安全人機(jī)工程學(xué)課程設(shè)計-人機(jī)工程學(xué)在轎車安全性設(shè)計中的應(yīng)用與分析(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 通過結(jié)合人機(jī)工程的儀表布置原則，并考慮到車內(nèi)空間的有限性，較理想的布置是將其布置在水平視野的 25176。的范圍和垂直視野（在視水平線下 30176。范圍內(nèi)）的 10176。范圍之內(nèi)（如圖 24），其正確的認(rèn)讀為 1s 左右，這樣可以保證駕駛員在較為狹小的空間范圍內(nèi)迅速準(zhǔn)確的接受信息，并快速的做出反應(yīng)， 進(jìn)行安全有效的操 作，當(dāng)水平視野超過 25176。時，會大大增加認(rèn)讀的時間。 圖 24 轎車儀表盤的最佳布置區(qū)域 人們在通過視覺識別信息時，其識別效果和方法除了受到視野視距和色彩的影響之外，還與人自身的視覺特征有關(guān)，因此在進(jìn)行顯示裝置的整體布置時，也要考慮人的視覺特征，并要有針對性的進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計和調(diào)整。其主要考慮一下幾個方面。 （ 1） 眼睛沿水平方向運動比沿垂直方向運動快且不易疲勞。 （ 2） 視線的變化習(xí)慣從左到右，從上到下以及順時針運動。 （ 3） 人眼對水平方向的尺寸和比例的估計比對垂直方向尺寸和比例的估計準(zhǔn)確的多，因而水平式儀 表上的誤讀率（ 28%）比對垂直儀表的誤讀率（ 35%）要低很多。 （ 4） 當(dāng)人眼偏離視中心時，在偏距相等的情況下，人眼對左上限的觀察最佳，依次為右上限，左下限，右下限。 考慮到以上幾個方面，所以轎車儀表板的外形都設(shè)計成橫向長方形，這能夠使駕駛員減少眼睛的運動時間和疲勞度，提高認(rèn)讀，判斷的準(zhǔn)確率；汽車儀表的刻度方向的設(shè)計基本都是從左到右或者順時針方向進(jìn)行數(shù)量和尺度方向的增加，以符合人的視覺習(xí) 7 慣。此外，考慮到人對各象限觀察效果的不同，布置比較多的顯示裝置時，應(yīng)將最重要的布置在人的視線中心偏左的位置，以便使用者在識別 信息過程中頭部不用轉(zhuǎn)動，只需要眼睛快速轉(zhuǎn)動就可以快速的獲取相關(guān)信息，其他次要的和不重要的則可依次按象限的觀察效果的排列結(jié)合其他設(shè)計原則進(jìn)行總體布置。 在進(jìn)行視覺顯示裝置的總體布置時，要考慮顯示信息的種類和樹木等，在最佳條件下，一般人能夠同時接受工藝過程重要指示器示值多達(dá)七個，因此，需要考慮操作者的接受能力有一定的限制，在總體布置時，顯示的信息的種類和數(shù)目不宜過多，應(yīng)將顯示的信息數(shù)量控制在人的視覺通道容量所允許的范圍之內(nèi)，使人處于最優(yōu)信息條件之下，如果一定要顯示多個信息，可以考慮結(jié)合另一種感覺器官來 接受信息和數(shù)據(jù)。 8 第 三 章 控制 裝置設(shè)計的人機(jī)分析及改進(jìn) 駕駛室內(nèi)的操縱裝置包括手操縱裝置 [轉(zhuǎn)向盤、變速桿、手制動、旋（按）鈕、開關(guān)等 ]和腳操縱裝置（制動踏板、離合踏板、油門踏板），參照 GB/T 14475— 1993《操縱器一般人類工效學(xué)要求》，其宜人性設(shè)計的評價指標(biāo)為：操縱裝置的形狀、大小、安裝位置、操縱力、操縱位移、運動方向、顯示操縱比及操縱裝置編碼。 方向盤的設(shè)計分析 方向盤是汽車駕駛過程中，使用時間最長的操縱裝置，因此要更加注重駕駛員駕駛安全性、舒 適性和作業(yè)效率。設(shè)計方向盤時應(yīng)做如下考慮： （ l）使用軟體材料制作方向盤的外層輪緣； （ 2）方向盤上的安全氣囊不僅在碰撞發(fā)生時能自動打開，保護(hù)駕駛員的面部和胸部，同時還應(yīng)該及時排氣，以免造成司機(jī)窒息； （ 3）采用可壓縮式方向盤立柱，以吸收沖擊力。從人機(jī)工程學(xué)的角度來看，主要可以通過方向盤的角度、位置、大小等幾個方面來進(jìn)行分析。 方向盤的角度設(shè)計 汽車駕駛員在對方向盤的操縱中，主要通過單手或雙手抓握方向盤并對其施加一定的力量，產(chǎn)生較大的扭矩，從而達(dá)到對方向盤的控制。因此，在方向盤的設(shè)計中，應(yīng)保證駕 駛員能夠發(fā)出較大的扭矩。 根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，方向盤傾斜角度對駕駛員施加到方向盤上的力有很大影響，方向盤的安裝角度越平緩，駕駛員可以施加的力越大，方向盤安裝角度與力的關(guān)系如圖 31。由圖可知，當(dāng)方向盤水平安裝時，人的施加力可達(dá)到最大。但是，考慮到人在這種角度操作時，手部腕關(guān)節(jié)處于非自然狀態(tài)，極易產(chǎn)生疲勞，因此，方向盤一般不適宜安裝成 0176。角。從人手腕關(guān)節(jié)的自然姿勢角度考慮，當(dāng)方向盤垂直安裝時，人的操縱最自然，但此時人能對方向盤的施加力很小，在要求比較大的扭矩時，操縱起來比較困難，因此也不適宜。所以方向盤的 安裝角度通常應(yīng)選在便于活動的 15176。～ 70176。之間。 9 圖 31 方向盤施加力隨方向盤傾角的變化曲線 方向盤的位置設(shè)計 人的各關(guān)節(jié)活動有一個舒適的角度范圍。因此，方向盤的設(shè)計除了要考慮到它的安裝角度之外，還需要考慮到它的安裝位置。它離座椅的遠(yuǎn)近和離地板的高度等都應(yīng)有一個合適的尺寸，以便駕駛員能夠在駕駛過程中保持肢體各部分的操縱舒適性。如果離座椅的距離較遠(yuǎn)，駕駛員在操縱方向盤的時候，手必須前伸一個較大的距離，這時，不僅會使手的小臂與上臂之間的夾角加大，而且會使上臂上抬一個角度，使肩關(guān)節(jié)處于非自然 狀態(tài)。此時，駕駛員在進(jìn)行駕駛時，極易造成肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的疲勞，從而導(dǎo)致工作效率下降。如果方向盤離座椅距離較近，又會使手的小臂與上臂之間夾角減小，并使得前臂和上臂部分肌肉互相壓迫，造成肌肉緊張而產(chǎn)生疲勞。而且，方向盤離座椅較近，會使人在駕駛時身體離方向盤距離很小，這不僅限制人的活動，影響人對其它操縱裝置的控制，并且在發(fā)生碰撞時，由于距離過近而對人造成較大的傷害。因此，方向盤離座椅的距離應(yīng)適宜，應(yīng)使駕駛員在操縱時前臂與上臂的夾角處于舒適夾角范圍內(nèi)。圖 32 為人在操縱不同距離的方向盤時手臂的不同情況對比。 圖 32 操縱不同距離的方向盤時手的不同情況對比 10 對于汽車方向盤離座椅距離的確定，可以根據(jù)圖 33 作為設(shè)計參考依據(jù)，這樣大身材和小身材人在操縱時都可以通過部分調(diào)整進(jìn)行使用。在同一座高時，不同身高的人可以通過座椅的前后移動獲得大小腿的舒適夾角。而對于方向盤的前后位置，同樣通過距離的改變，可以基本滿足不同長度的手臂在抓握方向盤時，前臂與上臂保持在舒適夾角范圍內(nèi)。 圖 33 駕駛姿勢時人體各部分夾角的合理范圍的模板 方向盤大小的設(shè)計 轉(zhuǎn)向盤與手指接觸的部位應(yīng)有適合指形的波紋，橫截面應(yīng)為橢 圓形或圓形，以保證操縱舒適、握持牢靠；轉(zhuǎn)向盤大小應(yīng)符合動作肢體的人體測量學(xué)指標(biāo)，轉(zhuǎn)向盤直徑為 330～ 600mm，握把直徑為 20～ 50mm。 變速桿設(shè)計分析 對于變速桿的人機(jī)分析，主要針對它的高低、前后的位置、手握部分的形狀以及操縱的角度、位移等幾個方面來進(jìn)行。 變速桿的形狀 駕駛員在對變速桿進(jìn)行控制時，是通過手握住來進(jìn)行操縱。因此，要求變速桿的手握部分的形狀應(yīng)符合手的生理特點，以使駕駛員手握舒適、施力方便、不產(chǎn)生滑動。在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)各自特點并結(jié)合手掌的解剖特征來進(jìn)行考慮。針對這種抓握 方式的操縱器的手握部分，可以考慮將它的頂面設(shè)計成平面或接近平面的弧面，這樣能夠使它與掌心間留有一定的間隙，從而可以避免對肌肉較少的掌心部位的壓迫。這樣，能使駕駛員手的抓握更緊，可以防止駕駛員在用力操作過程中手的滑脫。此外，為了防止操作過程中手的滑動，手握部分不能設(shè)計的太光滑，最好能有一定的紋理，這樣可產(chǎn)生一定的摩擦阻力，有利于操作和防止手滑動， 但須注意紋理不能過分粗糙，以免影響駕駛員操作時的手感和舒適度。 11 變速桿的高度及位置 變速桿是駕駛員通過前后推拉和左右推拉進(jìn)行控制，用以改變汽車速度的一種控 制桿，它需要較大的力來進(jìn)行操縱。當(dāng)人在進(jìn)行前后推拉或者左右推拉的時候，其施力大小會有所不同。當(dāng)手作前后運動時，拉力要比推力大，往后要比往前大。 在操縱桿的設(shè)計中，為使操作者能有一個較為舒適的控制過程，應(yīng)盡可能的將操縱桿設(shè)置在人能夠有較大施力的位置，并且對于需要使用較大力量操縱的控制桿，為便于施力，手把的位置在立姿作業(yè)時應(yīng)與肩同高，坐姿作業(yè)時應(yīng)與肘同高，如圖 34 所示。并且應(yīng)考慮到在不同方式和位置下施力的大小，對控制桿的阻撓力大小進(jìn)行相應(yīng)的改變，這樣能減小駕駛員操縱的疲勞度。 圖 34 控制桿的把手位 置 變速桿的操縱角度及位移 在對操縱器的設(shè)計中，除了要對它的位置、形狀進(jìn)行考慮外，還要