人机工程学论文汽车

人机工程学论文汽车（精选8篇）

人机工程学论文汽车 篇1

目前汽车尤其是乘用车设计强调以人为中心，舒适性一直是汽车设计的主 体和追求目标。商用车是汽车工业产品型谱中的重要组成部分,在我国国民经济建设和社会发展中发挥着巨大的作用。近年来随着我国国民经济的快速发展、高等级公路的大量修建以及物流业的迅速发展,我国商用车发展迅速。国内商用车企业虽然具有一定的自主研发和科技创新能力,但在商用车人机工程设计开发方面与国外相比还有一定的差距。运用人机工程学原理对商用车驾驶室进行科学合理的设计,改善驾驶员工作环境,对于提高商用车主动安全性,保证驾驶员行车安全和身体健康具有重要意义。

本文结合所承担的“十一五”国家高技术发展计划(863计划)项目“重型汽 车集成开发先进技术(2006从110105)”,对重型商用车人机工程设计与评价方法 和关键技术进行了深入、系统研究,论文完成的主要研究工作如下:对重型商用车驾驶室人机工程学设计的主要内容和过程,以及采用的统计学方法进行了研究总结,建立了重型商用车人机工程设计方法。

研究了根据人体测量学数据建立用于商用车人机工程设计和分析数字人体模型的关键技术,包括人体测量学参数描述、运动学和动力学建模、人体肢体运动驱动和姿势求解的正向和反向运动学问题、几何建模和外观可视化、性能建模等,建立了三维数字化人体模型,开发了具有自主知识产权的重型商用车人机工程设计评价系统(SHOVED)。

利用该系统对某商用车驾驶室座椅H点位置、前后方视野、A柱盲区、仪表视野和平均观测距离、手伸及性,踏板舒适性,操纵方便性、风窗刮扫面积和上下车方便性等人机性能进行了设计、分析与评价。结果表明,该车型的人机性能满足国内外标准要求,并给出了进一步改善驾驶室人机性能的建议。提出了一种改进的人体姿势舒适度评价方法,即采用人体肌肉负荷作为姿势舒适性的客观量度,而肌肉负荷从宏观上根据关节载荷计算;通过仿真分析获得姿势空间内姿势舒适性的分布;对姿势舒适性分布数据进行统计分析,建立姿势舒适性评价模型。

本文将商务车驾驶室作为一个特殊、复杂的人机系统，运用人机工程学理论，借助计算机仿真技术，实现了装载机驾驶室人机系统设计的计算机化。该方法为 缩短装载机新机型的开发周期，降低开发成本，也为进行驾驶室设计和性能检验 提供了一种有效手段。

关键字：人体测量学，驾驶室，人机工程学，数字人体模型

ABSTRACT Nowadays，the modem vehicle especially the car emphasis on that men is the center，and the designing of Vehicle is the main content and target to Heavy-duty commercial vehicle is important part in automobile product catalog, and plays an important role in our national economical construction and social development.In recent years, with rapid development of the Chinese national economy, extensive construction of highway, and development of logistics industry, Heavy-duty truck industry develops rapidly in China.Although domestic commercial vehicle enterprises have the abilities of self-R&D and science and technology innovation, but domestic commercial vehicle enterprises lag behind oversea automobile companies in ergonomic design.From the Point of view of vehicle design, the most direct way to improve the active safety of vehicle and Working environment of drivers’ safety and health, is to design the cab scientifically by using the ergonomic theories.Based on national’863’high-tech development Project” Advanced Technology of Integration and development for Heavy-duty Truck”(No.2206AAll0105), The profound and systematic research works are carried out in this dissertation focusing mainly on the key techniques of Heavy-duty commercial vehicle cab ergonomic design and evaluation method.The major research contents are finished as follows: A summation is conducted for the ergonomic design contents, Processes and Statistical method of commercial vehicle cab.A ergonomic design method for Heavy-duty truck is established.In this dissertation, key techniques of modeling of digital human used for Heavy-duty commercial vehicle ergonomic design and analysis are studied, including anthropometry Parameters description, kinematics and dynamics modeling, direct and reverse kinematics for limbs driving and Posture calculation, geometric modeling and visualization, Performance modeling, etc.A 3D digital human model is built up.By integrating these functions, together with vehicle modeling and ergonomic analysis features, a Heavy-duty commercial vehicle ergonomic design and evaluation system SHOVED(System for Heavy-duty Commercial Vehicle Ergonomic Design)is developed.By using SHOVED, cab concept can be constructed based on the cab parameters inputted, test samples of target population for ergonomic analysis can be generated, comfort of upper and lower extremities can be evaluated considering steering, shift and pedal operations, front and back vision field, A-Pillar dead ground, dashboard vision field and mean observation distance, windshield sweep area, and convenience for up-and down truck can be analyzed and evaluated.Results show that ergonomic Performance of target vehicle satisfied domestic and SAE standard requirements.A few suggestions are proposed for improving ergonomic performance of the cab further.In this study, loader cab Was taken as a special and complex man machine．By the aid of the theory of man·machine engineering and computerized simulation the CAD method of loader cab Was realized．With the new design method。The development cycle and cost were decreased．And it provides an effective way for loader cab design and performance tests．

