绵是座椅的关键部件，使座椅具有一定形状和轮廓–海绵发泡的特性决定了海绵的软硬，从而在一定程度上影响乘坐舒适性和减振性能，并影响人体入座后的压缩量（H点相对于座椅结构的位置）660汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述3. 座椅的结构•蒙皮–蒙皮是包在座垫和靠背总成外表面的一层材料，常用棉毛织品、皮革、人造革、塑料和粘胶织品等制成–蒙皮直接与人体接触，其品质特性将直接影响到乘坐者的感觉，因而要求其面料有足够的强度和耐磨性，并具有一定的质感–面料应耐脏，并有良好的透气性、去湿性、尺寸稳定性和阻燃性–面料常有一定的花纹和纹理，以增加摩擦系数。

摩擦系数应选得适当，过大会使人背部肌肉很快疲劳，过小又会造成乘客在座位上滑动661汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述3. 座椅的结构•衬垫–衬垫分为聚胶脂泡沫塑料软垫、乳胶棕丝软垫和安全软垫（为防止乘员受到二次冲击而采用橡胶成泡沫材料制成的软垫）等662汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述3. 座椅的结构•调节装置–调节装置通常包括靠背角调节装置、座垫角调节装置、座椅行程调节装置、腰部支撑调节装置、以及头枕高度和角度调节装置等，主要用来适应不同身材乘员对乘坐和操作、以及改换姿势等要求663汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述3. 座椅的结构•座椅调节形式664汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述3. 座椅的结构•减振装置–减振装置主要包括弹性元件和减振器弹性元件用以缓和由车身传来的冲击和振动，通常用直径1.2~4mm的弹簧钢丝加工而成，现代减振座椅也有采用空气弹簧作弹性元件的，能够获得更为理想的非线性减振效果–通过匹配弹性元件刚度和减振器阻尼，达到衰减振动和避免共振的目的–有些座椅主要依靠座垫来衰减振动•例如：长途客车乘客座椅665汽车人机工程学任金东6.4.1 汽车座椅概述汽车座椅概述3. 座椅的结构•附属装置–附属装置通常包括头枕、肘靠、膝托、杯架、杂物袋、扶手、脚蹬等–现代轿车为增强后碰时的乘员保护，通常要求安装头枕•头枕可分为固定式和可调节式，可调节式又有手动调节和电动调节两种–高档轿车还有座椅加热、空调、按摩电动、记忆等功能装置666汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计1. 座椅的静态参数设计1）座椅几何参数设计•确定座椅几何参数最主要的依据是目标群体的人体测量数据•由于汽车座椅有其特定的使用环境，其许多几何参数的确定还需要考虑座椅在汽车内的布置和使用情况667汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计1. 座椅的静态参数设计1）座椅几何参数设计–一般能够直接根据人体测量学数据确定的座椅几何参数、以及相关的人体测量数据应用准则参数人体测量数据应用准则座高H1/mm驾驶座椅采用可调准则，乘客座椅采用个体准则靠背高度A1/mm个体准则肘靠高个体准则腰部支撑量驾驶座椅采用可调准则，乘客座椅采用个体准则座垫宽W1/mm个体准则靠背宽W2/mm个体准则座深L1/mm个体准则668汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计1. 座椅的静态参数设计2）座椅造型•座椅造型除考虑美观的外形之外，还要考虑受载表面与人体良好的贴合和支撑特性，保证良好的乘坐姿势和体压分布•为保持良好的乘坐姿势，必须注意座椅支撑部位的设计669汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计1. 座椅的静态参数设计2）座椅造型–以人体特征点来确定座椅特征部位，就能在很大程度上保证舒适坐姿1-H点2-腰部支撑点3-肩部支撑点4-头枕5-坐骨点6-坐骨区7-腰部支撑区8-肩部支撑区9-头枕区670汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计1. 座椅的静态参数设计2）座椅造型–汽车座椅靠背的外形要能够保持人体正常的腰曲弧度，使腰背部肌肉处于松弛状态，保持背部正常的血液循环671汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计1. 座椅的静态参数设计2）座椅造型–为了给乘员腰部提供良好的支撑，很多汽车的座椅靠背上都装有可调节的腰部支撑装置或结构，使腰部获得合理的支撑，能够有效地保护腰椎，缓和腰曲拉伸，减轻腰部负担–具备靠背角度调节功能的座椅，也应该同时具备座垫角度调节功能672汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计1. 