汽车电器开关的人机工程设计

汽车电器开关的人机工程设计

摘要：随着我国市场经济的快速发展，交通运输业的压力逐渐加大，各类汽车

电器产品也越来越多，尤其是开关设备。本文针对汽车电器开关的人机工程设计

研究，将从汽车电器开关概述入手，结合汽车电器开关具体设计，对汽车电器开

关操作结构展开探讨。

关键词：汽车电器开关；人机工程；设计

前言：在汽车的使用中，汽车电器开关是驾驶员与汽车电器设备的连接载体。通过汽车电器开关，驾驶员可以完成汽车启动到熄火整个过程中的汽车功能，是

使用最为频繁的部位。汽车电器开关人机工程设计，会对驾驶员操作的安全性与

舒适性带来影响。比如，方向盘与组合开关距离过大，会增加驾驶员的疲劳感，

发生误碰撞等问题。为了有效解决该类情况，加强汽车电器开关的人机工程设计

研究具有重要意义。

1、汽车电器开关概述

1.1 汽车开关的分类

汽车开关的品种较多，可以从功能性与结构性两个方面来介绍。按功能性分类：驾驶操作功能：品种有点火起动、恒速、超速、后视镜控制开关等。控制的

负载有电机、继电器、灯、电路等。报警信号功能：品种有转向喇叭、停车灯、

报警灯、制动灯开关等。控制的负载有灯、继电器、电磁阀等。灯光系统功能：

品种有前照灯、雾灯、仪表灯、开关等。控制的负载主要是灯。刮水器系统功能：品种有刮水器、洗涤器、风窗加热开关等。控制的负载有电机、继电器、电阻、

泵等。空调冷却系统功能：品种有风扇、空调、温控开关等。控制的负载有电机、电磁阀等。门窗、锁系统功能：品种有门锁、电动摇窗机、油箱盖、行李箱、天

窗开关等。控制的负载有电机、电磁阀等。按机械结构分类：从50年代开始，

这几十年中，汽车开关为满足汽车发展需要，其结构方面也起了很大的变化，主

要有以下七种类型。推拉式、旋转式、顶杆式、跷板式、按钮式、板柄式、电子

型等。

1.2 汽车电器开关布置区域和位置

汽车电器开关的布置区域可以从以下两方面进行分类：一方面，根据驾驶人

员开关操控动作，可以将其手伸部位共包括五个区域，每个区域的操控舒适性不同。例如，当腕关节不动，只有手部动的区域，其操控舒适性达到最优，而当驾

驶员需上半身较大移动时，则操控舒适性最差。另一方面，根据驾驶员的操控习惯，可以分为五类。例如，腕关节不动只手动，肘关节不动只前臂动，上半身轻

微或较大移动，肘肩部不动只上臂动等。

1.3 开关档位设置与操控方向逻辑关系

在汽车电器开关设计中，其开关的操控方向，需要与一般驾驶人的行为习惯

相符合，档位设置也要符合一定的逻辑性。汽车电器的开关类型包括滑动式、翘

板式、推拉式、滚轮式、旋转式、扳柄式等，每种类型的开关又根据操控正常逻

辑分为垂直方向与水平方向，有些开关也会设置在顶棚上，如车室内照明开关等。

1.4 汽车电器开关操作力设计

汽车电器开关在操作力上的设计，需要与普通人的生理特性相适应，以便于

大多数驾驶人员更加容易的使用和操作。汽车电器操作力的难度性，主要来源于

操作阻力。开关操作阻力又由多种阻力组成，比如惯性阻力、弹性阻力、摩擦阻

力等。其中，在汽车发动开始时，摩擦阻力当中的静摩擦力阻力特性是最大的。

在汽车运动后逐渐减小。随着汽车开关操作按钮行程增加，弹性阻力大小随之变化，而惯性阻力的大小，会与汽车运动加速度成正比关系。可见，最优的操作里，与汽车开关操作方式与性质相关。比如，常见的按键式开关最优操作力为2.8-11n，旋钮式开关为7-170n.m，拉钩

式开关为2.8-11n，推拉式开关最大不超过18n等。

2、汽车电器开关人机工程尺寸设计

2.1 布置方式

当汽车的整体结构比较大时，内部布置空间要选择外型比较大的电器开关。

如果采用的汽车电器电流功率比较小，那么，应选择大电流且直接控制汽车电器

开关的方法来控制。这样一来，不仅满足了开关设备系统操作的便捷性，还能在

一定程度上降低汽车电器开关的布置成本。

2.2 组合开关

组合开关位于方向盘下方，使用频率较高，集成于雨刷、变光、灯光等控制，属于扳柄式开关。为确保驾驶人操作舒适性，其人机尺寸设计如下：方向盘上与

轮缘内测多功能开关距离，最小设置为40mm，方向盘与组合开关手柄中心距离，最大为55mm，组合开关手柄的重心距离方向盘外缘纵向最下距离范围为0-5mm，组合开关中心上边缘距方向盘轮下边缘距离范围为50-55mm，手柄中心距离盘表

面的距离设计范围为95-100mm。

2.3 玻璃升降开关

玻璃升降开关位于门护板上，包括UP、OFF、DOWN三个档位，为拉钩式开关。在进行尺寸设计时，需要避免驾驶员不会触碰到门护板，以此设计好按钮的

深度与长度。其尺寸设计标准如下：玻璃升降开关按钮扣手的横向长度最下为

8mm，空间深度最小为12mm，横向向中心面与门护板的纵向距离最小为25mm。

2.4 点火开关

点火开关位于组合开关右侧的手柄下方，包括开始、进行、锁定等档位，属

于旋转式开关。设计中应当考虑到钥匙插入角度，手部操作空间等。对于点火开

关手部操作空间，仪表板面与手部包络间的最佳距离为大于10mm。对于点火钥

匙插入角度尺寸，钥匙柄与竖直线之间的最佳夹角为30-50°。

2.5 仪表板开关

仪表板上布置了许多开关，包括室内顶灯开关、喇叭开关、差速锁开关、大

灯调节开关、后视镜调节开关、雾灯、报警灯开关灯等，开关类型主要包括翘板式、旋钮式、按键式等。在进行圆形按键式开关设计时，根据经验，AB人机工程尺寸最小为 20mm，AC尺寸最小为10mm，AD的尺寸值最小为2mm，最大为

6mm。而对于方形的按键式开关，AC部分尺寸不变，AD部分最小为15mm，纵

向尺寸最小为10mm。

3、汽车电器开关操作结构分析

汽车的操作力与行程图，与其开关内部结构相关。汽车电器开关的内部结构

一般包括微动开关、导电橡胶、弹簧等。其中，微动开关需要用外壳覆盖，具有

微笑接点间隔，其外部具有激励器，工艺精密计算的要求较高，一般包括滑动开关、编码器、检测开关、旋转开关、按动开关等类型，部分型号具有防尘防水抗