徐燕，王國(guó)濤

（1.泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 泰州 225300；2.泰州市計(jì)量測(cè)試院，江蘇 泰州 225300）

前言

隨著科技的發(fā)展，汽車(chē)的變化也是日新月異，人們對(duì)汽車(chē)的操作穩(wěn)定性和乘坐舒適性也提出了更高的要求。在汽車(chē)設(shè)計(jì)研究中，越來(lái)越多地考慮到人的主體性地位，我們必須堅(jiān)定讓人在使用汽車(chē)過(guò)程中感到安全、舒適的目標(biāo)。人機(jī)工程學(xué)就是這樣一門(mén)新興的學(xué)科，它是一門(mén)從人的心理和生理角度來(lái)研究人—機(jī)—環(huán)境之間的相互配合規(guī)律的學(xué)科，而汽車(chē)人機(jī)工程學(xué)則是研究人—汽車(chē)—環(huán)境之間優(yōu)化配合的學(xué)科，本學(xué)科的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，就是科學(xué)地利用三個(gè)要素間的有機(jī)聯(lián)系來(lái)尋求系統(tǒng)的最佳參數(shù)[1]。

1 人機(jī)工程學(xué)在汽車(chē)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

1.1 信號(hào)燈的設(shè)計(jì)

在汽車(chē)信號(hào)燈設(shè)計(jì)時(shí)，信號(hào)燈必須清晰醒目，以使用目的的不同為區(qū)分，信號(hào)燈在滿(mǎn)足要求的情況下要放在鮮艷的位置，與操縱機(jī)構(gòu)不能發(fā)生干涉，比如信號(hào)燈背景色首選灰暗色，警示燈不利因素信號(hào)燈用紅色，提醒信號(hào)燈用黃色，運(yùn)行正常用綠色。

1.2 儀表盤(pán)的設(shè)計(jì)

當(dāng)前儀表盤(pán)的布置形式通常分為集中布置，置于方向盤(pán)下，設(shè)計(jì)基本原則是確保轉(zhuǎn)速、車(chē)速、水溫、油箱油量、報(bào)警指示燈等重要信息能直接明了地出現(xiàn)在駕駛員可視范圍內(nèi)，減少方向盤(pán)與轉(zhuǎn)動(dòng)頭部的影響，繞開(kāi)由按鈕、手柄、操作桿等造成的視野盲區(qū)，及時(shí)提供汽車(chē)狀態(tài)信息，準(zhǔn)確反映情況，使駕駛員能立即做出反應(yīng)，減少安全事故發(fā)生幾率，提高行駛安全性。

另外，在設(shè)計(jì)儀表盤(pán)具體位置時(shí)還要考慮儀表盤(pán)平面的目視距離以及儀表盤(pán)平面的角度。研究經(jīng)驗(yàn)表明[2]：儀表盤(pán)的目視距離在460～710mm之間，以550mm為最佳目視距離；儀表盤(pán)中心和駕駛員眼球中心連線(xiàn)與儀表盤(pán)平面角度設(shè)計(jì)呈90°。

1.3 方向盤(pán)的設(shè)計(jì)

方向盤(pán)布置時(shí)考慮的因素包括確定中心位置及調(diào)節(jié)范圍、傾角、輪緣直徑，合理地布置方向盤(pán)可以改善駕駛員操縱姿勢(shì)、減小操舵力，降低駕駛員的疲勞程度?，F(xiàn)在的方向盤(pán)多為多功能方向盤(pán)，配有影音控制鍵、藍(lán)牙免提鍵、定速巡航鍵等等。便于駕駛員在手不離開(kāi)方向盤(pán)的情況下完成相應(yīng)操作，避免在駕駛過(guò)程中因?yàn)槭蛛x開(kāi)方向盤(pán)，而要開(kāi)啟的開(kāi)關(guān)不在眼睛觸及之處導(dǎo)致注意力分散發(fā)生交通意外[3]。

1.4 汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)[4]

座椅設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)鍵尺寸在于臀部和膝蓋的長(zhǎng)度和膝蓋到地面的高度以及要考慮椅背是否能恰到好處地支撐腰部。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，座椅有關(guān)靜態(tài)參數(shù)選取原則如下：

1）椅面高度：椅面高度應(yīng)使駕駛員大腿接近水平、小腿自然放置，即保證不因椅面過(guò)高而使大腿肌肉受壓，又保證不因椅面過(guò)低而增加背部肌肉負(fù)荷。

