摘要：本文以節(jié)能競技車為設(shè)計制作對象，針對該車的操控作業(yè)區(qū)的舒適性、高效性等元素進行整改。在節(jié)能競技車的開發(fā)設(shè)計中，通過人體尺寸與車身比例的結(jié)合，對節(jié)能車的駕駛操控作業(yè)區(qū)與整車設(shè)計進行合理的布置，優(yōu)化人機工程設(shè)計讓操控變得更有效率。通過人體尺寸和生理構(gòu)造制作人體模型確定H點、SgRP點的坐標(biāo)位置設(shè)定，駕駛員座椅和操控作

業(yè)區(qū)以及節(jié)能車外觀造型的。

關(guān)鍵詞：節(jié)能車 人機工程作業(yè)區(qū) 人體尺寸

目前，很多設(shè)計者在設(shè)計產(chǎn)品時只考慮物理原理而忽視操作者的心理和生理因素，以“Honda節(jié)能車競技大賽”為例，很多參賽車隊在開發(fā)節(jié)能車的過程中僅限于關(guān)注節(jié)能車的外觀造型與車架結(jié)構(gòu)，開發(fā)人員沒有從駕駛員的身體尺寸與車身比例出發(fā)進行規(guī)劃與開發(fā)，最終設(shè)計出以技術(shù)為主導(dǎo)的節(jié)能車難以控制與駕駛。節(jié)能車的設(shè)計開發(fā)，必須圍繞以人為主體的前提展開，分析人一機器一環(huán)境之間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系，開發(fā)出使操作者感到操控方便、效率高、乘坐舒適的節(jié)能車產(chǎn)品。本文根據(jù)駕駛員的人體尺寸參數(shù)和身體構(gòu)造，對高效的操作方式、合理的控制設(shè)備、最優(yōu)的駕駛坐姿進行設(shè)計布置。

1 人—車—環(huán)境系統(tǒng)

汽車的開發(fā)設(shè)計基于以人為中心的思想展開，因此汽車人機工程設(shè)計旨在開發(fā)使駕駛員操作方便、高效、安全的汽車產(chǎn)品?！叭恕獧C—環(huán)境”系統(tǒng)是節(jié)能車內(nèi)部操控區(qū)總布置的核心思想，其目的是優(yōu)化整個系統(tǒng)的總體性能，旨在人與車、服務(wù)與系統(tǒng)之間創(chuàng)建一系列對話。在“人—車—環(huán)境”系統(tǒng)中，“人”是指在所研究的系統(tǒng)中參與系統(tǒng)過程的人，這里指操控人員；“車”對應(yīng)的是操控人員所控制的對象，例如方向盤、制動手柄以及按鍵等；“環(huán)境”指的是操作與控制行為的節(jié)能車室內(nèi)空間與室外因素。節(jié)能車人機工程設(shè)計主要研究“人—車—環(huán)境”系統(tǒng)中的駕駛員、駕駛員操作控制的對象、內(nèi)外環(huán)境三要素之間的相互作用和相互關(guān)系。將人、節(jié)能車和環(huán)境之間根據(jù)工作關(guān)系建立了有機的聯(lián)系，以人的需求和感官為設(shè)計的根據(jù)，以人體的生理心理層面為出發(fā)點，為節(jié)能車的操作空間設(shè)計提供了依據(jù)，并且提高工作效率、改變操作質(zhì)量，同時進行整車設(shè)計時，提高了車身車架的協(xié)調(diào)性和優(yōu)化性。

2 節(jié)能車作業(yè)區(qū)設(shè)計

作業(yè)區(qū)是指人在操控機器時所需的區(qū)域及機器、設(shè)備和被操作對象所占用區(qū)域的總和。作業(yè)空間的設(shè)計是根據(jù)操作控制的要求，對機器、設(shè)備、工具、被操作對象等進行合理的布局與安排。作業(yè)空間設(shè)計以人為出發(fā)點，在充分考慮操作人員生理和心理需求的基礎(chǔ)上，為操作者創(chuàng)造安全、舒適、高效的作業(yè)空間。

2.1 節(jié)能車的整車結(jié)構(gòu)

汽車整車布置是結(jié)合車身造型的設(shè)計，對車輛的動力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車身主要參數(shù)、車內(nèi)操作空間及部件位置等進行空間布置。設(shè)計過程需要不斷地進行比對和改良，以確保設(shè)計出最優(yōu)的汽車方案。

