人机工程学在轿车车身安全性设计中的应用

人机工程学在轿车车身安全性设计中的应用

摘要:从车身的主动与被动安全两个方面,分别概述了人机工程学在轿车车身结

构、车灯、方向盘、座椅、视野和制动稳定性等方面的应用现状,总结了提高汽车

正面、侧面、后面碰撞保护能力以及车顶耐撞强度的一些方法,介绍了世界各大著

名汽车公司的最新相关产品。最后,预测了应用人机工程学原理设计安全车身结构

的发展趋势。

关键词:人机工程学;安全性;轿车车身结构;附件

The man-machine engineering in the

application of the safety design of car body Pick to: from the body of both active and passive safety, respectively, summarizes the ergonomics in the direction of car body structure, lights, disc, seat, vision, and the present situation of the application of braking stability, etc, are summarized to improve automobile front, side and back collision protection in some way and the intensity of the roof bruise, introduces the world famous automobile company's latest products. Finally, forecasts the application principle of man machine engineering design security the development trend of car body structure.

Keywords: ergonomics; Security; The car body structure; The attachment

引言

人机工程学是第二次世界大战以后发展起来的一门交叉性、边缘性学科 ,主要研究人与机器相互关系的合理方案 ,即对人的知觉显示、操作控制、人机系统的设计及其布置、作业系统的组合等进行有效的研究 ,其目的在于获得最高效率及作业时感到安全和舒适[1 ]。

国外在应用人机工程学原理进行轿车车身及其附件的设计方面已进

行了长期卓有成效的工作 ,但主要研究成果多集中在提高驾驶舒适性方面。如: 应用人体 H点模型确定车身内部座椅的位置、高度及相关尺寸; 根据驾驶员眼椭圆范围确定风窗玻璃刮扫面积和部位 ;根据驾驶员的手伸及界面确定操作按纽、仪表板的布置等。然而 ,轿车车身不仅要满足乘客的乘座舒适性 ,更重要的是要保证乘员的安全。

从 20世纪 50年代开始 ,美、欧、日先后制定了 FMV SS、 ECE和保安基准法等各种安全法规 ,美国还于 1971年提出实验安全车 ( ESV)计划 ,通过大量撞车试验改善车身构造、提高汽车安全性。他们通过在被撞试验车上安装“假人”来改进与提高车身保护乘员的能力 ,使车身结构的布置、强度和刚度分布与乘员或行人被撞部位的身体结构特点相适应 ,达到事半功倍之效。

进入 20世纪 90年代以来 ,美国、日本和欧洲各大汽车公司按照“以人为本”的设计理念 ,比以往更重视应用人机工程学的研究成果 ,其原理不仅用于提高汽车的操作方便性和乘座舒适性 ,而且正越来越多地被

引入安全性车身结构设计中[ 2～6 ]。符合人机工程学的安全性轿车车身结构将在保证车身轻量化的前提下 ,在车身关键部位采用与人体结构相适

应的结构设计 ,使人员伤害最小化。中国在应用人机工程学设计轿车车身结构方面与国外发达国家差距

很大[7 ]

。

1 车身主动安全性设计

主动安全性是指汽车防止事故的能力。车身的主动安全性能包括: 照明灯、信号灯的性能 ,汽车的前、后视野性能 ,实现操纵稳定性及制动性的能力等。

1. 1 照明灯与信号灯

前照灯的灯光强弱、照射距离及防眩目装置就是根据人眼的生理特点和人机工程学原理设计而成。为了满足不同驾驶环境 (雨、雾和雪等 )、路面状况、交通密集以及驾驶条件 (高速、转弯等 )下自动控制前照灯

的光束模式 ,日本 KOITO公司研究的智能灯光系统 ( ILS)、欧洲研究的先进前照灯系统

( AFS)、本田和 Stanley Electric公司的可动式前照灯系统、博世公司的光线叠加自适性前照灯系统以及 V ALEO公司的灯光系统等都能根

据不同的外界条件自动控制前照灯所发出的光束形状、强度和发光方向。此外 ,雾灯、示宽灯、倒车灯、牌照灯、踏步灯、检修用灯以及转弯指示灯等也都是根据驾驶员的不同需要而设计的。

1. 2 视野

为保证驾驶人员有尽可能宽广的视野 ,前支柱 ( A柱 )、中央支柱( B柱 )和后支柱 ( C柱 )的粗细及位置很重要。设计上 ,必须根据驾驶员的眼椭圆范围确定风窗玻璃刮扫面积和部位 ,并在满足翻车安全

保障和前窗振动抑制要求的前提下 ,以最细的支柱来减小视野死角。提供后视野的后视镜也要保证驾驶员有足够的后视范围。

FIAT 公司的 M U LTIPLA采用的双片可调式后视镜不仅可以使驾驶员看到车后其它车辆的行驶状况 ,而且也可观察后车胎与路面的接触情况。

1. 3 操纵稳定性与制动性

制动踏板和手柄的行程和位置 ,必须满足一般身材人体的需要 ,踏

板力、手柄等也应适应一般人群 ,因为这些都对制动性能影响较大。

据报道 ,美国有 5% 的女性司机由于身材矮小 , 为踩上脚踏板而使

身体与方向盘的距离小于 25 cm,当气囊膨胀时 ,脖子常受到伤害。

此外 ,车身总质量大小及轴荷分配、整体转动惯量、车身空气动力学特性、车身重心高度和相关部件刚度等也都对操纵稳定性有一定影响。

2 车身被动安全性设计

被动安全性是指事故发生时 ,汽车保护乘员的能力。

2. 1 基本原则

除了使用安全带、安全气囊、能量吸收转向柱 (二次伸缩式方向盘 )和膝垫等外 ,为保证碰撞发生时乘员的安全 ,车身前部设计还必须满足以下两点: