汽车人机工程设计方法与应用研究

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摘 要 本文研究了根据人体测量学数据建立用于商用车人机工程设计和分析数字人体模型的关键技术，包括人体测量学参数描述、运动学和动力学建模、人体肢体运动驱动和姿势求解的正向和反向运动学问题、几何建模和外观可视化、性能建模等，建立了三维数字化人体模型，开发了具有自主知识产权的重型商用车人机工程设计评价系统。

关键字 人体测量学 驾驶室 人机工程学 数字人体模型

中图分类号：U46 文献标识码：A

1论文研究背景

汽车发展的潮流是行驶安全性越来越好，技术含量越来越高，驾驶越来越舒适和人性化。在人们生活水平大幅提高的我国，随着汽车工业技术水平的不断提升和消费者的不断成熟，会对汽车的舒适性和安全性有着越来越高的要求，使得进一步研究和改善汽车的人机性能十分必要。从某种意义上讲，人机工程设计的好坏直接决定了汽车设计水平的高低。

2人体模型

驾驶室设计需要利用人体模型来尽可能的模拟现实中的人，从而缩短与人体有关的零部件的设计与评价周期。以人体参数为基础建立的人体模型是描述人体形态特征和力学特征的有效工具，是研究、分析、评价、试验人机系统不可缺少的重要辅助手段。科学、合理的建立人体模型是人机工程设计的基础。对于像装载机这样比较复杂的设计对象，应用人体模型是一种重要的辅助手段，它既可以表现设计结果，也可以用来调整设计，以确定最终设计尺寸。

3商用车人机设计工作原理

人机工程设计通常始于概念设计初期。了解目标驾驶员群体特点和人体尺寸，作为人机工程设计的依据，商用货车具有底盘高，驾驶室为平头，驾驶室内部高度方向空间大、长度方向空间紧凑等特点。此外，商用货车的驾驶员群体多数为男性。对于全新开发车型，商用货车人机工程设计主要内容和流程。

3.1踏板布置

加速踏板的安装位置和驾驶员座椅高度决定了驾驶员的基本乘坐姿态，对驾驶员坐姿舒适性和各项功能操作具有重要影响。此外，加速踏板位置还决定了驾驶室其它部件的布置位置，是车内布置的重要参考元素。加速踏板布置分析主要关注以下问题：

（1）踏板中心高度。会影响驾驶员踩关节舒适性。由于加速踏板踩踏频繁，其布置必须考虑长时间操作的舒适性。加速踏板未踩下时，应保证跺关节角度合适，以保证驾驶员踩关节舒适；

（2）踏板表面倾斜角度要合适，否则会影响踏板表面和脚底面的贴合；

（3）要保证驾驶员脚底施力位置始终处于踏板中心附近。

3.2转向盘布置

转向盘布置，包括确定中心位置、倾角和轮缘直径。合理地布置转向盘，对于改善驾驶员操纵姿势、减小操舵力，从而降低驾驶疲劳程度具有重要意义。确定转向盘的位置要考虑与仪表板和驾驶员之间的距离合适。转向盘轮缘到驾驶员躯干的距离不宜小于250mm，这个间隙是安全的重要保证。最终所确定的转向盘中心位置、倾角和转向盘直径，是通过反复进行驾驶员人体、座椅、转向盘布置和位置校核后得到的。现代转向盘上还集成了许多操纵钮键，如雨刮器开关，风挡玻璃洗涤器喷水开关，大灯、转向灯、小灯开关，喇叭按钮，巡航按钮等。布置这些的时候要考虑手指操作的伸及性。适当选择这些钮件的形式和操作顺序，保证操作方便性。

3.3仪表布置

仪表盘和仪表在宽度方向的位置应布置在可视区域内。为此，应该作出不受方向盘阻挡的可视区域。在可视区中心附近应该布置最常用、最主要的仪表，如：

车速里程表。在最重要的仪表周围布置一般性仪表，如：发动机转速表、燃油表、发动机水温表等。有些汽车仪表盘上还集成了发电机状态、灯光、变速档位、环境温度、路面倾斜度等仪表。

仪表罩要有足够的深度，以遮住射向仪表玻璃的光线。设计时应进行眩目检查。如果入射光经过仪表面反射后不会与眼椭圆相交，就不会产生眩目现象。仪表罩的布置不能影响前方下视野，其断面应该布置在前方下视野线Ld以下、公切线Ll的上方。仪表罩最前端与转向盘要保持一定的距离，免发生干涉。

4总结

本文是对商务汽车驾驶室设计方法构架及其相关参数评价方法的有益探索，以人机工程学为基本原理，对驾驶室进行人机工程设计，能够提供给驾驶员舒适的驾驶姿势，良好的视野和合理的操纵装置布局，以实现安全、舒适、健康、高效的人机系统设计目标。本课题的主要研究工作和成果如下：

（1）在驾驶室人机工程设计方法研究中，根据商用车和驾驶员群体的特点，研究了人机设计的前期条件、设计要求、设计流程、具体设计原理和基于统计学的设计工具，建立了适用于商用车任意目标驾驶员群体的通用人机工程设计方法。

（2）深入研究了驾驶员驾驶和乘坐姿势的舒适性。提出了采用人体肌肉负荷作为姿势舒适性的客观量度，而肌肉负荷从宏观上根据关节载荷计算来评价舒适度的方法。

（3）某商用车样车的人机性能进行了客观评价，分析了该车型踏板舒适性、仪表视野、驾驶室进出方便性和乘坐空间等方面的人机工程性能。

参考文献

[1] 郭竹亭.汽车车身设计[M].吉林科学技术出版社，1992（10）：36-83.

[2] 中城.中国商用车之路[J].世界汽车，2005（6）：64-65.