根據(jù)節(jié)能競技大賽的比賽規(guī)則，參賽車輛必須為3輪以上，其結(jié)構(gòu)要求無論停止還是行駛時都能自行站立。出于節(jié)能的考慮，四輪驅(qū)動與地面接觸面積大，在轉(zhuǎn)向時承擔(dān)兩個輪子的摩擦，提高了車輛在行駛過程中的行駛阻力，并且四輪車在構(gòu)造方面更為復(fù)雜，會影響到整車的質(zhì)量。綜合結(jié)構(gòu)的利弊分析，我們采取了應(yīng)用最為廣泛的前兩輪后一輪的布置方式，其優(yōu)點是在較小的行駛阻力的前提條件下，將前面的兩個車輪用于轉(zhuǎn)向則提高了轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性，以保證它的安全性，后輪單輪傳動去除了差數(shù)裝置，制作過程更為簡單。在車身的設(shè)計中，配合人體工程學(xué)有關(guān)知識制定合理的長度、寬度、高度、駕駛座的空間大小，車身主體和底面擁有更順暢的氣體流動環(huán)境，融合曲面和平面的結(jié)合達到降低空氣阻力節(jié)油的目的。（插圖1）

2.2 節(jié)能車工作區(qū)域設(shè)計

節(jié)能車的工作區(qū)域設(shè)計是指座椅、顯示裝置、操作裝置等的布局與安排，駕駛節(jié)能車主要操作方式為手。人機工程學(xué)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)主要包括功能尺寸即操作尺寸和人體結(jié)構(gòu)尺寸兩類數(shù)據(jù)。人體操作尺寸是指動態(tài)尺寸即人在工作姿勢下或在某種操作活動狀態(tài)下測量的尺寸；人體構(gòu)造上的尺寸是指靜態(tài)尺寸。

2.2.1 操作機構(gòu)

在工作區(qū)域設(shè)計過程中，首要考慮的是優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使它更符合駕駛員操控的高效性和方便性。通過駕駛員的坐姿確定方向盤的位置和操作方式，為保證駕駛?cè)藛T能夠更高效輕松的操作節(jié)能車，同時考慮制動和節(jié)氣門的控制方式，這里使用摩托車的橫向方向盤。直拉桿方向盤的位置參考坐姿狀態(tài)下手臂的活動區(qū)間，它的長度取決于節(jié)能車的寬度和駕駛空間的大小，它與駕駛座椅位置的距離關(guān)系到駕駛員大臂與小臂形成的角度。方向盤對轉(zhuǎn)向輪的操控是通過轉(zhuǎn)向直拉桿來實現(xiàn)的，轉(zhuǎn)向擺臂和轉(zhuǎn)向軸線的裝配是以轉(zhuǎn)向支臂為支撐，設(shè)計為主銷后傾以及輪胎的外傾，來保證車輛有良好的自動回正力和操穩(wěn)性。

駕駛員在操控節(jié)能車行駛時，尤其是競賽過程中神經(jīng)處于高度緊張的狀態(tài)，必須保證駕駛員在下肢部位不動的情況下能方便的操縱轉(zhuǎn)向盤及各種按鈕，所以在整車設(shè)計中需要將車內(nèi)空間和車身形態(tài)相聯(lián)系。駕駛員的上肢作業(yè)域是指駕駛員為正常坐姿，手握住橫向方向盤并能使用操作按鈕伸及的最大空間范圍。作業(yè)空間內(nèi)的手操作鈕件、開關(guān)等的位置均應(yīng)在駕駛員手伸及界面之內(nèi)，這是作業(yè)空間設(shè)計的一條重要原則。

2.2.2 人體模型

人體的主要尺寸包括身高、體重、上臂長、前臂長、大腿長、小腿長共六項。人體的坐姿尺寸主要包括坐高、坐姿肩高、坐姿眼高、坐深、坐姿膝高。由于各種因素的影響，每個個體之間的人體尺寸多樣性和變化性，促使設(shè)計中需要一個群體的平均尺寸。

