汽车驾驶室设计与人机工程学Word文档下载推荐.docx
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14.55
284
13.33
前臂长
237
12.73
213
12.12
大腿长
465
22.42
438
21.82
小腿长
369
18.79
344
坐高
908
30.30
855
27.88
坐姿眼高
798
39.70
739
26.67
坐姿肩高
598
24.85
556
23.03
坐姿肘高
263
21.21
251
坐姿大腿厚
130
10.91
10.30
坐姿膝高
493
458
20.61
小腿加足高
413
18.18
382
24.24
坐深
457
433
19.39
臀膝距
554
23.64
529
坐姿下肢长
992
43.03
912
36.97
胸宽
280
16.36
260
13.36
胸厚
212
15.75
199
17.58
肩宽
375
351
18.29
臀宽
306
317
坐姿臀宽
321
15.76
坐姿两肘间宽
422
30.91
404
33.94
头围
560
546
15.77
头全高
223
216
9.70
2.2测量数据统计方法
人群中个体与个体之间存在着差异，某一个或几个人的人体测量数据不能作为产品设计的依据。
任何产品都必须适合一定范围的人群使用，产品设计中需要的是一个群体的人体测量数据。
通常的做法是通过对测量群体采取抽样调查，再进行统计处理而获得所需的群体的人体测量数据。
对一定数量的个体样本进行人体测量所得到的测量值，是离散的随机变量，可以跟据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析，求得所需群体的人体测量数据的统计规律和特征参数。
常用的统计特征参数有均值、方差、标准差、百分位数等。
人体测量的数据常以百分位数来表示人体尺寸的等级，分位数是一种位置指标，一个界值，以符号凡表示。
一个百分位数将总体或样本的全部测量值分为两部分，有K%的测量值等于或小于此数，有（100-K）%的测量值大于此数。
最常用的是第5,50,95三个百分位数，分别记作只、凡。
、凡。
。
其中只代表“小”身材的人群，指的是有5%的人群身材尺小于此值，而有95%的人群身材尺寸大于此值;
凡。
代表“中”身材的人群，指的是有50%的人群身材尺寸小于此值，而有SO%的人群身材尺寸大于此值;
凡s代表“大”身材的人群，指的是有95%的人群身材尺寸小于此值，而有5%的人群身材尺寸大于此值。
驾驶室尺寸往往要满足95%以上人群的需要，以适应大部分人的使用要求。
显然，单一固定的尺寸很难满足要求，所以驾驶室中座椅、安全带等都是可调的。
第三章人体感应与信息处理
3.1人在人机系统中的功能
（1）传感功能。
通过人体感觉器官的看、听、摸等感知外界环境的刺激信息，如物体、事件、机器、显示器、环境或工作过程等，将这些刺激信息作为输入传递给人的中枢神经。
（2）信息处理功能。
大脑对感知的信息进行检索、加工、判断、评价，然后做出决策。
（3）操纵功能。
将信息处理的结果作为指令，指挥人的行动，即人对外界的刺激作出反应，如操纵控制器、使用工具、处理材料等，最后达到人的预期目的，如机器被开动运转、零件被加工成形、机器的故障已被排除、缺陷零件已被修复或者更换等。
而具体到汽车驾驶室，人的作用主要是从仪表盘、路上的信号灯和标志等获取信息，经过神经系统处理，操作方向盘、踏板等操纵设备，完成驾驶操作。
