人机工程学在车身设计中的运用

以5％和95％百分位的人 体尺寸确定车身室内各部件
的相对位置关系，而驾驶员
座椅的调节行程应能保证：
当座椅调整至最前端时，能 满足5％百分位的人体尺寸要 求；当座椅调整至最后端时， 能满足95％百分位的人体尺 寸要求
布置设计能满足从5％到95％百分 位之间的人体尺寸要求，即符合90％的 使用对象
《人机工程学在车身设计中的应用》
车身设计中，驾驶员的各种操纵装置应布置在人体 的操纵范围内，并使其驾驶操纵处于最佳的动作和施力 状态
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4.1 手的操纵范围
手的操纵范围是车身设计中确定方向盘、综合操纵杆、 各种控制按钮、开关键等的必要条件
研究
驾驶员的手伸及界面
人体工程学的手操纵范围中心
汽车室内手操纵装置和操纵钮键的布置
垂直距离
踵点位置 驾驶员人体模型布置 驾驶员人体设计H点位置
人体布置的轮廓形状曲线 座椅靠背的压缩量 座椅靠背的厚度
驾驶员座椅水平及垂直调节量
前座舱布置空间的后部设计界限
■考虑室内长和高设计指标,协 调空间大小与驾驶姿势的关系 ■比较三种百分位人体布置的 各关节角度变化和坐姿位置变
？人体伸腿空间
化的情况，确定各H点位置和
标准ISO4513适于下列尺寸范围的车身
座椅靠背角
5°～40°
最后H点到踵点的垂直距离 127mm～457rm
座椅垂直102rm～165mm
最后H点到踵点的水平距离 ≥508rnm
确定眼椭圆的方位角: 眼椭圆的空间位置是倾斜的，在侧视图上 的眼椭圆倾角为－6．4° (长轴前低后高)； 在俯视图上的眼椭圆倾角为5．4° (长轴向 右偏转)
注意: 车身设计应使实际H点位置完 全反映设计的H点位置,只有这样驾 驶员入座后,其驾驶姿势才能是室内 布置设计姿势的反映，即保证舒适 驾驶
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4 人体的操纵范围
手的操纵范圈 脚的操纵范围
作用
人体操纵范围的定义 : 人体在正常的驾驶姿势下四肢所能控制(伸及)的区域，以及四 肢动作时所能产生的作用力大小
国家汽车质检中心(长春) 国家汽车质检中心(襄樊)
使用三维H点人体模型的情 况
SAE-3DM 95％百分位 SAE-3DM 50％百分位 SAE-3DM 50％百分位
JSAE--3DM JSAE--3DM SAE-3DM JSAE-3DM
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2人体的舒适驾驶姿势 人体的舒适驾驶姿势定义 人体舒适驾驶姿势所要求的人体生理角度范围
1 方向盘
2 变速杆
3 转向信号控制杆
4 点火开关
5 喇叭
6 刮水器及风窗洗涤装置开关
7 前照灯开关 8 除霜开关 9 紧急故障报警器 10 驻车制动器操纵杆
手伸及界面(三点式安全带)
※ 一级控制件应布置在驾驶员佩戴三 点式安全带时手伸及面范围内
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二级控制件的布置:
二级控制件
眼椭圆在车身布置图的具体定位方法见国标
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眼椭圆的含义
95%眼椭圆概的含义：
眼椭圆是汽车视野设计的基准，它只有与视线（切线）一起使用方 有意义。 画一条上切于此样板椭圆的直线，则表示有95％的驾驶员眼睛位于 此切线的下方，而有5％的驾驶员眼睛位于此切线的上方；同样，画 一条下切于此样板椭圆的直线，则表示有95％的驾驶员眼睛位于此 切线的上方，而有5％的驾驶员眼睛位于此切线的下方，这样在两条 切线之间只包括了90％的驾驶员眼睛位置。由此可见，95％百分位 的眼椭圆样板实际上只代表了90％的驾驶员眼睛位置的分布范围
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1.2.2 三维H点人体模型
三维H点人体模型代表着某一百分位的人体标准立体模型 三维H点人体模型摆放在l：1的车身内部模型或实车座椅上，用来 确定车身室内的实际H点位置和头部空间尺寸
美国有关标准法规要求采用95％百分位的SAE-3DM 欧洲法规要求采用50％百分位的SAE-3DM 日本法规根据目的不同要求采用50％百分位的JSAE-3DM或SAE-
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■ 确定前风窗玻璃刮刷系统的刮刷面积和部位
