人机工程在汽车工程中的应用探讨

人机工程在汽车工程中的应用探讨

吴森

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摘要：人机工程作为汽车设计开发过程中的重要工具，在现代汽车设计制造业中得到了广泛的应用。随着技术的不断进步，人们已经不能满足于汽车的代步功能，对汽车的人性化设计提出了更高的要求。本文从人机工程学角度出发，对人机工程在汽车设计和汽车制造中的应用进行了论述。

关键词：人机工程；汽车设计；汽车制造；应用

引言：随着科学技术的进步和社会的发展，汽车作为当今社会常用的交通工具发挥着越来越重要的作用。近年来，消费者对汽车的操纵稳定性、乘坐舒适性提出了更高的要求。若解决此类问题就应用到了人机交互原理，这样由原来纯粹的汽车研究转向了人与汽车配合上来，一门新兴的学科即人机工程应运而生。

人机工程既是一种设计理论，也是一种系统评价技术，主要是运用科学理论方法来处理人、机、环境三大因素之间的关系。汽车工程主要涉及到汽车设计和汽车制造两个方面，其中汽车设计主要从乘坐舒适性、操纵方便性、目视装置便捷性进行人机工程设计，汽车制造则使用人机工程学解决整车装配中的高频重复性操作、工作环境差等问题。

1人机工程学简介

人机工程学是第二次世界大战以后发展起来的一门交叉性、边缘性学科，主要研究人与机器相互关系的合理方案，即对人的知觉显示、操作控制、人机系统的设计及其布置、作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高效率及作业时感到安全和舒适。国外在应用人机工程学原理进行轿车车身及其附件的设计方面已进行了长期卓有成效的工作，但主要研究成果多集中在提高驾驶舒适性方面。如：应用人体H点模型确定车身内部座椅的位置、高度及相关尺寸；根据驾驶员眼椭圆范围确定风窗玻璃刮扫面积和部位；根据驾驶员的手伸及界面确定操作按纽、仪表板的布置等。然而，轿车车身不仅要满足乘客的乘座舒适性，更重要的是要保证乘员的安全。从20世纪50年代开始，美、欧、日先后制定了FMVSS、ECE和保安基准法等各种安全法规，美国还于1971年提出实验安全车（ESV）计划，通过大量撞车试验改善车身构造、提高汽车安全性。他们通过在被撞试验车上安装“假人”来改进与提高车身保护乘员的能力，使车身结构的布置、强度和刚度分布与乘员或行人被撞部位的身体结构特点相适应，达到事半功倍之效。进入20世纪90年代以来，美国、日本和欧洲各大汽车公司按照“以人为本”的设计理念，比以往更重视应用人机工程学的研究成果，其原理不仅用于提高汽车的操作方便性和乘座舒适性，而且正越来越多地被引入安全性车身结构设计中。符合人机工程学的安全性轿车车身结构将在保证车身轻量化的前提下，在车身关键部位采用与人体结构相适应的结构设计，使人员伤害最小化。中国在应用人机工程学设计轿车车身结构方面与国外发达国家差距很大。

2实际中应用的要求：

2.1产品与人体的尺寸、形状及用力是否配合；

2.2产品是否顺手和好使用；

2.3是否防止了使用人操作时意外伤害和错用时产生的危险；

2.4各操作单元是否实用；各元件在安置上能否使其意义毫无疑问的被辨认；

2.5产品是否便于清洗、保养及修理。

3人机工程学在汽车设计上的运用

3.1在显示装置上的运用。目前，汽车上显示装置主要为乘员舱内仪表板及各种信号灯。从人机工程学角度上讲，要求驾驶员能够迅速、准确识别显示装置位置，并且要求操作简单。仪表板设计时，体现数量信息的装置一般使用数字显示仪表设计，其能迅速读取且占用面积小；监控性能、调节性能等装置使用运动型模拟显示式仪表，能从指针位置直接判别。信号灯设计时，要求位置清晰醒目，并根据目的不同使用不同颜色信号灯进行区别对待。

3.2在操纵装置上的运用。汽车设计中，操纵装置种类较多分类方法也不尽相同，主要分为手控制和脚控制两种类型。从人机工程学角度上讲，开关控制一般采用按钮、扳钮和踏钮，分级控制、粗细调节控制常采用旋转开关，快速调节装置常采用扳钮开关进行操作。对于其他操纵装置也应遵循人机工程学原理，如手轮适用于微调、旋塞适用于无级调节、钥匙适用于带有安全装置的部件，移动幅度较大且精度较低的部件一般使用曲柄进行操作等。相对于手动控制操纵装置，脚控制装置运用较少，如脚踏板装置。

操纵装置设计要尽量满足人的心理特点和生理特点，并符合大多数驾驶员的驾驶习惯，如操作力度需按驾驶员的中下限能力进行设计，运动方向需同汽车的运行状态相适应，并且尽量利用人体操纵范围进行设计。操作装置的形状和功能应便于识别，且适合人的手或脚进行操作，同时也要适合驾驶员的逻辑和习惯。

3.3在驾驶空间上的运用。汽车驾驶空间设计主要体现在驾驶舱的设计上，需综合考虑人体测量学、布置空间等因素的影响，通过对驾驶舱的座椅、工作台、环境进行人机工程设计，为驾驶员和乘员提供一个良好的驾驶环境。根据显示装置和操纵装置的使用频次、使用顺序、功能、重要性进行分类，对于经常使用的装置尽量置于显而易见且易触碰的位置，并能保证迅速而准确地响应。

驾驶舱最重要的设计元素是驾驶座椅，其结构型式以人体测量数据为基准，尽量和驾驶员坐姿下各种操作活动范围相匹配，使驾驶员在驾驶过程保持舒适、稳定，并能进行准确控制及操作。优秀的驾驶座椅设计能使驾驶员在驾驶过程中身体得到良好的支持，进而保证驾驶员在驾驶过程中的舒适性。

4人机工程在汽车制造中的应用

在汽车制造过程中，总装车间设计是否合理直接关系到整车的生产效率，人机工程学在制造过程中发挥着重大的作用。基于汽车的制造特点，将人机工程学问题分为四种类型：即工作姿势是否合理、用力是否合理、高频次重复性操作、工作环境是否合理。其中，前两种类型容易对人造成累积性损伤，在设计车间时需重点考虑人机工程在该方面的影响。

汽车整车装配中，人与设备是一个不可分割的整体，两者相互配合、相互协调、相互制约。在人机工程设计过程中，主要用于解决人机工程中的安全、经济、高效问题，特别是关乎人的工作效率、情绪、健康、安全等问题。因此人机工程的设计中必须充分考虑到人的因素，反映人的需要，从而在经济、安全的前提下提高生产效率。如总装车间受安装空间和安装高度的限制员工弯腰和仰头操作较多，车身车间操作焊枪吊具用力较大，涂装车间夏季喷房温度高湿度大，冲压车间的噪声问题等。

5结语

随着数字化设计应用的不断深入，人机工程应用在汽车设计和汽车制造中的方法也更加精确，人机工程学将更注重人的信息处理能力，更注重人-机-环境的完整研究，并运用系统论、信息论等新兴学科来研究该系统，以创造出更适合于人类使用的汽车，使人机工程的综合效能达到最佳水平。

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