3.2听觉
人体听觉器官的功能是分辨声音的强弱和高低，以及环境中声源的方向和远近。
声波是因空气分子前后振动而形成的。
可听声主要取决于声音的频率，一般人的最佳可听频率是20-20000Hz。
驾驶室隔音就是主要根据人的听觉来设计的。
车内噪声不外乎来自发动机、底盘、风噪声以及车身共鸣等。
目前国内流行的汽车隔音技术都是根据这几个噪声源进行防治，以达到隔绝噪声进入车厢，营造一个安静的车内空间。
防噪声的方法主要是在车顶、两侧车门和车厢内中央底盘等位置加上隔音材料。
目前常用的隔音材料有毛毡纤维棉、棉毯和毛毡等材料。
另外，车上的提示音也可以算是对人的听觉的利用。
例如启动车后，如果没有扣好安全带，就会听到烦人的提示音，直到驾驶员扣好安全带。
还有转向时的听到的提示音。
3.3视觉
据估计，人脑获得的全部信息中，有95%以上来自视觉输入。
因此，在驾驶室设计中应该保证驾驶员具有良好的视野。
视野是指人眼和头部在正常的活动状态下，眼睛所能看到的空间区域。
驾驶员在驾驶汽车时，实际获得的视野范围是通过转动眼睛、头部和人眼的主视野综合作用的效果。
汽车驾驶员眼椭圆是指不同身材的驾驶员按自己的意愿将座椅调整到适意位置、并以正常的驾驶姿势入座后，他们眼睛位置在车内坐标系中的统计分布图形，由十图形呈椭圆状，因此被称为驾驶员眼椭圆。
驾驶员眼椭圆的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视野原点基准。
在汽车行驶时，80%以上的交通信息是通过驾驶员的视觉得到的，驾驶员的视觉通道是最重要的信息通道。
由于驾驶员眼椭圆代表了一定群体的驾驶员在正常驾驶位置时眼睛在车身坐标系中的分布。
因此，在汽车设计时可以用眼椭圆来衡量和评价驾驶员视野性的好坏。
另外仪表盘的设计也是主要根据人的视觉。
一般人的正常视距为46～71cm，视觉效率高的视角为40°
左右，在视野中心30°
的范围内影像最清楚，因此，应把最重要的、使用额次最高的仪表布置在此范围内，一般的仪表布置在60°
范围内。
其次，仪表的排列应适宜于人的视觉特性。
人的眼睛习惯于从左向右，从上向下运动和顺时针方向转动，仪表的排列应符台这一习惯。
当仪表很多时，应按功能分区排列，并且仪表刻度线的粗细，长短及间距都应便于视读。
仪表盘上还应装有足够的开关和照明装置，以减轻驾驶员的视觉疲劳等。
可以考虑仪表盘用黑色不透明材料制造，刻度盘也采用黑色，以吸收使驾驶员眼睛产生疲劳的内部照明反射光。
全部开关都沉装在控制板内，标志醒目，容易分辨。
还设有能产生各种颜色的微型光学信号仪表，用以检查各零部件的工作状况（机油压力、蓄电池充电状况、差速器锁止状况等）。
汽车仪表
3.4触觉
人体触觉是非常准确的，在人机系统的操纵装置设计中，可利用人的触觉特性，设计具有各种不同触感的操纵装置，使操纵者能依靠触觉准确地控制各种不同功能的操纵装置。
一般而言，简单的形状比复杂的形状更易被准确辨别;
外形相差较大者比外形轮廓类似者更易被准确辨别。
例如：
变速器操纵杆和手刹操纵杆的形状不同，离合器、刹车和油门踏板的大小不一。
变速器操纵杆
手刹操纵杆
离合器、刹车和油门踏板（从左往右）
第四章人的心理与行为特征
心理现象是研究人的心理现象及其活动规律的科学。
心理是人的感觉、知觉注意记忆思维、情感、意志、性格、意识倾向等心理现象的总称。
