现代汽车驾驶室的人机工程设计

现代汽车驾驶室的人机工程设计——思承玉兰心前言：现代汽车不仅在外观上较过去几十年发生巨大变化，在驾驶室的设计方面，也从原来的实用、操作简便，过渡到现在越来越注重的人机交互体验。

以前的少数拥有专门驾驶技能的专职司机已经转变为现在的千千万万的普通驾驶者。

他们作为汽车使用者和拥有者，对现代汽车的驾驶感受越来越看重。

不仅注重舒适性、操作简便、安全性等，在色彩、外形等视觉效果方面也有较高的追求。

现代汽车的驾驶室作为人机信息交互的重要平台，其设计要紧紧围绕“宜人”的设计理念。

运用人机工程学理论，科学的设计驾驶室的各工作区域，以更好的达到人与汽车的融合，使驾驶员得心应手、安全驾驶，这也是现代汽车驾驶室，应用人机工程设计的存在之必要。

一、驾驶室内显示仪表的设计一般现代汽车驾驶室内有两个显示仪表，一是仪表盘，二是多媒体中控屏（有些豪华汽车上会有两个或多个）。

还有些豪华车中控部位有时钟，这些都属于显示仪表。

但这里，我们主要涉及仪表盘的人机工程设计。

驾驶室内的显示仪表是驾驶员获取汽车工作信息的主要窗口，它合理优良的设计能使人和汽车系统更加稳定而高效地工作，使人与汽车之间的信息传递更加充分。

因此，在设计和选用显示仪表时，必须考虑人的视觉特征、生理和心理特征，确保驾驶员观察迅速、准确而不易疲劳，能更好的防止误视读和误操作。

1. 仪表盘位置1) 视角：一般人的最佳眼睛转动区为左15°右15°、上25°下25°，即驾驶员的视野在这个范围内观察重要行车仪表数据时，看到的影像最清楚。

因此，在设计时应把仪表盘大致布置在此范围内。

人的水平视野和垂直视野2) 视距：一般人的操作视距范围在38～76cm 之间。

即驾驶员在操作系统中正常的观察距离在此范围内，所以，在设计时应把仪表盘大致布置在此范围内。

2. 仪表形式仪表的形式因其用途不同而异。

仪表盘作为重要信息的显示系统，它不仅显示重要的行车参数如车速、转速、行驶里程、油量，还有车辆安全数据信息如机油压力、冷却水温度、和胎压监测以及一些警示提醒。

读数仪表分为两种，一是指针活动式圆形仪表，二是数字式仪表。

指针活动式仪表的读数效率与准确度虽不如数字式仪表高，但这类仪表可以显示被测参数的变化趋势，因此在现代汽车中仍被广泛运用。

此处我们仍选择指针活动式仪表。

由仪表形式和误读率的关系图，选择表盘形式为半圆形。

3. 表盘尺寸 表盘尺寸与刻度标记的数量和距离有关，加。

根据下图圆形仪表的最佳直径与目视距离关系图，这里选择12cm 左右的直径。

仪表形式和误读率的关系圆形仪表的最佳直径与目视距离关系图4.刻度与标数表盘上的刻度线、刻度线间距，以及文字数字等尺寸也是根据视距来却定的。

人机工程学的有关实验已经提供了视距与上述各项尺寸的关系，我们只需根据设计的实际情况选取合适的尺寸就可以了。

目视距离与刻度线的最佳高度如下图所示。

目视距离与刻度线的最佳高度仪表刻度与标数的优劣对比5.仪表指针1)指针的形状和长度指针的形状应以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形为好。

指针的尖角应与最小刻度线等宽，指针应尽量贴近表面，以减少度数误差。

2)指针的零位仪表指针零位一般设在时钟的12时或9时的位置上。

其次，仪表的排列应适宜于人的视觉特征。

圆形仪表可视需要安排或设在12时的位置上，危险区和安全区则处于其两侧。

6.仪表色彩仪表的色彩是否合适，对认读速度和误读率都有影响。

由实验获得的仪表颜色与误读率关系可知，墨绿色和淡黄色仪表表面分别配上白色和黑色刻度线时，其误读率最小，而黑色和灰色仪表表面配上白色刻度线时，其误读率最大，不宜采用。

