基于CATIA的汽车驾驶室的人机界面设计_李小建

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收稿日期：2012－09－26

作者简介：李小建（1985－），男，陕西延安人，硕士研究生，主要研究方向为产品人机设计；杨随先（1965－），男，四川纳溪人，教基于CATIA 的汽车驾驶室的人机界面设计

李小建，杨随先

（四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065）

摘要：从人机工程学和产品造型设计的角度对汽车驾驶室的人机界面设计进行了分析，提出综合应用人机工程学和产品设计原理的汽车驾驶室的人机界面优化设计方法，给出了基于CATIA 平台的汽车驾驶室的人机界面设计流程，并通过一个设计实例对提出的设计方法加以说明。 关键词：人机界面设计；人机工程学；造型设计；仪表板设计；CATIA 设计

中图分类号：TB18 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2013) 03－0060－05

Study on the HMI design of car cab based on CATIA

LI Xiao-jian ，YANG Sui-xian

( School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China ) Abstract ：In this paper, the status of HMI design of car cab, including the design methods and process was summarized. A comprehensive design method has been proposed for HMI design of car cab by integrating ergonomics and product design theories in the design process. A design process based on CATIA software is put forward for the HMI design of car cab. An example is presented to illustrate the proposed approach. Key words ：HMI design ；ergonomics ；styling design ；dashboard design ；CATIA design

汽车驾驶室的人机界面设计内容包括座椅、显示装置、控制装置、视野区域及内部空间五部分[1]，是一个涉及产品设计原理、人机工程学、机械工程学、电子信息技术等多学科的研究领域。驾驶安全性、乘坐舒适性、操作便捷性是人机界面设计的主要目的，也是人机工程学、造型设计研究的主要内容。

传统的汽车驾驶室人机界面设计中人机工程设计和造型设计独立进行。目前尚未建立综合人机工程和造型进行设计的通用方法和设计流程。同时，造型合理性及造型设计与人机工程设计的相互作用和影响也没有清晰的论述。

SAE （机动车工程师协会）、ISO （国际标准化组织）、JIS （日本工业标准）、GB （国家强制性标准）都制订了人机工程设计相关的标准和工具，最常用的包括人体模型、手伸及界面、眼椭圆（国标未建立）、H 点确定法等，这些标准和工具主要用于驾驶室内部静态尺寸布置，应用相当成熟。

关于汽车驾驶室人机界面设计的研究，国外主要集中在各种交互界面的效率[2]比较、不同界面对驾驶者安全舒适性的影响[3-6]、界面位置对人－车交互的影响[7-8]、驾驶辅助系统的有效性评价[9-10]、汽车自适应界面交互策略[11]等方面。国内则主要集中在界面设计的合理性校验[12-13]、优化设计方法和设计工具[14-16]、构建界面设计辅助系统和仪表板布局[17-18]等方面。针对仪表板造型设计过程、造型可行性分析、

形态元素提取、方向盘造型的演变等[19-21]内容开展了一系列研究，但未涉及汽车驾驶室的人机界面中造型与人机工程设计的相互作用和影响对实现安全、舒适、便捷的功能需求的研究。

借助计算机辅助设计软件平台开展汽车驾驶室的人机界面设计，将有助于将形态设计与人机工程设计进行有机的结合，进而减少验证和修改时间，缩短设计周期，提高设计的效率。本文从人机工程学和产品造型设计的角度对汽车驾驶室的人机界面设计进行了综述分析，提出了一个综合应用人机工程学和产品设计原理的优化设计方法和基于CATIA平台的设计流程，并给出了一个设计实例。

1 基于CATIA的设计流程

CATIA（Computer Aided Tri-dimensional Interface Application）是法国Dassault Systemes 公司基于Windows核心开发的具有高效3D交互性的CAD/CAM/CAE/PDM一体化软件。它的内容涵盖了产品从概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟仿真、工程图生成到加工生产的全过程。

CATIA V5集成了人机工程学分析四大模块，人体行为分析（Human Activity Analysis）模块、人体模型测量编辑（Human Measurement Editor）模块、人体模型构造（Human Builder）模块、人体姿态分析（Human Posture Analysis）模块，解决了人体模型建立、人体姿态的编辑与分析、生物力学分析等一系列问题。作为一款成熟的CAD/CAM软件，CATIA把人体测量学的各种知识和理论直接嵌入程序内部，使得在实际设计过程中，依据需要和不同的百分位数对人体数据进行实时调整，对于不同工作状态可以快速便捷地调整虚拟人的姿态，以满足不同状态下的空间尺寸需要，为产品设计提供符合人机工程学的分析与解决方案。

基于CATIA的汽车驾驶室的人机界面设计充分发挥其强大的曲面造型设计能力和人机分析功能。借助CATIA软件平台，可以十分便捷地完成汽车驾驶室的整体布置、造型设计、人机工程设计、分析与校核过程，实现汽车驾驶室的人机界面的人性化设计。与传统的将人机设计和造型设计独立进行的方法相比，简化了设计过程，提高了设计的质量和效率。

图1为基于CATIA的汽车驾驶室的人机界面设计流程。该流程综合了汽车驾驶室内部布置的一般方法和造型设计与校核的特点，利用强大的曲面造型能力和人机分析功能，完成汽车驾驶室人机界面的基本尺寸布置、造型设计、人机校核。主要功能特点为：①将汽车驾驶室的人机界面其人机工程设计、造型设计、人机校核过程统一平台化；②实现汽车驾驶室的人机界面的数字化布置和校核；③在CATIA平台下完成汽车仪表板等复杂曲面的人性化设计。

AHP.踵点 PRP.踏点 SgRP.座椅参考点

图1 基于CATIA平台的汽车驾驶室的人机界面

设计流程