人的心理活动是很复杂的，主要应用在驾驶室的仪表上，表现为各种提示灯的颜色，如机油灯、燃油灯和安全带灯等涉及驾驶安全和车辆状况的灯，一般采用红色。
因为红色在人的潜意识中代表危险和警告的意思，采用红色容易引起驾驶员的注意。
第五章人体生物力学与施力特征
人体的生物力学特性主要是针对人体运动系统而言。
人体运动系统由骨、关节和肌肉组成。
骨是人体运动的杠杆，关节是运动的枢纽，肌肉是动力。
在生产劳动中，为达到操作效果，操作者身体有关部位所施出的一定量的力称为操纵力。
人体所能发挥的操纵力大小除取决于人体肌肉的生理特性外，还取决于人的操作姿势，施力部位、施力方向、持续时间等。
骨与骨之间除了由关节相连外，还由肌肉和韧带联结在一起。
因韧带除了有联结两骨、增加关节的稳固性的作用外，它还有限制关节运动的作用。
因此，人体各关节的活动有一定的限度，超过限度，将会造成损伤。
另外，人体处于各种舒适姿势时，关节必然处在一定的舒适调节范围内。
下表为人体各关节活动角度范围。
表5-1关节活动角度（度）
运动部分
平均值
标准差
肩屈
188
12
肩伸
61
14
肩外展
134
17
肩内收
48
9
肩向内旋转
97
22
34
13
肘屈
142
10
臀部屈
113
臀部外展
53
臀部内收
31
膝屈
125
踝屈
38
踝展
35
7
操纵器是驾驶员将信号传递给汽车的工具。
操纵器的设计应适宜于人体尺寸要求和人肢体的用力范围，以便于人的操纵，操纵速度不得超造人可能的反应速度，操作力求简单、省力，以减轻驾驶疲劳；
操纵器的外形应美观大方、手感好等。
设计时充分考虑这些因素，有利于提高操作的准确性和可靠性。
汽车的操纵器一般分手控和脚控两种。
手操纵器通常指方向盘、变速杆等，由于手的动作灵敏、准确，因此，多希望用手控制操纵器。
设计手操纵器时，应考虑到手的运动特点、功能及在不同操作条件下的用力状况。
一般人坐姿以手臂操纵杆或手轮的用力规律是：
右手的力量大于左手，向下的力量略大干向上的力量，向内用力大干向外用力。
依据上述特点设计操纵杆时，操作角度一般小于90°
，通常为30°
～60°
对于操作幅度，前后方向最大位移一般为350mm，左右方向最大位移950mm，操纵杆的长度有操作角度、位移及操作力来确定；
当操纵杆的端部装有球形手柄时，球体的直径一般为12.5～25mm；
当操纵杆的直径小于7.5mm时会引起肌肉紧张而容易疲劳；
操纵器操作时最好存在一定阻力，使驾驶员有操作感，以便于连续操作；
一般单手操作时最小力约为10N，对于最大力，前后方向130N，左右方向90N。
当操纵力超过50N～150N，或者用手操作不方便，或者需要连续操作时，往往使用脚控操纵器，如加速踏板、制动踏板等。
人脚发出力的大小与人的姿势、脚的位置和方向等有关。
通常踏板的高度应设置在脚能发出最大力的位置，即脚踏板与座椅座垫上表面齐平或脚踏板稍低一些。
踏板力随座垫上表面高度的升高而减小，是由于靠背的反作用力改变的缘故。
踏板相对于座垫上表面的最佳位置范围是高度大约100～300mm。
为了减轻驾驶员的疲劳，应力求减小驾驶员需要施加在方向盘和踏板上的力。
对驾驶室内的操纵器的评价方法包括主观评价和客观评价，评价指标体系的建立主要从以下几方面考虑:
（1）人是否舒适地进行作业;
（2）机器各元件的分布是否按重要性原则合理布置;
（3）手脚负荷分配是否合理;
（4）手操纵时，手的动作距离和顺序是否合理;
（5）操作范围的尺度按人体百分位设计;
