人机工程学在汽车驾驶室设计中的应用

人机工程学在汽车驾驶室设计中的应用

【文章摘要】简述人机工程学的概念及其别名，进而阐述此学科的特点和研究方向。举例说明人驾驶汽车在道路上驾驶建立了一个“人一机器一环境”系统，并加以解释说明，从而引出哪些方面涉及到人机工程学在汽车驾驶室设计中的应用，然后加以详细论述（运用人机工程学的具体方面）：一、驾驶室显示仪表的设计原则；二、驾驶室内操纵器的设计原则；三、座椅设计；四、驾驶室作业空间设计；五、驾驶室作业环境设计。并对第五条分震动、噪音、温热条件进行详细讨论、解释说明，最后总结，文章结束

【关键词】人机工程汽车驾驶室

人机工程学(Man

–Machine

Engineering)是本

世纪五十年代迅速

发展起来的一门新

兴科学，它主要研究

人、机械及其工作环

境之间相互作用的

学科。因此，又称人

类工程学（Human

Engineering）、人的

因素工程学(Human Factors Engineering)、人类工效学（Ergonomics）等。人机工程研究的最大特点是，把人看成是系统中的一个组成元素，以人为主体来详细分析人与机器之间的相互协凋的工作，使整个系统工作达到最优化。这就要求机器和环境的设计要考虑人的因素，即要适宜于人体尺寸，生理和心理特性，适

宜于人的使用和操作，给人创造一个舒适、安全可靠的工作环境，保证高效率工作。也就是说，人机工程所要研究的任务是把人一机器一环境系统作为一个统一的整体来研究，以创造最适合于人操作的机械设备和作业环境，使人一机器一环境系统相协调，从而获得系统的最高综合效能。

典型的人一机器一环境系统，如人驾驶汽车在道路上行驶对所建立的人一汽车一道路系统。在该系统中，当驾驶员通过操纵器(启动机等)向汽车输人信号，汽车启动，汽车的各种仪表显示汽车工作状况及道路状况，而后人的感觉器官(眼、耳等)接受这些信息，再经过人脑的分析、判断并作出决策。如果需要变动操纵，就用运动器官(手和脚)的肌肉力操纵汽车的操纵机构，以变动操纵，汽车又按照新输入的信号进行工作。如此不断地循环下去，就能保证人一汽车系统协调的工作。在人驾驶汽车的过程中，人的感官器官和显示仪表之间发生了关系，人操纵方向盘，加速踏板等的肌肉力和操纵机构发生了关系，改善这两个关系，就是改善人一汽车关系的关键。另外，还要考虑驾驶员与作业空间、作业环境的关系，以给驾驶员创造一个舒适安垒的工作环境。这就是人机工程在汽车设计中的应用。

一、驾驶室内显示仪表的设计原则

为使人一汽车系统能稳定而高效地工作，人与汽车之间的信息传递必须充

分。因此，设计或

选用显示仪表时，

必须考虑人的视觉

特征、人的生理和

心理特征，确保驾

驶员观察迅速、准

确而不易疲劳，以

防误视读，误操作。

首先，视角、视距

及显示的太小应适当．

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）。另外，采用了一些辅助开关，以防止发生危险。

为了提高行车安全性，必须提高汽车的视野性能。汽车的后视野与后视镜的布置、尺度、可调角度及镜面光学特性有关，还与人眼的视觉规律、人体测量的统计尺寸及驾驶员的眼椭圆等有关，设计时必须考虑这些因素。

二、驾驶室内操纵器的设计原则

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。

对于方向盘，可

以单手，也可以双

手操作，又可以自

由连续旋转，因

此，无需明确定

位。方向盘的轮廓

直径，最小限定为

180mm，最大为

520mm；手握部位的

尺寸最小限定为

20mm，最大为

50mm；对于施加在方向盘上的力，单手操作时，最小限定为20N，最大为130N，双手操作时，最大限定为250N；驾驶员坐姿时，方向盘设置在距离座椅基准点前400～475mm为宜，该距离能保证驾驶员驾驶时有较大的空间。

方向盘的倾斜角对驾驶员施加到方向盘上的力有很大影响，实践证明，方向盘的安装角度越平缓，驾驶员可能施加的力越大。方向盘安装角度通常选在便于活动的15°～70°，不准选在水平和铅垂两个位置，因这两个位置都不能满足人手工作的条件。

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。

操纵器的布置和排列也应适合于人的使用习惯，即按照操作次数，次序及逻辑关系排列。当操纵器较多时，应按功能分组，进行位置、形状编码等。

操纵器的布置还应考虑人的反应时间，不要超过人可能的反应速度。据试验，