以上是仪表盘的一些人机工程学设计需要遵循的原则，但在实际设计中，为了最求个性与独特设计风格，只要在不严重违背“宜人”的设计原则下，适当的追求设计理念与设计风格也是可行的。

二、驾驶室内操纵器的设计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，操纵速度不得超过人可能的反应速度，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、档把及其他操纵按钮和旋钮等，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。

1.手控操纵器1)方向盘方向盘的设计有一下几个要求一是事故发生时，对驾驶员造成的伤害最小（出于安全性的考虑）；二是不妨碍驾驶员对仪表的观察；三是良好的耐磨性，不易磨损，有良好的寿命（出于可靠性的考虑）；四是不易燃烧（出于安全性的考虑）五是不易反光（出于生理考虑）；最后还要有良好的舒适性，减少驾驶员的疲劳程度（出于生理考虑）。

对于方向盘的结构形式通常有圆盘形式（普通车上常用）和非圆盘形式，如手柄、方形式等（专用赛车使用，F1赛车等）通过查阅相关资料并通过分析得知，圆形方向盘结构简单，工艺性能好，成本少，操控方便，适宜于需要用大幅度转向角的转向系，有很好的控制感和路感，符合人们的使用习惯；而非圆盘式，例如F1赛车方向盘，虽然能实时反映车轮与车身的位置，但灵敏度大，对于普通驾驶者来讲很难，生产制造也需要专用设备和工艺，并且成本也较高。

因此，对于普通车用圆形方向盘，不论从人们的驾驶习惯，操作性，对路感的感知程度，还是生产工艺的复杂程度和成本来考虑，都是普通车型的首选。

为使驾驶员能有很好的观察仪表盘的要求，轮辐应该尽可能的不占空间，辐数越少越好，两辐的选用能够很好的解决此问题。

但由于现代汽车的方向盘集成了更多的功能操作，一般方向盘选用三幅方向盘。

也就是现在我我们常说的多功能方向盘。

2)档把及其他操纵按钮和旋钮档把及其他操纵按钮和旋钮是现代汽车驾驶室内的操纵手把的一部分，其功能有汽车挡位控制、驾驶模式选择、多媒体控制，汽车启动和空调控制等。

这种操纵装置是通过握、动等人的动作与物体接触，接触是人动作的基础，特别是在不能用视觉判断的情况下（如黑暗中、汽车行驶过程中），动作必须根据触觉来产生。

触觉相比于视觉、听觉，有其特有特征：一不太敏感，认识物体需要一定时间、二适应迅速，人在接触物体时，通过重复提拿能对物体的重量和形状再认识，能从接触反射到做出判断转为马上操作。

三有立体感，与视觉相比，触觉能直接掌握物体的立体感。

触觉能同时感觉到温度、压力和痛觉等，因此触觉的判断是综合的。

因此，现代汽车在对驾驶室的操纵按钮和旋钮进行设计时，必须充分考虑以上几个因素，使驾驶员的触觉能得到充分发挥。

此外，在设计时还应该兼顾美观及操作反馈，操纵按钮和旋钮应设计必要的阻尼感，以便于驾驶员的盲操。

操纵手把的设计应符合收的结构、尺度及其出触觉特征。

设计合理的操纵手把应考虑以下几个方面：一手把形状应与收的生理特点相适应；二手把形状应便于触觉对他进行识别；三尺寸应符合人手尺度的需要。

具体设计时的选择可参考下图：手控操纵器与人体尺度有关的尺寸参数手控操纵器与人体尺度有关的尺寸参数此外，操纵器所需的操纵力要适中，不仅要使其用力不超过人的最大里限度，而且还应使其用力保持在人最合适的用力水平上，使操纵者感到舒适而又不易引起疲劳。