（6）从人体生理特征出发考虑各元件的设计是否合理;
（7）是否有防误操作的设计措施;
（8）环境条件是否有利作业进行，机器是否满足该环境工况。
具体评价会在后面的章节进行阐述。
第九章人与环境的界面设计
9.1摘要：
《人机工程》（丁玉兰）关于人与环境的界面设计这一章实际研究的是作业环境对系统的影响及作业环境的防护标准及评价方法，包括热环境、光环境、声环境及震动环境等。
本章将以热环境为例在课文的基础上进一步阐述作业环境设计的相关知识及评价标准。
9.2人体与热环境—热舒适的定义
人体热舒适定义为人对热环境表示满意的意识状态。
热舒适环境则是人在心理状态上感到满意的热环境。
[1]影响人体热舒适性的环境参数主要有空气温度、气流速度、空气的相对湿度和平均辐射温度;
人的自身参数有衣服热阻和劳动强度（新陈代谢）。
人体热舒适的研究涉及建筑热物理、人体热调节机理的生理学和人的心理学等学科。
研究方法有实验、实际调查和数值模拟等。
热舒适习惯地定义为主观上对热环境满意是不够的。
这会导致热舒适的新定义———对热环境的主观中性状态。
如此定义,舒适就是静止的并能经久存在,明显区别于瞬时愉快的特点。
关于热舒适和热感觉的区别，热感觉是假定与皮肤热感受器的活动有联系,而热舒适是假定依赖于来自热调节中心的热调节反应。
在热感觉、热舒适和热调节方面可能的神经活动过程可由示意图9-1表示。
由图可见,热感觉主要是皮肤感受器在热刺激下的反应,而热舒适则是综合各种感受器的热刺激信号,形成集总的热激励而产生。
图中虚线表示一种可能性,热舒适则包含舒适与不舒适两种可能性。
长期以来,研究者分别在稳态热环境和动态热环境下做了大量的实验,结果发现受试者在稳态热环境下可较明确地回答冷热感觉,但难于回答是否舒适或愉快;
动态热环境下,人体热反应的特点是在热刺激时人体的热感觉变化较慢（0.5s~0.9s）,而在冷刺激时则较快（0.3s~0.5s）,并当人体温度高于中性时,冷刺激会引起人体的舒适或愉快反应。
图9-2出示了人体处于不同热状态时,热刺激和冷刺激的不同作用。
可见,在动态条件下可有条件地使舒适和不舒适交替出现,舒适是忍受不舒适的解脱过程,它不能持久存在,只能转化为另一不舒服过程,或趋于无差别状态。
在稳定中性热环境下达到热舒适是没有根据的。
从卫生学的观点,一些学者指出“在房间内实际的恒温状态对居住者的健康有害”。
图9-1热感觉与热舒适示意图
图9-2冷刺激与热刺激作用差别图
综上所述,热舒适只在动态热环境下出现，非持久过程。
而在课本《人机工程》（丁玉兰）上，热舒适环境的定义为：
人在心理状态上感到满意的热环境。
课本对心理上感到满意的解释就是既不感到冷，又不感到热。
由此知道，课本关于热舒适的定义是在不变的温度环境内，有所欠缺。
9.3影响热舒适性的微气候指标
对人体热感觉起重要作用的是建筑物的微气候指标,其包括周围环境的热工参数及其组合。
其中最重要的5个参数为:
空气温度、气流速度、空气相对湿度、周围表面温度和热辐射。
重要的组合为:
空气温度和周围表面温度;
空气温度、周围表面温度和气流速度;
空气温度、周围表面温度、气流速度和相对湿度;
空气温度、气流速度和相对湿度;
空气温度和相对湿度。
[1]
9.4热环境的评价标准
9.4.1主观评价标准
热环境对人体影响的主观感觉评价标准都是通过调查得到，因此，不多加与评述。
表9-2不同热经历背景的受试者中性温度（或偏好温度）的比较
9.4.2客观评价标准