前风窗玻璃刮刷刮刷面积设计方法
区 刮净率
域
％
A
80
B
95
C
100
眼椭圆 百分位
95% 95% 95%
角度
左
右
上
下
18° 56° 10° 5°
座椅参考点R 座椅参考点是座椅制造厂设计
座椅的基准点。同样利用三维H点 人体模型来确定R点与座椅的相对 位置关系，并且R点用于确定座椅 在车身室内布置的最后正常位置, 即与布置设计的最后H点相一致
车身实际H点
车身实际H点是指将三维H点人体 模型按规定的操作程序安放在车内 座椅上时，人体模型上左右两侧H 点标记连线的中点。它表示驾驶员 或乘员入座后，其胯关节中点在车 身中的实际位置。车身实际H点在 车身设计中有着重要的作用
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驾驶员眼椭圆：
99％ 95％ 90％
作用：代表了驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅上，其眼睛所在位置的分布范围
定义：通过对驾驶员眼睛所在位置的测量、统计分析得到驾驶员眼睛位置的分
布图形呈椭圆状
“眼椭圆”
描述： 车身设计中一般采用眼椭圆样板来描述驾驶员眼睛的分布范围
标准：
国际标准ISO4513一1978《道路车辆——视野性能——关于驾驶员眼睛 位置——眼椭圆确定方法》
在加速踏板的整个行程中， 人体也应保持在舒适的驾驶姿势 下运动，一般加速踏板在初始位 置时，人体右脚与小腿的关节角 为87°～90°，而踏板达到极限 位置时，此角度应不大于130° ，这种角度变化范围，对于舒适 驾驶，频繁操纵加速踏板是有益 的
从人体的躯干与大腿的关节 角度来看，在整个踩踏加速踏板 的过程中，其角度变化也不应超 过2°～3°的范围
车身设计中一般采用5％、50％和95％三种百分位的人 体尺寸，分别代表矮小身材、平均身材和高大身材的人体 尺寸
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1.1.2人体尺寸的应用 应用原则：采用“去两头”原 则，以95％和5％百分位的人体 尺寸作为车身室内设计的基准， 确定座椅调节行程的上、下限 尺寸
以95％百分位的人体尺寸 确定车身室内必须的空间
EO点的位置
表
各种操纵方式时的手操纵范围
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4.2 脚的操纵范围 研究 加速踏板与人体操纵姿势 制动踏板和离合器踏板的布置
加速踏板与人体操纵姿势关键问题：频繁踩踏
由于加速踏板所需的踩力和行程较小，造成驾驶操纵疲劳的主要原因是频繁 踩踏。因此，加速踏板的位置布置设计应使人体处在舒适的驾驶姿势上，这也是 室内人体布置设计常以踵点作为基准点开始布置人体的原因
德国汽车工业协会(VDA)提供的轿车舒适驾驶姿势 范围
A1
20° ～ 30°
A2
28°
A3
105°～115°
A4
100°～105°
A5
110°～130°
A6
90°
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3 人体的布置设计 人体布置与“设计的H点位置 ”
？ 利用人体样板进行人体布置设计
将二维人体模型样板按人体舒适 姿势设计要求摆放在车身布置图上
1 通风开关 2 空调开关 3 收音机音响开关 4 点烟器 5 烟灰盒
两点式安全带
※ 二级控制件应布置在驾驶员佩戴两点式安全带时手伸及界面范围内。
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人体工程学的手操纵范围中心
“EO”点的概念 根据对人体手的操纵范围测量，得到手的操纵范围为一几何球形的空间， 将这个球面体的几何中心称为“人体工程学手操纵范围中心, 简称“ EO”点
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1 人体尺寸和人体模型
1.1 人体尺寸
人体尺寸决定了人体所占据的几何空间大小和人体的 活动范围，是确定车身室内有效空间和进行内饰布置设计 的主要依据
1.1.1人体尺寸百分位分布值
这里的“百分位”是指人体身高分布值的百分位，即 对于某一百分位的身高值，表示身高小于此值的人数所占 的百分率，并将此身高值定义为对应于这一百分位分布的 人体标准身高
变速杆和手制动杆 方向盘
室内操纵钮键
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驾驶员的手伸及界面的定义:
