安全人机工程学课程设计1.docx
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安全人机工程学课程设计1
吉林建筑大学
安全人机工程学课程设计
设计题目人机工程学在轿车安全性设计中的应用
与分析
名姓
号学
级班安全121班
业专安全工程
学院市政与环境工程学院
指导教师马池香
指导教师评语：
指导教师：
2015年6月19日
摘要
随着社会的飞速发展，以及经济增长速度的大幅度提高，随着物质条件的优越，人们对现代化交通工具的需求量也在不断地加大，比如说轿车，以往，轿车只不过是少数人的特权产物，但是如今，他早就已经走进了寻常百姓家，成为了大家外出必不可少的交通工具，而且，所扮演的戏份也是越来越大。
而轿车的设计，也要充分的的人机工程尤其是安全人机工程的角度来考虑轿车的安全性与舒适性。
而消费者在购买的过程中也越来越看重这些，所以轿车内的设施与配置的设计与安全人机工程的联系也显得越来越举足轻重。
本设计主要针对于轿车，分析人机工程学在轿车安全性设计中的应用，通过主动与被动两个方面来进行阐述。
在主动安全系统中，驾驶员与轿车构成了典型的人机系统，其中驾驶员是系统的核心，通过对人机工程学原理的应用对轿车进行转向系统和制动系统操纵装置、仪表显示装置和驾驶视野的设计，从而提高了车辆的主动安全性。
第一章人机学的基本理论.....................................................1
第二章轿车的显示装置设计...................................................2
2.1显示装置的概念.......................................................2
2.2显示器的分类与选择...................................................2
2.3仪表显示器的设计.....................................................2
2.3.1仪表显示装置....................................................2
2.3.2表盘的设计......................................................3
2.3.3字符...........................................................4
2.3.4指针...........................................................4
2.4信号灯显示装置.......................................................5
2.5显示装置的布置.......................................................6
第三章控制装置设计的人机分析及改进.........................................8
3.1方向盘的设计分析.....................................................8
3.1.1方向盘的角度设计...............................................8
3.1.2方向盘的位置设计................................................9
3.1.3方向盘大小的设计...............................................10
3.2变速杆设计分析......................................................10
3.2.1变速杆的形状...................................................10
3.2.2变速杆的高度及位置.............................................11
3.2.3变速杆的操纵角度及位移.........................................11
3.3脚踏板的设计分析....................................................11
第四章驾驶室、车身内部空间布置方法.......................................13
4.1驾驶室内部空间设计的人机分析........................................13
4.2膝部空间的设计......................................................13
4.3座椅设计的人机分析及改进............................................13
4.3.1座椅设计中相关人体尺寸........................................13
4.3.2座椅设计中相关尺寸............................................15
4.3.3座椅设计的人机分析及改进......................................15
4.4车内光环境的设计....................................................16
4.5车身内部布置方法....................................................16
4.5.1从内到外法.....................................................16
4.5.2从外到内法.....................................................17
第五章颜色设计............................................................18
5.1驾驶室内的色彩设计..................................................18