到目前为止，对人体热舒适程度进行评价的方法相当有限，基本上都是采用热舒适主观评价方法，即采用热舒适问卷调查的形式直接询问人们在某热环境下的热感觉与热舒适程度。
热舒适主观评价方法是一种较为可靠、简便的评价方法，然而，热舒适主观评价方法评价结果的准确性在很大程度上会受到受试者自身对热舒适是否能合理判断的影响，或者说热舒适主观评价的结果具有较大的主观性。
人体热舒适虽然是一种主观感觉，但从生理学角度看，当人体处于热舒适或热不舒适时，受自主性体温调节活动的影响，其生理状态也是不同的。
根据不同热舒适程度间人体热生理状态的差异来评价热舒适程度，也就是热舒适客观评价方法，评价结果将不完全依赖于受试者对热舒适状态的主观判断，更客观，同时由于引入了人体生理参数，评价结果还具有生理学意义，可为进一步人体热舒适生理机理研究提供理论依据。
与人体热舒适有关的生理参数较多，而生理指标的合理选择对热舒适客观评价结果的准确性有重要影响。
[2]
人体对热环境的反应有2个方面：
主观感觉反应和客观生理反应。
主观感觉反应即热舒适感觉。
客观生理反应即人体的自主性体温调节活动，是人体在热环境中为维持体温稳定而产生的一种非意识性的生理调节反应。
人体自主性体温调节具有3种重要生理调节方式：
皮肤血管收缩与扩张、冷颤、发汗。
（1）皮肤血管收缩与扩张。
当人体内的温度高于体温调定点时，皮肤血管扩张，导致皮肤血流量增加，将人体内更多的热量通过皮肤交换到外界环境；
而当人体内的温度低于体温调定点时，皮肤血管收缩，使皮肤血流量减少，导致人体向外界环境的散热也减少。
（2）冷颤。
当人体内的温度降低到一定程度，而皮肤血管的收缩不足以维持体内热平衡时，人体肌肉会通过冷颤的方式产生热量，从而使体温恢复到正常范围内。
（3）发汗。
当皮肤血流量的增加还不足以将体内多余的热量充分交换至体外时，人体开始发汗，汗腺将汗液排至皮肤表面蒸发。
这是冷却皮肤、增加体内散热的一种非常有效的手段。
人体皮肤温度
虽然人体热舒适感觉是一种主观心理意识，而体温调节活动是人体客观的生理反应，但是，二者之间有着密切的关系。
研究表明：
通常当来自于人体热感受器的神经信号强度最弱、体温调节活动最小时，人就会处于热舒适的状态；
而较强的体温调节活动对热不舒适的形成起了重要的作用，如冷环境下人体皮肤血管的收缩和冷颤会引起人冷不舒适，而热环境下人体皮肤血管的扩张和发汗会导致人热不舒适。
图9-5给出了人体体温调节活动与热舒适的关系。
图9-5
另一方面，从人体体温调节的方式来看，体温调节活动会引起人体相关生理参数发生相应的变化。
因此，这些生理参数与热舒适之间也应该存在着相关性，具备可作为人体热舒适客观评价指标的生理基础。
在阅读相关文献研究工作的基础上，发现皮肤温度、心率变异性、新陈代谢率、脑电波、肌电、排汗率与热舒适感觉有紧密联系，有可能作为热舒适客观评价的生理指标。
人体皮肤血管的收缩或扩张会导致皮肤温度降低或升高，因此，皮肤温度是反映人体冷热应激程度以及人体与环境之间热交换状态的1个重要生理参数。
现有的研究基本上都将皮肤温度作为1个与热舒适以及热感觉密切相关的人体生理参数。
图9-6所示为实验中受试者平均皮肤温度与热舒适程度的关系。
图9-6
图9-6表明：
与舒适状态时相比，人体在感到冷不舒适时平均皮肤温度较低，而在感到暖不舒适时平均皮肤温度较高。
这3种热舒适状态下的平均皮肤温度均具有显著性差异。
心率变异性
在应用动态心电图的过程中，人们发现心跳的脉搏之间的时间间期不一致，这种心跳间期有节律的波动称为心率变异性。
