基于人机工程学的汽车设计

　　李振山 赵清阁
　　【摘 要】人机工程在汽车设计中研究对象是人-车-环境系统，其核心内容是改善驾驶舱内所有乘员的驾乘舒适性和驾驶员的劳动条件，其目标是乘员的安全、健康、舒适、高效，力求使整个人-车-环境系统的性能达到最优。本文主要介绍了人机工程在汽车设计中的概述，对人体模型，人体参数进行了详细的介绍，并对汽车设计过程中人体姿态核定进行了详细概述。
　　【关键词】人机工程；汽车设计；应用
　　一、前言
　　汽车设计是一项贯穿整个车型开发过程的设计工作，是一个反馈协商，调整的过程。整车总布置从技术先进性，生产合理性和使用要求出发，正确选择性能、质量和主要尺寸参数，提出总体设计方案，为各部件设计提供整车参数和设计要求，保证整车性能。
　　二、人机工程概述
　　人机工程学是以人的生理和心理特性为基础，研究人一机一环境的相互关系和相互作用的规律，以此来优化人一机一环境的一门科学。在以人机相互适应的为目标的前提下，人机工程学不仅关注人的安全、健康、效率，更加关注人的价值，关心人的满意度、舒适感、成就感和人的尊严。
　　随着自动化、机械化以及电子化的高度发展，人机工程学在汽车设计领域也得到广泛应用，因此，协调并优化人与车之间以及车与环境之间的关系就成为当前汽车设计中人机工程学运用和发展的总趋势，这一点充分体现了技术对于人和环境的关怀。三初步探索人一车一环境系统中的环境不仅指的是汽车外的交通环境，而且还涉及到车室内环境。
　　车内环境主要包括车内的动态环境和静态环境，动态环境主要指车内的气温、气湿、气流和热辐射等静态环境主要指车座椅的尺寸、车内仪表的布置和操作杆件的布置等。空气的温度和湿度都会对驾驶员的舒适性造成影响，过冷过热或不舒适的车内环境都易使驾驶员感到疲劳和烦躁，造成交通事故。据美国国家交通安全部对载重汽车的研究，在交通事故中，与疲劳有关的事故占，空气的温度、湿度在疲劳的影响因素中居第三位第一为睡眠不足，第二为超负荷工作，这两种影响因素都易于处理。
　　三、人机工程在汽车设计中在汽车设计过程中的应用
　　1.人体姿态基本参数的确定
　　在人机的初始设计中，应该确定人口的首次使用。我们通常选择满足95%的人口，男女比例为90：10或95：5。上述人口选择符合SAEJ826标准。然后，根据车辆的类型，首先设置H30，然后根据人体舒适角度的推荐值初始设置身体坐姿。接下来，使用H点计算公式计算H点范围。确定最重要的难点后，您可以初步确定人机的参数。根据公式绘制95%H点舒适线。根据最初确定的H30和95%舒适线，可以初始确定H点的坐标以及座椅的调节范围和调节范围线框。如图1所示。
　　摆放95%人体模板建立以下约束，BOFRP点在直线上BOFRPx，AHP点在直线AHPz上，上踝角为87°，腿膝关节点与大腿膝关节重合联合点；大腿中线的后端与SgRP点重合。获得脚，小腿和大腿的位置和姿勢。根据设定的靠背角度，获得人体躯干的位置和姿势。结合设置W20，在车辆中确定驾驶员身体的位置和姿势。
　　2.整车姿态的设定
　　车辆姿态是汽车整体布局设计的重要属性之一。它涉及许多因素，如人机，形状，车辆视觉，悬架行程和刚度，碰撞，停车和通行性。车辆姿态设计过程是确定地面线的过程。首先，在空载，设计状态和满载等各种条件下，需要设计轴载来计算轴载。单个轮胎的载荷根据轴载确定，并且单个轮胎的载荷用于选择轮胎。其次，根据轮胎的负载条件计算轮胎的压缩量和静力的计算半径。再次，设计悬架弹簧参数，并根据悬架弹簧的位移与车辆的姿态角和轴距之间的关系确定前后轮中心的位置。最后，根据各种负载条件下轮胎的静态半径和前后轮芯的位置，确定相应的地线以获得最终的车辆姿态角。
　　3.人体姿势检查
　　检查目的：通过对人体驾驶姿势和生理结构的研究和检查，在人机布局设计过程中，采用最佳人体姿态，使驾驶员能够以最舒适的状态使用产品优化设计。
　　4.视野校核
　　在汽车的设计中，驾驶员的视野会影响汽车的使用和安全以及法规要求。在布局设计中，必须考虑驾驶员的愿景以满足法规要求和要求。
　　（1）前地视野检查视线与椭圆的下边缘和发动机舱盖相切，与设计地线相交，以及交叉点与前保险杠前端之间的纵向距离是前视图的盲区。设计过程中视野的盲区越小越好。通常，视角为5°以相同的方式获得相同的后视盲区。（见图3）。
　　（2）交通信号灯视野要求车辆看到高度不超过12米的5米高的交通信号灯，不能被车顶或其他部分覆盖（后视镜除外）。使用眼椭圆确定（非强制），如图3所示。
　　国内外汽车设计中人体工程学的发展现状以及人体工程学在汽车设计整体布局中的作用表明了人体模型。人体的详细参数在汽车设计过程中对人体姿势的设定起着至关重要的作用。它显示了汽车总体设计的定义及其计算和生产的细节。详细分析了汽车设计开发过程中检测人体姿态和车辆视觉的方法，实现了车辆整体设计和开发的合理化，科学性和舒适性。
　　5.安全系统设计
　　汽车的安全性对驾驶员和乘客都非常重要。大多数现代汽车都配有安全带，安全气囊，ABS防抱死制动系统，ESP电子稳定系统，EBD电子助力转向等。预张紧的安全带确保车辆的车身在发生交通事故时保持与座椅接触，从而防止车身由于车身的过度向前倾斜而受伤；安全气囊在某些情况下会引爆，减少因碰撞时巨大的惯性导致汽车对乘员造成伤害；电子稳定系统可以确保汽车高速行驶时的稳定性；当汽车在任何路面上紧急制动时，可以自动控制防抱死制动系统。并调整车轮制动力，防止车轮完全锁定，获得最大制动力；电子助力装置可以使驾驶员在低速行驶时转向轻便灵活，增加高速转向力，增强驾驶员的感觉。
　　四、结束语
　　综上所述，随着经济的高速发展和国际市场的激烈竞争，现代人们对汽车已不再仅仅满足于能用能开就行，而是要得到使用的舒适性和舒心性，汽车的设计必须能＂打动＂消费者的心灵需求。因此，人机工程学越来越引起人们的重视，越来越多的人机工程学设计将被采纳，符合人机工程学的产品必然会获得成功。
　　【参考文献】
　　[1]毛恩荣，张红，宋正河.车辆人机工程在汽车设计中[M].第2版.北京：北京理工大学出版社，2017.
　　[2]丁玉兰.人机工程在汽车设计中[M]，第4版.北京：北京理工大学出版社，2016.