2）座寬：座寬必須能容納身材粗壯的人。參考尺寸為臀寬，以女性群體尺寸上限為設(shè)計(jì)依據(jù)。為使駕駛員能調(diào)整坐姿，座寬取適當(dāng)大于臀寬。座寬也不能太大，否則肘部必須向兩側(cè)伸展以尋取支承，這樣會(huì)引起肩部疲勞。另外座寬受車(chē)寬的限制。

3）座深：坐墊前端至靠背表面之間的距離。這個(gè)尺寸不能太大，正確的座深應(yīng)使靠背方便地支撐腰椎部位。如座深大于身材矮小者的大腿長(zhǎng)臀部至膝窩距，座面前緣將壓迫膝窩處壓力敏感部位，這樣若要得到靠背的支持，則必須改變腰部正常曲線(xiàn)，否則坐者必須向前緣處移動(dòng)以避免壓迫膝窩，卻得不到靠背的支持，這兩種坐姿都是不舒適的。為適應(yīng)絕大多數(shù)駕駛員，座深應(yīng)當(dāng)按照較小百分位的群體設(shè)計(jì)，這樣身材矮小者坐著舒適，身材高大的人只要小腿能得到穩(wěn)定的支持，也不會(huì)在大腿部位引起壓力疲勞。

4）座面傾角：指座面與水平面所夾角度。座面后傾的作用有兩點(diǎn)：一是由于重力驅(qū)趕后移，使背部抵靠靠背獲得支持，可以降低背肌靜壓；二是防止坐者從坐緣滑出座面，這對(duì)于經(jīng)常處于震動(dòng)顛簸環(huán)境中的駕駛員座椅非常重要。但是如果座面過(guò)分后傾,進(jìn)行駕駛操作時(shí)，脊椎因身體前屈而會(huì)被拉直，破壞正常的腰椎曲線(xiàn)，形成一種費(fèi)力的姿勢(shì)，同時(shí)還會(huì)壓迫腹部，長(zhǎng)期駕駛會(huì)造成生理上的傷害。因此傾角不能太大，一般為5°～15°。坐墊表面最好采用與臀部形態(tài)相適應(yīng)的曲面。

5）椅墊：坐姿狀態(tài)下，與座面緊密接觸的實(shí)際上只是臀部的兩塊坐骨結(jié)節(jié)，其上只有少量肌肉，人體重量的75%左右由約25cm2的坐骨周?chē)牟课粊?lái)支承，這樣久坐足以產(chǎn)生壓力疲勞，導(dǎo)致臀部痛楚麻木感。若在座面上加上軟硬適度的坐墊，則測(cè)試研究表明，坐于坐墊上的臀部壓力大為降低，而接觸支承面積也由900cm2增大到1050cm2，使壓力分散。坐墊的另一優(yōu)點(diǎn)是能使身體采取一種較穩(wěn)定的姿勢(shì)，讓身體可以適度地陷入坐墊。過(guò)硬的坐墊不足以起到預(yù)想的作用，太軟則使身體陷入其中，無(wú)法得到應(yīng)有的支持，造成坐姿不穩(wěn)，而身體為了維持一定的姿勢(shì)，不得不使肌肉緊張，疲勞便很快產(chǎn)生。

1.5 操縱裝置的設(shè)計(jì)[5]

汽車(chē)上操縱裝置較多，主要可分為手控和腳控。手控主要有方向盤(pán)的操作、中控臺(tái)的操作、換擋的操作、座椅的調(diào)節(jié)等等，而腳控主要有剎車(chē)的操作、油門(mén)的操作等等。從人機(jī)工程學(xué)角度上講，開(kāi)關(guān)控制一般采用按鈕、扳鈕和踏鈕，分級(jí)控制、粗細(xì)調(diào)節(jié)控制常采用旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，快速調(diào)節(jié)裝置常采用扳鈕開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作。對(duì)于其他操縱裝置也應(yīng)遵循人機(jī)工程學(xué)原理，如手輪適用于微調(diào)、旋塞適用于無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、鑰匙適用于帶有安全裝置的部件，移動(dòng)幅度較大且精度較低的部件一般使用曲柄進(jìn)行操作等。相對(duì)于手動(dòng)控制操縱裝置，腳控制裝置運(yùn)用較少，如腳踏板裝置?？偟膩?lái)說(shuō)，操縱裝置的設(shè)計(jì)要符合人的生理和心理特征，根據(jù)大多數(shù)駕駛員的駕駛習(xí)慣，如操作力度需按駕駛員的中下限能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)方向需同汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)相適應(yīng)，并且盡量利用人體操縱范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)。操作裝置的形狀和功能應(yīng)便于識(shí)別，且適合人的手或腳進(jìn)行操作，同時(shí)也要適合駕駛員的邏輯和習(xí)慣[5]。