座椅的静态参数设计2）座椅造型–体压分布与坐姿和座椅支撑密切相关–有研究表明，在主要的压力分布满足大的原则前提下，压力分布对于改善乘坐舒适性效果并不明显；但却可以用来检验座椅支撑部位的设计效果673汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•汽车行驶过程中，对于路面不平度引起的振动，主要有轮胎、悬架和座椅三个减振环节–降低轮胎气压，减少轮胎垂直刚度，有利于汽车行驶平顺性，但会影响轮胎使用寿命–对悬架系统来说，适当降低悬架刚度，增加阻尼，虽有利于提高汽车行驶平顺性，却会影响操纵和制动稳定性•相比之下，座椅动态参数的改变对汽车整车的使用性能没有影响，且方便易行。

因此，座椅动态性能的改善对于提高汽车的乘坐舒适性有着重要的意义674汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•座椅的动态特性是指座椅缓冲和衰减外界传递过来的振动和冲击的能力–座椅要能够有效衰减车身传来的冲击和振动–人—座椅—环境组成的系统应避免发生共振•人对垂直振动最敏感的频率范围为4~8Hz，对水平振动最敏感的频率范围为1~2Hz•座椅动态参数设计就是合理选择动态参数，力图减小传至人体的振动加速度，并避免传递人最敏感的频率675汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•座椅减振系统主要包括座垫和减振装置•人—座椅—车身组成的垂直振动模型参见图将人体等效为一个集中质量mh座椅质量为ms676汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统振动方程–假设系统阻尼力大小与速度成正比应用拉格朗日法，建立系统振动的微分方程为–写成矩阵形式677汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统固有频率–系统无阻尼自由振动微分方程为–求得系统固有频率为678汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统固有频率–从系统无阻尼自由振动固有频率表达式中可见：1.随着座垫和减振机构弹簧刚度的增加，固有频率也增大；而座椅质量的增加会使固有频率降低2.系统低阶固有频率与人体、周围结构和部件的固有频率接近，设计时应保证系统无阻尼自由振动固有频率与人体敏感频率和车身振动频率错开，保证人体的舒适性，并避免与车身共振679汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统幅频特性–系统的阻抗矩阵为–设系统所受激励为 –考虑谐波激励680汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统幅频特性–系统的响应包括瞬态响应和稳态响应两部分。

瞬态响应很快被衰减掉–系统的稳态响应为   ，代入系统微分方程，得到681汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统幅频特性–则有–因为原系统所受的激励–并且 ， ，682汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统幅频特性–则有–即 ，683汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统幅频特性–则可求得人体的响应振幅684汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统幅频特性–所以，系统的频率特性可求得，即685汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统幅频特性–则系统幅频特性为686汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统幅频特性–系统幅频特性描述的是系统稳态响应的幅值与输入信号幅值之比，表示系统对不同频率输入信号在稳态时的放大特性，即位移传递率，是输入信号频率的函数–对于本系统，其幅频特性受到座垫和减振装置的刚度和阻尼，以及座椅质量的影响687汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统幅频特性–增大座垫和减振机构阻尼，能够有效衰减来自车身地板的振动；但过大的阻尼，则对于稍高频率的作用却相反，对振动的衰减性能变差座垫阻尼的影响减振机构阻尼的影响688汽车人机工程学任金东6.4.2 汽车座椅设计汽车座椅设计2. 