驾驶员的手伸及界面是指驾驶员以正常驾驶姿势坐在汽车座椅上， 身系安全带，右脚置于加速踏板上，一只手握住方向盘时另一只手所能 伸及的最大空间曲面
驾驶员手伸及界面在仪表板布置中的应用:
仪表板按其使用频率和重要性可将控制件划分成两级 一级控制件
设计的H点位置 ( H点代表人体的布置及乘坐的位置 )
得到车身人机工程布置的基准 点
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加速踏板位置 地板线
选择适宜的人体样板(包括百分位和比例)
布置设计步骤：
一般将人体模型的脚跟着于地板上，脚踏在加速踏板上，脚
跟着地点即为踵点。设计中将加速踏板上距离踵点200mm的点定 义为踏点;确定踵点时要考虑地毯的厚度和压缩量
以踵点为人体布置起点，分别将95％、50％和5％百分位的人体样板按选定的人 体驾驶姿势摆放在车身布置图上,使人体的躯干和上、下肢处于最佳的活动范围和角 度关系。依据布置好的人体样板位置，从样板上的H点确定出人体布置的设计H点位 置。这样，就得到了分别对应于95％、50％和5％三种百分位人体布置的设计H点位 置H95、H50和H5点。确定出这些点的位置是室内布置设计的H首9水要5点平工～距作H离5点
3DM 中国标准GBll599-89《汽车室内尺寸测量用三维H点模型》要求采 用的3DM实际上与JSAE-3DM相同，但由于国内生产的轿车多为引 进的国外技术或为合资产品，各汽车厂使用的三堆H点人体模型 各不相同
公司或检验机构名称
北京吉普汽车有限公司 上海大众汽车公司 一汽大众汽车公司 天津汽车工业公司 国家轿车质检中心
EO点 手操纵范围
虽然手的操纵动作是通过人体的 肩点活动的，但手的操纵范围中心 E0点并不在人体的肩点位置
肩点
？ “ EO位”点置
EO点
肩点
H点 AHP点
“EO”点的概念
在车身布置设计中加以确定的方法 EO点与H点的位置关系
H点
图
HZ
EOX
EOZ
EOX: EO点到踵点的水平距离 EOZ: EO点到踵点的垂直距离
? 1.2 人体模型 人体尺寸
反映到车身室内布置设计 进行人体尺寸校核
二维人体模型样板
人体模型
三维H点人体模型
严格按照人体尺寸制作人体模型
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1.2.1 二维人体模型样板
二维人体模型样板分别由人体的躯干、靠背角基准杆、大腿、 小腿和脚(带鞋)等几部分组成
人体各关节点
Sp点——肩点 Hp点——胯点，人体躯干与大腿的关节点，车身设计中常称作H点 Kp点——膝点，大腿与小腿的关节点 Ap点——踝点，小腿与脚的关节点 AHp点——踵点，人体的脚跟着地点，此时脚踏在加速踏板上， 是开始布置人体的基准
座椅调节行程是否合适
■分析在加速踏板的全程运动 中人体姿势的变化情况
最终设计H点位置
后排座人体布置着重95％百分位人体,重
点考虑搁脚位置、人体姿势、腿部空间 和头部空间
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25mm (A-B)
坐面倾斜角 变化5°
最前位置
最后位置
滑动曲线长度210mm 驾驶员座椅水平及垂直调节量例
■ 车身设计中对前方视野的视角要求
① 最小垂直上视角
一般最小垂直上视角设计应保证能观察到车辆前方12m远处、 5m高的信号灯
α=arctan
5h 12 l
眼睛距地面的高度( m ) 眼睛距车辆前端的距离( m )
最小垂直下视角不应在车辆前端产生过大的盲区（前方视野盲区要小于5m)
最小水平视角
轿车的水平视角一般大于70°，并随车宽的增加而增大，最小水平 视角的设计对后视镜的布置位置确定有直接关系
各种人体舒适驾驶时的加速踏板(踵点)与H点的位置关系
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5.驾驶员的视野校核
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驾驶员的视野校核
驾驶员视野设计主要包括： ➢直接前方地面视野 ➢交通灯视野 ➢A柱障碍角 ➢外后视镜视野 ➢直接后方视野及间接后方视野 ➢仪表板视野
眼椭圆概念的引入
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前方视野：驾驶在员车的身实布际置前图方上视，野确范定围了代表驾驶员眼睛分布位置的眼椭圆后，即可设计
驾驶员的前方视野不仅要考虑人眼自身的视野范围，更重要的是车身设计， 如前风窗开口面积，风窗倾角和位置，窗柱尺寸和位置等的设计将直接影响 着前方视野性。
车身设计中要提供前方视野参数