1.6 安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

汽車(chē)的安全性能對(duì)于駕駛員和乘客都非常重要?，F(xiàn)代大多數(shù)汽車(chē)都配備了安全帶、安全氣囊、ABS防抱死系統(tǒng)、ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)、EBD電子助力轉(zhuǎn)向等等。預(yù)緊式安全帶保證車(chē)輛在發(fā)生交通事故時(shí)人們的身體一直與座椅保持接觸狀態(tài)，這樣就防止了因身體的過(guò)度前傾而使身體受到傷害；安全氣囊可以在一定的環(huán)境下引爆，減少汽車(chē)在發(fā)生碰撞時(shí)因巨大的慣性對(duì)乘員造成傷害；在汽車(chē)高速行駛的情況下，電子穩(wěn)定系統(tǒng)可以保證汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性；汽車(chē)在任何路面上緊急制動(dòng)時(shí)，防抱死系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)汽車(chē)車(chē)輪的制動(dòng)力，防止車(chē)輪完全抱死，獲得最大的制動(dòng)力；電子助力裝置可以使得駕駛員在汽車(chē)低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輕便、靈活，在高速行駛時(shí)增加轉(zhuǎn)向操縱力，使駕駛員的手感增強(qiáng)。

2 結(jié)論與展望

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和國(guó)際市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)代人們對(duì)汽車(chē)已不再僅僅滿(mǎn)足于能用能開(kāi)就行，而是要得到使用的舒適性和舒心性，汽車(chē)的設(shè)計(jì)必須能“打動(dòng)”消費(fèi)者的心靈需求。因此，人機(jī)工程學(xué)越來(lái)越引起人們的重視，越來(lái)越多的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)將被采納，符合人機(jī)工程學(xué)的產(chǎn)品必然會(huì)獲得成功。但是隨著汽車(chē)使用者群體特征的不斷變化，汽車(chē)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的進(jìn)步、道路交通環(huán)境的改善以及社會(huì)大環(huán)境的變化，汽車(chē)人機(jī)工程學(xué)將面臨一系列變化：

1）現(xiàn)代醫(yī)學(xué)水平的提高及社會(huì)公共衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，人的壽命呈上升趨勢(shì)，汽車(chē)駕駛員的平均年齡逐步提高，乘客群體覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，必將對(duì)汽車(chē)的“用戶(hù)適應(yīng)性”水平提出更新、更高、更多樣化的要求。

2）基于計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的各種控制系統(tǒng)及輔助裝置在汽車(chē)上的大量采用和不斷完善，汽車(chē)的智能化程度越來(lái)越高，因此汽車(chē)駕駛操縱的人機(jī)系統(tǒng)功能分配、人機(jī)系統(tǒng)特性調(diào)和和人機(jī)界面優(yōu)化匹配的內(nèi)容、方法必將隨之發(fā)生改變。

3）隨著新能源與環(huán)境問(wèn)題的備受關(guān)注，汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)可能從石油燃料車(chē)輛轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)汽車(chē)，將對(duì)駕駛者帶來(lái)新的操縱特性，需要人機(jī)工程學(xué)更好地去平衡、協(xié)調(diào)、優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4）隨著技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人駕駛汽車(chē)的研發(fā)將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大影響。

[1] 陳旭.論人機(jī)工程學(xué)在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)[J].河南科技,2013,11）：76.

[2] 曾滿(mǎn)林,戴禮強(qiáng),趙福全.基于人機(jī)工程的汽車(chē)組合儀表設(shè)計(jì)研究[J].設(shè)計(jì)與制造,2011,（6）：95-99.

[3] 戴旭東,曹海燕.汽車(chē)設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)[J].汽車(chē)與駕駛維修,2017,（4）：118.

[4] 史慧麗.轎車(chē)駕駛座椅的人機(jī)工程學(xué)研究與設(shè)計(jì)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005.

[5] 程琳,關(guān)太炎.淺談人機(jī)工程在汽車(chē)工程中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù),2016（1）：70.