座椅的动态参数设计•人—座椅—车身系统幅频特性–增加减振机构刚度，会略微降低振动的传递，并使幅频特性曲线峰值向高频方向移动；但减振机构弹簧刚度的取值还要保证对人体重量的支承–减小座垫刚度，会减小振动的传递；但幅频特性曲线峰值向低频方向移动座垫刚度的影响减振机构刚度的影响689汽车人机工程学任金东本章结束690汽车人机工程学任金东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《《汽车人机工程学汽车人机工程学》》配套课件课件制作：任金东2010年9月第七章 汽车人机工程虚拟仿真691汽车人机工程学任金东目录7.1 CATIA人机工程模块简介7.2 人体模型的建立7.3汽车人机工程虚拟仿真692汽车人机工程学任金东7.1 CATIA人机工程模块简介人机工程模块简介693汽车人机工程学任金东CATIA V5•CATIA（Computer Aided Tri-dimensional Interface  Application）是法国Dassault System公司开发的世界主流的产品CAX/PDM/PLM一体化软件系统•其集成解决方案覆盖几乎所有的产品设计与制造领域•CATIA V5版本是IBM和Dassault System在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶，对产品概念设计、详细设计、工程分析、工艺和制造、以及产品整个生命周期中的使用和维护提供了一整套解决方案694汽车人机工程学任金东CATIA人机工程模块人机工程模块•CATIA V5中的人机工程模块是商业人机工程软件Safework的简化版本695汽车人机工程学任金东CATIA人机工程模块人机工程模块•根据一般应用要求，分成了4个部分：–人体建模（人体建模（Human Builder））•在虚拟环境中建立和管理数字人体模型，并对产品进行简单的人机工程分析–人体模型尺度编辑（人体模型尺度编辑（Human Measurements Editor））•通过对人体测量学参数进行编辑，使人体模型的尺度（群体、性别、人体尺寸、质量）符合用户使用要求–人体姿势分析（Human Posture Analysis）•对关节自由度范围和当前姿势进行编辑，设置首选角度及其得分，并对姿势进行分析和优化–人体活动分析（Human Activity Analysis）•对人从事某种工作的特定活动行为进行分析696汽车人机工程学任金东7.2 人体模型的建立人体模型的建立建立目标群体人体数据建立目标群体人体数据建立用于分析的人体模型建立用于分析的人体模型设置人体模型的属性设置人体模型的属性697汽车人机工程学任金东7.2.1 建立目标群体人体数据建立目标群体人体数据•在缺省情况下，CATIA人机工程模块中包含美国、加拿大、法国、日本和韩国的人体数据•如果产品面向的目标群体是其他的国家和地区，并且目标群体与上述国家的人体数据有明显差别，则应该根据目标群体的人体数据建立人体数据文件，并将其加入到CATIA系统中698汽车人机工程学任金东7.2.1 建立目标群体人体数据建立目标群体人体数据699汽车人机工程学任金东7.2.1 建立目标群体人体数据建立目标群体人体数据•数据格式–每一个人群数据文件最多包含“MEAN_STDEV    M”、“MEAN_STDEV    F”、“CORR  M”、“CORR  F”四个字段，字段后面为数据，其格式为：<人体尺度变量>   <均值>   <标准差><人体尺度变量1>   <人体尺度变量2>   <相关系数>–数据文件格式示例（表中人体尺寸数据的单位是cm）：MEAN_STDEV Mus100177.06.1MEAN_STDEV Fus100165.05.9CORR Mus2us1250.772CORR Fus2us1250.773END700汽车人机工程学任金东7.2.1 建立目标群体人体数据建立目标群体人体数据•当人体数据文件已经建立之后，在CATIA主菜单中选择“工具”→“选项”菜单，弹出选项对话框。

单击“Safework\Human Measurements Editor”选项，出现“Anthropometry”属性页701汽车人机工程学任金东7.2.2 建立用于分析的人体模型建立用于分析的人体模型•进行产品的人机工程分析，建立合适的人体模型至关重要•考虑一般应用情况，通常将群体分为男子和女子两部分；对于每种性别，则根据身高的百分位、坐高和腰围划分为不同的类型；据此建立一组用于分析的人体模型702汽车人机工程学任金东7.2.2 建立用于分析的人体模型建立用于分析的人体模型•典型情况下–RAMSIS将每种性别的人分为5th、50th和95th百分位三种身高（甚至是五种）–将坐高（躯干长度）分为高、中等、矮三种–将腰围分为大、中、小三种–单一性别的群体总共生成27个（或45个）人体模型703汽车人机工程学任金东7.2.2 