人體模型是通過人體尺寸參數(shù)建立的，是分析、研究、實驗、評估人機系統(tǒng)中重要的輔助工具，是證明人體力學(xué)和形態(tài)特征的有效工具。因大賽的規(guī)則制約，節(jié)能車的長寬高分別界定于2.9m、0.8m、0.8m之內(nèi)。為達到降低油耗目的，以減少車本身重量和選擇體重較輕身高嬌小的駕駛員，根據(jù)駕駛員身材的標(biāo)準(zhǔn)尺寸制作1：1的人體模板。將人體模板放置于節(jié)能車作業(yè)空間內(nèi)確定對應(yīng)的座椅位置、方向盤水平位置等參數(shù)。駕駛員模型清楚地看到作業(yè)間內(nèi)駕駛員各關(guān)節(jié)肢體之間的角度、位置關(guān)系，便于研究駕駛員操作的舒適性，以及室內(nèi)空間中各個操作部件的關(guān)系。由于競技車底盤低、相應(yīng)的高度低，駕駛?cè)藛T需要以半躺的方式倚靠在車架的座椅上，因此節(jié)能車內(nèi)部的作業(yè)空間尺寸以駕駛者半躺、腿微彎的坐姿，座椅靠背與人體背部、臀部以及腿部的形狀相吻合。

2.2.3 作業(yè)空間布置

內(nèi)部作業(yè)空間布置與外形設(shè)計、車架設(shè)計交替進行，是車輛設(shè)計的重要組成部分。節(jié)能車工作空間的布置包括節(jié)能車內(nèi)部所有的操作裝置、按鈕以及座椅的布置，在設(shè)計過程中要考慮到以下幾點：

1 作業(yè)空間內(nèi)的座椅布置是否符合駕駛員乘坐的舒適性；

2 確保駕駛員的上肢能在作業(yè)空間內(nèi)快捷、準(zhǔn)確地操作方向盤和各按鈕，能滿足腿部空間的舒適性和安全性；

3 能保證駕駛員在參加競技大賽中及時獲得駕駛信息，能夠滿足駕駛員的視野要求，使其具有最佳視覺效果。（插圖2）

在節(jié)能車操控間布置過程中，首先滿足駕駛員的生理結(jié)構(gòu)，結(jié)合環(huán)境客觀條件，完善對操作狀態(tài)的評估；然后確定座椅參考點SgRP空間位置，通過SgRP點來確定乘坐位置H點（髖關(guān)節(jié)位置）的空間坐標(biāo)位置，是確定整車布置方案和設(shè)計尺寸的根據(jù)。人體H點與座椅參考點SgRP點重合，建立第95百分位人體模型；結(jié)合節(jié)能駕駛空間范圍確定車身的內(nèi)部寬度，評估節(jié)能車駕駛室的空間利用，確保駕駛員的操作靈活性；基于SgRP點位置確定駕駛員眼橢圓對操作空間視野的影響；利用人體模型及座椅尺寸對方向桿進行空間定位；利用人體模型對下肢活動區(qū)域進行布置。

3 總結(jié)

本文基于汽車人機工程學(xué)原理，針對駕駛員操作的便捷性、高效性和舒適性等問題對節(jié)能車作業(yè)區(qū)的設(shè)計布置進行了研究和分析。結(jié)合存在的問題進行了理論分析和數(shù)據(jù)優(yōu)化，并應(yīng)用人體模型對節(jié)能車作業(yè)空間進行設(shè)計與布置。汽車作業(yè)區(qū)的布置設(shè)計是一個不斷優(yōu)化的過程，人機工程學(xué)注重以“人—車—環(huán)境”系統(tǒng)為主要思想，創(chuàng)造出更適合于人類使用的汽車。

參考文獻

[1]鄧迎賓.小型挖掘機駕駛室人機工程設(shè)計及舒適性評價[D].成都西南交通大學(xué)，2008.

[2]趙巖.節(jié)能競技車的研發(fā)與技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2009

[3]趙萬芹.人—機—環(huán)境關(guān)系的試驗研究[D].西安：長安大學(xué)，2008

[4]閆慧炯.基于人機工程學(xué)的消防車駕駛室設(shè)計與研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2011

[5]鄭艷玲.人機工程學(xué)在轎車駕駛室設(shè)計中的應(yīng)用研究[D].長春理工大學(xué)，2007

[6]馮飛燕.基于人機工程學(xué)的抗疲勞汽車座椅設(shè)計[J].機械管理開發(fā)，2010，3：20～22