安全人机工程学课程设计-人机工程学在轿车安全性设计中的应用与分析

安全人机工程学课程设计-人机工程学在轿车安全性设计中的应用与分析内容摘要：

通过结合人机工程的仪表布置原则，并考虑到车内空间的有限性，较理想的布置是将其布置在水平视野的 25176。 的范围和垂直视野（在视水平线下 30176。 范围内）的 10176。 范围之内（如图 24），其正确的认读为 1s 左右，这样可以保证驾驶员在较为狭小的空间范围内迅速准确的接受信息，并快速的做出反应， 进行安全有效的操 作，当水平视野超过 25176。 时，会大大增加认读的时间。 图 24 轿车仪表盘的最佳布置区域 人们在通过视觉识别信息时，其识别效果和方法除了受到视野视距和色彩的影响之外，还与人自身的视觉特征有关，因此在进行显示装置的整体布置时，也要考虑人的视觉特征，并要有针对性的进行相应的设计和调整。 其主要考虑一下几个方面。 （ 1） 眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快且不易疲劳。 （ 2） 视线的变化习惯从左到右，从上到下以及顺时针运动。 （ 3） 人眼对水平方向的尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计准确的多，因而水平式仪 表上的误读率（ 28%）比对垂直仪表的误读率（ 35%）要低很多。 （ 4） 当人眼偏离视中心时，在偏距相等的情况下，人眼对左上限的观察最佳，依次为右上限，左下限，右下限。 考虑到以上几个方面，所以轿车仪表板的外形都设计成横向长方形，这能够使驾驶员减少眼睛的运动时间和疲劳度，提高认读，判断的准确率；汽车仪表的刻度方向的设计基本都是从左到右或者顺时针方向进行数量和尺度方向的增加，以符合人的视觉习 7 惯。 此外，考虑到人对各象限观察效果的不同，布置比较多的显示装置时，应将最重要的布置在人的视线中心偏左的位置，以便使用者在识别 信息过程中头部不用转动，只需要眼睛快速转动就可以快速的获取相关信息，其他次要的和不重要的则可依次按象限的观察效果的排列结合其他设计原则进行总体布置。 在进行视觉显示装置的总体布置时，要考虑显示信息的种类和树木等，在最佳条件下，一般人能够同时接受工艺过程重要指示器示值多达七个，因此，需要考虑操作者的接受能力有一定的限制，在总体布置时，显示的信息的种类和数目不宜过多，应将显示的信息数量控制在人的视觉通道容量所允许的范围之内，使人处于最优信息条件之下，如果一定要显示多个信息，可以考虑结合另一种感觉器官来 接受信息和数据。 8 第 三 章 控制 装置设计的人机分析及改进 驾驶室内的操纵装置包括手操纵装置 [转向盘、变速杆、手制动、旋（按）钮、开关等 ]和脚操纵装置（制动踏板、离合踏板、油门踏板），参照 GB/T 14475— 1993《操纵器一般人类工效学要求》，其宜人性设计的评价指标为：操纵装置的形状、大小、安装位置、操纵力、操纵位移、运动方向、显示操纵比及操纵装置编码。 方向盘的设计分析 方向盘是汽车驾驶过程中，使用时间最长的操纵装置，因此要更加注重驾驶员驾驶安全性、舒 适性和作业效率。 设计方向盘时应做如下考虑： （ l）使用软体材料制作方向盘的外层轮缘； （ 2）方向盘上的安全气囊不仅在碰撞发生时能自动打开，保护驾驶员的面部和胸部，同时还应该及时排气，以免造成司机窒息； （ 3）采用可压缩式方向盘立柱，以吸收冲击力。 从人机工程学的角度来看，主要可以通过方向盘的角度、位置、大小等几个方面来进行分析。 方向盘的角度设计 汽车驾驶员在对方向盘的操纵中，主要通过单手或双手抓握方向盘并对其施加一定的力量，产生较大的扭矩，从而达到对方向盘的控制。 因此，在方向盘的设计中，应保证驾 驶员能够发出较大的扭矩。 根据人机工程学原理，方向盘倾斜角度对驾驶员施加到方向盘上的力有很大影响，方向盘的安装角度越平缓，驾驶员可以施加的力越大，方向盘安装角度与力的关系如图 31。 由图可知，当方向盘水平安装时，人的施加力可达到最大。 