其设计可参考下图手控操纵器的最大用力和平稳旋转操纵的最大用力。

手控操纵器的最大用力平稳旋转操纵的最大用力2.脚控操纵器现代汽车驾驶室内采用脚控操纵器的有制动踏板、加速踏板和离合器踏板。

脚控操纵器主要用于需要较大操纵力，如操纵力超过50～150N；需要连续操作而又不便使用手时；手操作负荷太大时，采用脚控操纵可减轻上肢负担和节省时间。

通常脚控操纵是在坐姿且有靠背支持身体的状态下进行的，一般多用右脚，用力大时由脚掌操作；快速控制时由脚尖操作，而脚后跟保持不动。

立位时不宜采用脚控操纵器，因操作时体重压于一侧下肢，极易引起疲劳。

必须采用立位脚控操纵时,脚踏板离地不宜超过15cm，踏到底时应与地面相平。

在设计时可参考下图：脚控操纵器的适宜用力和不同类型脚踏板操纵效率的比较。

在相同条件下，不同结构形式的脚踏板，其操纵效率是不同的。

不同类型脚踏板操纵效率的比较图中按编号(a) ～(e)顺序，在相同条件下，相应的踏板每分钟脚踏次数分别为187，178，176，140，171。

试验结果表明，每踏一次，图(a)所示踏板所需时间最少，图(b)(c)(e)所示踏板所需的时间依次增多，而图(d)所示踏板所需的时间最多，比图(a)所示踏板多用34%的时间。

脚控操纵器的适宜用力不同类型脚踏板操纵效率的比较综合以上设计原则，驾驶室内的操纵器的设计可参考下图：水平作业的正常尺寸和最大尺寸三、驾驶室内座椅的设计座椅对舒适性影响很大，座椅设计越来越受到人们的重视。

座椅的尺寸应适合于人体的尺寸，保证人体有良好的作业姿势和休息姿势。

座椅的高度应设计成使人体压分布合理，即人体坐骨关节部位为压力中心，体压最大，向外与体位相适应地由大变小，且避免在大腿后分布压力，以防该部位血液循环不畅而产生脚浮肿。

靠背倾斜角一般为110°左右，驾驶员舒适的坐姿所形成的角度。

另外，坐垫上表面应有一定的倾斜度，避免大腿产生滑落曲趋势。

为使座椅能适应不同身材的驾驶员，座椅可制成高度、倾斜度及纵向位置可调式。

座椅的结构应能保证发生撞车事故时人体的惯性力传到车厢上，使惯性力减少到安全程度，最好设有安全带，头枕等保护装置。

四、驾驶室作业空间的设计驾驶室作为工作和生活的场所，都希望它具有足够的生活空涧和较高的方便性。

从运输货物(或人)出发，为保证高装载效率，不希望驾驶室占据过大的空间，因此，驾驶室应设计成具有能满足人体活动且不失去舒适性所必要的空间。

驾驶室作业空间指人体的动作范围、布置设备等所需空间的总和。

设计驾驶室时，必须保证其作业空间满足驾驶员手、脚操作时所需要的空间，座椅和操作器等布置空间，并且操作器应布置在驾驶员手、脚方便达到的空间范围。

随着长途运输量的增多，重型载货汽车运行时间逐渐延长，驾驶员的舒适作业空间越发显得重要。

目前已有将驾驶室设计成具有驾驶员空间、助手空间、辅助移动空间及寝室空间形式的，这种驾驶室除具有操作机能外，还具有包括睡眠在内的休息机能和移动机能等。

五、结束语随着人们对现代汽车驾驶室的舒适性要求越来越高，设计时，人机工程学的考虑必将达到更高的要求。

虽然我国人机工程的发展较晚，但我相信，经过这几十年改革开放的发展，从引进技术到输出产品，我国的制造业必将会赶超西方国家，在产品体验方面会有长足发展。

汽车作为现在制造技术集大成的产品，其发展必将提高我国产品的设计力。