人体体温调节活动受自主神经系统（交感神经与副交感神经系统）支配，心率变异性分析正是医学上一种用来评价自主神经系统功能和平衡性的有效方法。
在心率变异性频域分析中，低频段与高频段的功率比值
是1个很重要的指标。
它反映了交感神经与迷走神经的相对均衡性。
增加表明交感神经活动增强，迷走神经活动受到抑制；
其值减少则表明交感神经活动减弱，迷走神经活动增强。
而交感神经兴奋会引起体温调节活动（发汗、皮肤血管收缩）的产生。
Liu等[3]对受试人员在不同热舒适状态下的心率变异性进行分析，结果如图9-7所示（其中，“★”表示有显著性差异；
n表示符合成对T检验要求的受试者的人数）。
图9-7人体处于热舒适与不舒适时心率变异性指标
的比较
由图9-7可知：
当人体处于不舒适状态时，其
显著高于处于舒适状态时的值，表明较强的交感神经活动（导致体温调节活动增强）对人体热不舒适感觉的产生起重要作用。
可见：
可为评判人体热舒适与不舒适提供有效的生理依据。
新陈代谢率
人体新陈代谢率是影响人体热舒适的1个重要的因素。
在Fanger热舒适方程、PMV-PPD指标中，人体的新陈代谢率被作为影响人体热舒适的人为因素。
在热中性环境温度下，人体的新陈代谢率最低，基本保持稳定；
在冷环境温度中，为保持人体热平衡，人体内产热，新陈代谢率会增加；
而在热环境中，人体也会通过体温调节活动来维持热平衡，这时人体的呼吸、循环等生理功能处于较高水平，新陈代谢率也较高。
叶晓江[4]对冷环境（自然通风）和热舒适环境（空调环境）下受试者在静坐时的新陈代谢率分别进行测量计算，结果如图9-8所示。
图9-8表明：
在冷环境温度下，受试者的新陈代谢率显著高于舒适温度下的新陈代谢率。
9-8不同温度环境下受试者的新陈代谢率
脑电波
人体脑电波产生的原理，目前较公认的观点是突触后电位学说，即认为脑电波是皮层内神经细胞群同步活动时突触后电位的综合反映。
脑电波包含4个周期性节律：
δ波（频率＜4Hz，电压20~200μV），θ波（4~8Hz，10μV），α波（8~14Hz，20~200μV）和β波（14~35Hz，5~10μV）。
有研究表明：
人体脑部温度的变化可能会影响到脑电波的频率，从而对脑电波的功率密度谱造成显著影响。
脑电波能反映人体精神状态的变化。
热舒适是人对热环境的一种主观反应，也属于精神状态，因此，脑电波也许可反映人体的热舒适程度。
对受试者在不同热感觉时的脑电波进行测量与分析，结果如图9-9所示。
图9-9不同热感觉下脑电波各波段功率比率
从图9-9可见：
α波和β波与人体热感觉有较明显的关系；
当实验中受试者热感觉为稍凉、中性、稍暖时，α波所占的功率比率明显比其他热感觉时的高，而β波在热感觉为热或冷时具有较高的功率比率。
结合受试者的热舒适状态，可以得出脑电中α波的功率在人体感到热舒适时增加，而β波的功率在人体感到不舒适时较高。
肌电
肌电是神经肌肉兴奋发放生物电的结果。
肌电能在一定程度上反映神经肌肉的活动，因而在神经肌肉疾病诊断、康复医学领域的肌肉功能评价、体育科学中的疲劳评定等方面都具有实用价值。
有关肌电与人体精神状态之间的联系研究很少。
叶晓江[4]对大鼠在不同环境温度中的肌电（四肢肌与躯干肌）进行测量，统计分析结果如图9-10所示。
图9-10表明：
环境温度对大鼠的肌肉放电频率有影响；
在环境温度较低
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