第四章  人机工程学在车身设计中的应用
§4-1  概  述
人机工程学是近40年来发展的一门新兴学科，在车身设计中得到了大量的应用。
一、人机工程的概念
研究对象：人—机—环境系统的整体状态和过程。
任务：使机器的设计和环境条件的设计适应于人，以保证人的操作简便省力、迅速准确、安全舒适，充分发挥人、机效能，使整个系统获得最佳经济效益和社会效益。
研究范围：
①人的生理、心理特征和能力极限——能承受的极限；
②人机功能的合理分配——充分发挥各自特长；
③人机相互作用及人机界面设计；
相互作用——利用信息显示器和控制器实现人—机间信息交换的过程；
人机界面——使显示器与人的感觉器官的特性相匹配，使控制器与人的效应器官相匹配，以保证人、机之间的信息交换迅速、准确。
④研究环境及其改善——温度、湿度、照明、噪声、振动、尘埃、有害气体等对人的作业活动和健康的影响。以及控制、改善不良环境的措施和手段；
⑤研究作业及其改善——人从事体力和脑力作业时生理、心理变化，由此确定作业时的合理负荷及耗能量、合理的作业和休息制度、合理的操作方法→↓疲劳，保障健康，↑作业效率；
⑥研究人的可靠性与安全——工程系统日益复杂和精密，操作人员面对大量的显示器、控制器，容易出现人为差错而导致事故发生。→研究人的可靠性及影响因素，寻求减少人为差错，防止事故发生的途径和方法。
     二、人机工程学与车身设计的关系
     1、人机工程学的研究目的——要解决的问题
①如何减少汽车的各种物理性能对人生理、心理所产生的影响；
②如何减少驾驶操作的失误而造成的事故。
2、在汽车工程中的应用
——对现有条件下驾驶汽车和乘坐汽车在生理、心理及社会等各方面进行大量统计与调查，引入生理学、医学、心理学、人体解剖学、运动生物学、人体测量学、工程学、机械学、环境科学、信息工程、系统工程等学科的观点和方法，开展全面研究和分析→改善汽车的各种性能。
目的：为汽车设计、改进提供各种调查、改进、试验与分析结果，使汽车更好地、尽善尽美地为人服务。
3、车身内部各种物理量的变化和人体的承受范围
人对车内各种物理量变化的感受具有一定的限度。
车内各种物理量的变化超过允许条件→感到疲劳、头晕、恶心、呕吐等生理上的病态变化和心理上的烦燥不安。
措施：·采用各种灯光、音响报警装置→及时提醒注意；
      ·应用空调设备→调节车室气候；
      ·采用各种绝缘、密封手段→↓振动、噪声、空气污染。
         ——为乘客创造一个安全、可靠、舒适的乘坐环境。
4、研究内容：
     ①人体尺度和操纵范围；
     ②人的视觉和光效应；
     ③听觉信息的传递和噪声干扰；
     ④人体对环境的适应；
     ⑤人—车系统的响应时间；
     ⑥人—车系统的特性和安全驾驶；
     ⑦饮酒对驾驶的干扰。
要求：从主观和客观两方面使汽车的各种性能更好地适应人们的心理和生理上的要求。
     5、达到的目的
    ·根据人类生理、心理的自身规律来指导设计；
    ·为驾驶员创造一个安全性、操作性好，视野开阔、清晰而又舒适的工作环境；
    ·使乘客感到安全、舒适和方便，不会有过度疲劳与不良的生理反应；
    ·从主观和客观，积极和消极等方面采取措施，使车祸降到最低限度。
§4-2  人体的尺度和人体模型
    一、人体尺度和人体的动作范围
人体尺度——人体所占的几何空间尺寸。
人体的动作范围——人四肢所能控制的区域和在此区域内人能产生的作用力的大小。
采用人体测量的方法为人体尺度和动作范围提供各种数据资料，并由此确定了以人体身高为基本尺度的等级系列。
1、人体尺度的表示方法——百分位
     按身高分布的百分位表示的人体尺度——称××百分位身高。
车身设计中，采用的人体尺度是5%百分位和95%百分位，以保证90%（从5%百分位到95%百分位）的人能在所设计的汽车座椅调节范围内，获得最适合于自身尺度的乘坐空间和操作空间→↑舒适性、操作方便性。
     50%百分位的人体尺度（人体平均尺度）——用于检验中间尺寸。
     2、人体尺度的应用
     ——确定人体在座椅中所占的
几何空间和活动范围。
用测量的人体统计数据设计人
体模型→按比例制作5%、50%、
95%百分位的二维人体模型→放置
于车身总布置图的驾驶座位上：
·确定人体在座椅中所占的几
何空间和活动范围；
·确定按5%和95%百分位的
人体尺度所要求的各种调节范围。
（5%和95%百分位的人体差距—
纵、横、高度，即调节范围）
     ·确定乘客座椅的尺寸和布置
参数。
     3、中国的人体尺度
中国地域辽阔，民族众多，各地区成年人的人体尺度存在一定差异。由统计数据知，中国人体身高按自然地理区域由北向南大致可分为三种身材：
大个身材——东北、华北和西北地区的人体；
中等个身材——华东、华中和西部等地区的人体；
小个身材——华南、西南地区的人体。
如：男子身高均值μ=1688mm，标准差σ=81.83mm,取5%和95%百分位作为设计标准，则由：μ±1.645σ，得中国90%的男子身高在1554～1823mm之间。
二、H点人体模型
     1、人体模型
     汽车设计和试验用人体模型因用途不同，种类不一。
             假人——撞车试验用人体模型，费用高，每个2～5万美元；  
     三种： 多自由度人体模型——振动等试验用；
 H点人体模型——确定车身实际H点位置。
     2、H点人体模型——三维H点人体模型
     H点——人体身躯与大腿的铰接点。
     用途：车身内部模型中的布置和测量。
国际标准：ISO6649-1980对H点人体模型的结构、代表人体各部分重量重块的位置等都作了具体规定。
各部分尺寸、质量、质心位置——以人体测量资料为依据。
臀盘模仿人体臀部和大腿；
背盘——模仿人体背部；
轮廓线形状——真实人体的统计反映；
背盘与臀盘铰接处——相当于人体胯点位置设铰接副，铰接中心被定义为H点。
H点人体模型按照有关标准安放在汽车座椅上时，模型上的H点在车身中的位置——汽车实际H点位置。
ISO6649-1980对如何利用H点人体模型在汽车座椅上来确定H点的程序作了具体规定：用途、定义、对三维H点人体模型的描述、三维H点人体模型的安装位置顺序等。
——适用于：驾驶员踵点至R点（设置座椅基准点——人体躯干线和大腿中心线的铰接点）垂直距离＜550mm，靠背角＞5°，或由大腿杆所表示的大腿中心线的方位在水平线之上＞5°的任何设计方案。
标准还对5%、95%百分位的H点人体模型的小腿杆长、大腿杆长和两膝之间的距离作了规定。
各国都根据本国和主要汽车输出国家和地区的人体尺寸规定了三维H点人体模型——产品进入国际市场。
中国人体模型标准见GB/T11559-89。
§4-3  汽车驾驶员的眼椭圆
眼椭圆是研究眼睛分布范围的一种图形。汽车驾驶员的眼椭圆用于研究驾驶员眼睛位置在车身中的分布范围，对驾驶
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