5.2轿车内显示装置的颜色设计............................................18
第六章结论...............................................................20
1
2...................................................................参考文献
第一章人机学的基本理论
人机工程学人机工程（HumanFactorsEngineering）或称人体工学，是一门专门研究人与系统其他元素之间相互作用的技术科学，是探讨人类工作或日常生活中如何与工具、设备、机器及周遭环境之间互动的关系，以及如何去设计这些会影响到人的事物及环境。
易言之，人机工程就是要去改善那些人们所常使用的器物与所处的周遭环境，使其与人本身的能力、本能极限与工作需求之间能有更好的配合，以求安全、省事、省力、快速、舒适、不易犯错、不会疲劳与正确等工作效益的提升。
换个角度来看，就是将人视为整个系统的一部份，除了技术外，为了发挥整个系统的预期功能，以及将人视为最有效的资源，再加上昂贵的人力成本，所以我们要研究「人」这个子系统，使其它的子系统与「人」类实体的、生理的、生物力学的、心理的、社会心理的、文化的因素兼容或适配，以发挥「人」的最大功能并使其不受伤害，这也就是人机工程的宗旨。
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第二章轿车的显示装置设计
2.1显示装置的概念
显示装置是指通过可视化的文字，曲线，数值，符号，标志，图形，可听得声波及其他人体可感知的刺激信号向人传递机的各种运行信息的器具。
2.2显示器的分类与选择
轿车中使用的最普遍的显示装置是视觉显示装置，主要是各种仪表及信号指示器，视觉显示装置应使驾驶员既可以认读准确迅速又不易疲劳，常用的视觉显示装置有数字显示和模拟显示两大类，从安全人机工程学的观点考虑，使用阴极射线管，气体放电管和发光二极管等屏幕式显示装置更为适合，它既可以显示数字量和模拟量，又能显示过程参数的变化曲线和图形，更适合人的心里和生活特点，认读速度和准确度较高，能减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，也可以使驾驶员可以更加安全的架势汽车，对于定量读数的显示，应选择电子式的数字显示，这可以为驾驶员在观察上提供极大地方便，避免了驾驶员因思索，计算等造成的注意力不集中而造成更大的更严重的后果，对于定性度数的显示，由于它不需要具体的数据，且模拟现实更为灵敏，方便，因此选用指针式显示，这样做，可以使驾驶员直观的观察到，增加了安全性。
汽车在行驶中，驾驶员需要随时获得轿车的行驶状况才能保证更好的驾驶，仪表板是精确的反映车况的唯一装置，为轿车的安全运行提供了极大的支持，所以如何设计好仪表板的各项功能并合理布置成了一项重点。
2.3仪表显示器的设计
为了使驾驶员能够进行高效安全的驾驶作业，轿车驾驶室内的视觉显示装置，应能够迅速，方便，准确的给人提供视觉信息，因此在进行视觉显示器装置设计时，应该选择合理的传递信息和数据的形式，并根据人的视觉特点，按最佳观察方式来进行总体布置。
把视觉显示装置类型的划分中，可按其显示形式的不同划分为：
仪表显示，信号灯显示。
现分别论述如下
2.3.1仪表显示装置
仪表是显示装置中使用最广的一类视觉显示器，按其认读特征又可划分为数字显示器和模拟显示器。
数字式显示仪表是一种使用数字显示有关参数或工作状态的装置，如各种数字显2
示屏，机械和电子的数字计数器等，数字显示的认读过程比较简单，只是对单一的数字或符号的辨认过程，这一类型的特点是：
显示简单，精确。
模拟显示仪表是通过模拟量来显示有关参数状态的视觉显示装置。
它具有显示信息形象化，直观化的特点，使人对示值在全量程范围内所处的位置一目了然，对于测量的偏差值，不仅显示出偏差量，而且示出偏差量位于给定值的哪一侧。
在不需要精确度出显示的具体数据时，他能够迅速直观的显示出所处范围的位置，机器的状态，从而使操作者第一时间作出反应。
经调查数据可知，在现行轿车的仪表显示器中，大多为模拟式显示器，比如通过指针式显示器来指示发动机转速的变化情况。
驾驶员在驾驶过程中可以通过发动机的转速表和迈速表来判断轿车的运行状况是否安全。
当黑夜驾车时，仪表盘的背景灯光的颜色也要以人眼对颜色的识别序列为基准，人眼对颜色的反应顺序是红绿黄蓝，背景灯光的颜色也要以这几种颜色为主。
2.3.2表盘的设计
针对仪表刻度盘的设计，主要可以通过其形状的不同来进行不同的选择。
其类型有：
开窗式、圆形、半圆形、水平直线型和垂直直线型。
表2-15种显示器读数准确度的比较
显示器类型测量项目783坐姿眼高847798749695739
594坐姿肩高598557556518641
284坐姿肘高263228215298251
151坐姿大腿厚112130113130151
493458424493532坐姿膝高456
405342413383小腿加足高448382
469457坐深494421401433
570515529495554595臀膝距851
975
992
1063
坐姿下肢长921
912
最大可见度盘尺寸（mm）
读数错误率（%）
开窗式
42.3人体尺寸参数表4-2
45
圆形年龄分组
54.0～60岁）（男18
10055岁）女（18～
半圆形百分位数
110
153
水平直线形
18050595
25295550
竖直直线形坐高坐姿颈椎点高
180908958858701657615
325901855809657617579
根据表2-1可知，不同形式刻度盘的误读率不同。
其读数准确度由大到小依次为：
开窗式、圆形、半圆形、水平直线形、竖直直线形。
在设计轿车内部的仪表盘形状时，可以根据人机学的研究结果来进行合适的选择，考虑到驾驶员在认读表盘时首先进行的是判断显示在全范围内的位置，因此不宜使用开窗时的表盘。
虽然开窗式的表盘认读的准确率极高，但是却没有通过指针显示所在量程范围内的具体位置，不能满足驾驶员的第一判断，圆形式具有良好的位置显示和准确率，因此在大部分时候可以采用。