但是，考虑到人在这种角度操作时，手部腕关节处于非自然状态，极易产生疲劳，因此，方向盘一般不适宜安装成 0176。 角。 从人手腕关节的自然姿势角度考虑，当方向盘垂直安装时，人的操纵最自然，但此时人能对方向盘的施加力很小，在要求比较大的扭矩时，操纵起来比较困难，因此也不适宜。 所以方向盘的 安装角度通常应选在便于活动的 15176。 ～ 70176。 之间。 9 图 31 方向盘施加力随方向盘倾角的变化曲线 方向盘的位置设计 人的各关节活动有一个舒适的角度范围。 因此，方向盘的设计除了要考虑到它的安装角度之外，还需要考虑到它的安装位置。 它离座椅的远近和离地板的高度等都应有一个合适的尺寸，以便驾驶员能够在驾驶过程中保持肢体各部分的操纵舒适性。 如果离座椅的距离较远，驾驶员在操纵方向盘的时候，手必须前伸一个较大的距离，这时，不仅会使手的小臂与上臂之间的夹角加大，而且会使上臂上抬一个角度，使肩关节处于非自然 状态。 此时，驾驶员在进行驾驶时，极易造成肩关节和肘关节的疲劳，从而导致工作效率下降。 如果方向盘离座椅距离较近，又会使手的小臂与上臂之间夹角减小，并使得前臂和上臂部分肌肉互相压迫，造成肌肉紧张而产生疲劳。 而且，方向盘离座椅较近，会使人在驾驶时身体离方向盘距离很小，这不仅限制人的活动，影响人对其它操纵装置的控制，并且在发生碰撞时，由于距离过近而对人造成较大的伤害。 因此，方向盘离座椅的距离应适宜，应使驾驶员在操纵时前臂与上臂的夹角处于舒适夹角范围内。 图 32 为人在操纵不同距离的方向盘时手臂的不同情况对比。 图 32 操纵不同距离的方向盘时手的不同情况对比 10 对于汽车方向盘离座椅距离的确定，可以根据图 33 作为设计参考依据，这样大身材和小身材人在操纵时都可以通过部分调整进行使用。 在同一座高时，不同身高的人可以通过座椅的前后移动获得大小腿的舒适夹角。 而对于方向盘的前后位置，同样通过距离的改变，可以基本满足不同长度的手臂在抓握方向盘时，前臂与上臂保持在舒适夹角范围内。 图 33 驾驶姿势时人体各部分夹角的合理范围的模板 方向盘大小的设计 转向盘与手指接触的部位应有适合指形的波纹，横截面应为椭 圆形或圆形，以保证操纵舒适、握持牢靠；转向盘大小应符合动作肢体的人体测量学指标，转向盘直径为 330～ 600mm，握把直径为 20～ 50mm。 变速杆设计分析 对于变速杆的人机分析，主要针对它的高低、前后的位置、手握部分的形状以及操纵的角度、位移等几个方面来进行。 变速杆的形状 驾驶员在对变速杆进行控制时，是通过手握住来进行操纵。 因此，要求变速杆的手握部分的形状应符合手的生理特点，以使驾驶员手握舒适、施力方便、不产生滑动。 在设计时应根据各自特点并结合手掌的解剖特征来进行考虑。 针对这种抓握 方式的操纵器的手握部分，可以考虑将它的顶面设计成平面或接近平面的弧面，这样能够使它与掌心间留有一定的间隙，从而可以避免对肌肉较少的掌心部位的压迫。 这样，能使驾驶员手的抓握更紧，可以防止驾驶员在用力操作过程中手的滑脱。 此外，为了防止操作过程中手的滑动，手握部分不能设计的太光滑，最好能有一定的纹理，这样可产生一定的摩擦阻力，有利于操作和防止手滑动， 但须注意纹理不能过分粗糙，以免影响驾驶员操作时的手感和舒适度。 11 变速杆的高度及位置 变速杆是驾驶员通过前后推拉和左右推拉进行控制，用以改变汽车速度的一种控 制杆，它需要较大的力来进行操纵。 当人在进行前后推拉或者左右推拉的时候，其施力大小会有所不同。 当手作前后运动时，拉力要比推力大，往后要比往前大。 在操纵杆的设计中，为使操作者能有一个较为舒适的控制过程，应尽可能的将操纵杆设置在人能够有较大施力的位置，并且对于需要使用较大力量操纵的控制杆，为便于施力，手把的位置在立姿作业时应与肩同高，坐姿作业时应与肘同高，如图 34 所示。 并且应考虑到在不同方式和位置下施力的大小，对控制杆的阻挠力大小进行相应的改变，这样能减小驾驶员操纵的疲劳度。 图 34 控制杆的把手位 置 变速杆的操纵角度及位移 在对操纵器的设计中，除了要对它的位置、形状进行考虑外，还要。