建立用于分析的人体模型建立用于分析的人体模型•当分析内容和目的明确的条件下，从中能够进一步选出用于分析的人体模型，以减少分析工作量•例：分析轿车前方视野和头部空间分析内容人体模型性别身高等级坐高前方视野上视野男95th百分位高下视野女5th百分位矮头部空间男95th百分位高704汽车人机工程学任金东7.2.3 设置人体模型的属性设置人体模型的属性•为了应用方便，以及功能上的需要，通常要设置人体模型的属性•在CATIA图形界面内，鼠标右键单击产品树上的某个人体模型，弹出右键菜单；选择“属性”菜单项，弹出“属性”对话框•该对话框中的人体模型属性包括名称、外观颜色、显示、视野、人体测量学、基准点、IK特性、关节角度极限、首选关节角度、绑定等705汽车人机工程学任金东7.2.3 设置人体模型的属性设置人体模型的属性属性项内容和选项显示渲染选项杆状肢体段、椭圆断面线、曲面、分辨率视野显示视线、视野、视锥其它选项显示重心、显示基准点视野视野类型双眼、左右单眼总视野、左单眼、右单眼、立体视野极限水平双眼、水平左右单眼总视野、垂直上极限、垂直下极限、视锥视野距离焦距人体测量学人群美国、加拿大、法国、日本、韩国性别男、女身高百分位体重百分位IK特性视线和头部保持视线方向脊椎胸椎、腰椎骨盆水平移动、垂直移动、横向转动、纵向转动优化姿势得分、RULA得分注视手平衡骨盆运动706汽车人机工程学任金东4.汽车人机工程虚拟仿真汽车人机工程虚拟仿真人体模型的定位人体模型的定位姿势评估姿势评估其它分析其它分析707汽车人机工程学任金东7.3.1 人体模型的定位人体模型的定位•人体模型的位置和姿势是影响工效分析结果的重要因素–一方面，位置和姿势要根据设计参数来定位，并与设计要求和意图相符，不合适的人体位置和姿势描述的作业空间却与设计意图不符–另一方面，姿势的差异导致分析结果可能大相径庭，不准确的姿势会使视野、操作力等分析结果和优化方向偏离正确的方向–此外，姿势还必须与真人的姿势和习惯接近708汽车人机工程学任金东7.3.1 人体模型的定位人体模型的定位1. 自动定位–利用人体建模模块的“Vehicle Occupants Accommodation”工具栏中建立布置环境乘员定位709汽车人机工程学任金东7.3.1 人体模型的定位人体模型的定位1. 自动定位–建立布置环境710汽车人机工程学任金东7.3.1 人体模型的定位人体模型的定位1. 自动定位–建立布置环境711汽车人机工程学任金东7.3.1 人体模型的定位人体模型的定位2. 手动定位–手动定位可以采用两种方法：正向运动学（Forward Kinematics，FK）方法和反向运动学（Inverse Kinematics，IK）方法–这两种功能的按钮位于人体模型姿势工具栏（Manikin Posture）上712汽车人机工程学任金东7.3.1 人体模型的定位人体模型的定位2. 手动定位–正向运动学方法–方式1713汽车人机工程学任金东7.3.1 人体模型的定位人体模型的定位2. 手动定位–正向运动学方法–方式2714汽车人机工程学任金东7.3.1 人体模型的定位人体模型的定位2. 手动定位–反向运动学方法p在运用正向运动学方法调节姿势时，如果初始姿势和目标姿势差别较大，则需要不断地反复调整肢体，比较麻烦，这时可以利用反向运动学方法p反向运动学是给定末端肢体位姿，自动求解其它关节自由度的方法。

反向运动学功能按钮位于“Inverse Kinematics”工具栏上715汽车人机工程学任金东7.3.1 人体模型的定位人体模型的定位2. 手动定位–反向运动学方法716汽车人机工程学任金东7.3.2 姿势评估姿势评估1. 姿势评估原理–姿势评估之前，首先定义要评估的身体部位各关节自由度的首选角度（Preferred Angle）及其得分值–在评估该部位姿势的时候，CATIA姿势分析模块会根据当前姿势下各自由度所处的角度及其分值进行插值和加权运算，最后得出各部位的评估分数717汽车人机工程学任金东7.3.2 姿势评估姿势评估2. 首选角度的定义–选择CATIA的“开始”菜单，进入姿势分析模块–单击关节角度限度（Angular Limitations）工具栏上的 按钮，选择人体模型上的相关肢体，就进入该肢体的首选角度定义状态718汽车人机工程学任金东7.3.2 姿势评估姿势评估2. 首选角度的定义719汽车人机工程学任金东7.3.2 姿势评估姿势评估3. 姿势评估–鼠标单击姿势得分“Postural Score”工具栏的 按钮，弹出姿势得分分析对话框该对话框中能够以数值和直方图两种形式显示出身体部位姿势的得分720汽车人机工程学任金东7.3.3 其它分析其它分析•在将人体模型定位好的基础上，还可以进行视野分析、伸及能力分析、操作力分析等•这些分析内容与人体模型的姿势密切相关，姿势稍有差异，分析结果可能差别很大•这些分析的具体操作并不复杂，可参照CATIA帮助或者相关资料学习721汽车人机工程学任金东本章结束722汽车人机工程学任金东。