但该形式的表盘的最大刻度数与最小刻度数连在一起或距离较近，因此，为了使驾驶员快速判断，必须将最大可读与最小刻度分开一定距离，以免发生识别错误，在进行仪表盘面设计时，某些设计要求选用圆形盘面时，应考虑盘面的最大与最小刻度线要明显的区分开，以保证认读的准确性，半圆形式，给出了较好的准确率和位置显示，在许多情况下能很好的显示信息。
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而在汽车的部分仪表中，由于需要在盘面上显示较多的刻度范围，如果使用半圆形表盘，会因显示面积受限而减小刻度之间的范围，增加驾驶员的判断的困难性。
综合考虑，在这种情况下，会采用略大于半圆形盘面的大半圆式盘面（图2-1）。
这样，就可以满足大部分盘面的设计原则。
图2-1汽车仪表合理盘面形式
2.3.3字符
为了能将仪表上的信息迅速准确的传达给驾驶员，不仅要按照人机工程学来设计表盘的形状和指针，还要使字符的设计符合人机学的原理，具体要考虑的是字符的形状，立位，大小等。
对于仪表字符形状的考虑，要求其简单，显眼，可通过直线和尖角等来加强字体本身特有的笔画，使其具有便于认读的特征。
在仪表的刻度上标上相应的字符时，为使人可以更好地认读，一般采用直立。
为了避免指针对标数的遮挡，字符应标在刻度标记的外侧，当不允许标在外侧时才标在内侧，大小，应能保证驾驶者在自然视觉范围内无论哪个方向及角度，都要看的清楚，黑夜，背景灯的作用下，也要能轻松的看清楚。
2.3.4指针
指针的形状要单纯明确，有明显的指示性形状，针身以头顶尖，尾部平中间等宽或狭长的三角形为好。
图2-2指针的常用形式
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2.4信号灯显示装置
信号灯显示装置是指视觉信号由信号灯产生的显示装置，目前已广泛的使用与车辆，飞机，航海，家电，及仪表板等上，其特点是面积小视距远，引人注目，但信息负载有限，当信号较多时，信号显示会显得杂乱，并相互干扰，信号灯显示装置主要有两个作用，一是指示性二是显示性，指示性是指引起操作者的注意或指示操作者进行操作，显示性及反应某个指令，某种操作或某种运行过程的执行情况。
在信号灯的设计中，必须使其符合人的视觉特性，以保证信息传递的速度和操作者的识别质量，为了保证信号灯在使用过程中具有醒目，迅速的传递功能，要求对信号灯的亮度，颜色，和形象等方面进行多方面的考虑。
针对信号灯的亮度，考虑到强光信号比弱光信号易于引起人注意，所以其亮度应至少两倍于背景的亮度，以便引起操作者的注意，并且考虑到闪光信号比固定信号更能引起人注意这一点，在保证信号灯的亮度的基础上，在部分重要信息或危险信号的信号灯的显示上可采用闪光信号，以便引起观察者的进一步注意，但要注意光的强度和闪烁不能使人感到刺眼和炫目。
在颜色上，通过对颜色的含义，人的心理，及颜色的习惯使用特点等进行分析，综合考虑应在作为警戒，禁止或指示不安全情况的信号灯上使用红色比较好，提醒注意的信号灯应用黄色，表示正常运行的信号灯应用绿色，其他信号灯的颜色应按用途作出适当选择。
当信号灯较多时，除了用颜色进行去分外，还可以用形象化的形状加以区分，这样有利于加强视觉通道的传递，并且其形象最好能够与它们所代表的意义有逻辑上的联系。
如图2-3所示
1—远光指示灯2—安全带指示灯3—燃油液面指示灯
4—转向信号指示灯5—发动机故障指示灯6—后雾灯指示灯
图2-3汽车内部信号显示灯形象
现行轿车内部的指示灯的显示装置基本按照汽车行业通用的标准进行设计和使用，比如在指示燃料的剩余量过少时，燃油页面指示灯将呈现黄色或红色以提醒驾驶员进行5
燃料补充，以免发生不必要的情况，在指示安全带没有扣紧时，通过安全带指示灯呈现红色或黄色，来提醒驾驶员注意扣紧安全带，以免因碰撞而造成伤害，这些指示灯的设计可以较好的减小驾驶员在驾驶过程中发生事故的可能性，比较符合人机工程学中对人的安全性的考虑，因此，是比较合理的设计。
2.5显示装置的布置
针对轿车显示装置的布置，在其最重要的仪表和指示灯的布置时，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25°的范围和垂直视野（在视水平线下30°范围内）的10°范围之内（如图2-4），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25°时，会大大增加认读的时间。
轿车仪表盘的最佳布置区域图2-4
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6
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。
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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/T14475—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。
3.1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。
3.1.1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
3-1。
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0°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15°～70°之间。
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方向盘施加力随方向盘倾角的变化曲线3-1图3.1.2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3-2为人在操纵不同距离的方向盘时手臂的不同情况对比。
操纵不同距离的方向盘时手的不同情况对比图3-2
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对于汽车方向盘离座椅距离的确定，可以根据图3-3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
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