Keywords：Anthropometry Heavy-duty Commercial Vehicle Cab

第一部分 前言

1.1论文研究背景

商用车发展的潮流是行驶安全性越来越好,技术含量越来越高,驾驶越来越舒适和人性化。在人们生活水平大幅提高的我国,随着汽车工业技术水平的不断提升和消费者的不断成熟,会对商用车的舒适性和安全性有着越来越高的要求,使得进一步研究和改善商用车的人机性能十分必要。在驾驶室布置设计中,人机工程学的研究及应用是提高舒适性、安全性最直接的措施,特别是对驾驶和乘坐环境的改进尤为显著。良好的人机工程设计会充分考虑操作者的生理、心理等因素与人一车一环境系统的状态,是实现汽车人性化设计的重要方面。人机工程布置还会影响整车内外造型的尺寸,进一步影响整车的总体性能和市场竞争力。从某种意义上讲,人机工程设计的好坏直接决定了汽车设计水平的高低。

近几年,汽车安全性也成为人机工程学研究热点之一。国外汽车工业重视“以 人为本”的同时,加大了汽车安全驾驶的研究力度,强调通过合理设计和车身结构的改进来减少汽车碰撞损失和加强行人保护（1）。目前仍然有许多问题要借助人机工程学手段做传统的汽车设计过程是从概念设计到初步设计、详细设计和分析反复进行的过程,其中概念设计和初步设计中都包含了车身布置设计的内容,它是进行造型和详细设计的基础。随着并行工程、计算机集成制造系统技术和计算机技术在汽车设计中的不断应用和发展,现代汽车设计流程已将造型设计、布置设计、结构分析等内容同步进行。但为减少协调的时间和保证设计效率,在设计初期就以布置设计的要求为依据下达造型等工作的任务书,并不断在布置和其它设计内容之间进行协调,最后完成设计。因此,布置设计是概念设计过程中很重要的内容进一步研究解决。

1.2人体模型

驾驶室设计需要利用人体模型来尽可能的模拟现实中的人，从而缩短与人体 有关的零部件的设计与评价周期。以人体参数为基础建立的人体模型是描述人体 形态特征和力学特征的有效工具，是研究、分析、评价、试验人机系统不可缺少 的重要辅助手段。科学、合理的建立人体模型是人机工程设计的基础。对于像装 载机这样比较复杂的设计对象，应用人体模型是一种重要的辅助手段，它既可以 表现设计结果，也可以用来调整设计，以确定最终设计尺寸。

人体模型按构造方法可以分为物理仿真模型和数学仿真模型两类。我们在 人机工程设计领域常用的人体模型有二维人体模板、三维人体模型、人体数学模 型和数字人体模型，最后一类人体模型以计算机技术为基础，能够与设计对象的 数字模型进行交互，使人机系统三维显示在设计师的面前。其特点是反映的信息 量大，便于解决相关的复杂计算，是产品的设计更加直观、快速和可靠。

人体模型在装载机驾驶室设计中作为一种辅助手段，它既可以表现设计结 果，也可以用来轻松调整设计方案，从而确定最终设计尺寸。将人体模型引入到 通过CAD技术建造虚拟的三维作业空间模型中（2），可以对比、分析、评价作业空间 的多种设计方案。计算机中产生的三维图形可以使设计师更加方便、快捷的调整 人—机—环境之间的相互关系。通过多个设计方案的对比、分析、评价，最终能够优选出最合理的作业空间。1.3商用车人机设计方法

人机工程设计通常始于概念设计初期。此前,先要明确产品开发的目标；并通过对标分析，确定人机工程设计的基本概念、目标和约束条件(如:驾驶室长、宽、高，座椅高度,前方地面盲区长度等)。此外,还要了解目标驾驶员群体特点（男女比例、地区、年龄特点等)和人体尺寸,作为人机工程设计的依据，商用货车具有底盘高，驾驶室为平头,驾驶室内部高度方向空间大、长度方向空间紧凑等特点。此外，重型商用货车的驾驶员群体多数为男性。对于全新开发车型,重型商用货车人机工程设计主要内容和流程。最终的布置结果必须满足如下要求：（1）乘员坐姿符合乘员群体舒适乘坐要求；

（2）保证必须的空间,以保证驾驶员操作灵活准确,增强舒适性和安全性；（3）操纵装置的布置位置和作用力大小符合人体操纵范围和操纵力特点；（4）驾驶员视觉信息系统适合人眼视觉特性和驾驶员视野要求,且能及时获得 正确的驾驶信息。

从总体上讲，汽车人机工程学设计分为初步设计和后期校核两个阶段。初步设计的任务是建立乘员和室内主要部件的布置方案。传统的人机工程初步设计或者对于全新开发所进行的初步设计,参考的资料和数据相对较少，通常可以按照一定的设计流程来建立一个初步的设计方案。由于设计内容是从驾驶员乘坐和驾驶环境设计参数定义开始,然后过渡到驾驶室、乃至整车的设计参数定义,因此,这种设计过程又称为从内到外的设计，从内到外的设计过程中,为了方便进行乘员布置、表达设计意图、进行视野校核、以及工程制图等,通常借助一些设计工具辅助完成。初步设计是整个设计过程中至关重要的阶段。初步设计的结果为后续的详细设计确定了基本的基调。本节对重型商用车驾驶室人机工程学初步设计方法进行了研究总结，并应用于本公司的某款车型的开发中，取得了良好的效果（3）。

装载机驾驶座椅主要参数的人机工程要求。

1.4驾驶座椅主要参数的人机工程要求

驾驶座椅属于工作用座椅，通过以往的设计经验和相关实验，对工作用座椅的主要参数有相应的人机工程设计要求，见表1-1。

表 1-1 座椅主要设计部位及设计要求

1.5 人机工程设计原则

人机系统中，操纵装置是将人的信息输送给机器，用以调整、改变机器状态的装置。操纵装置将操作者的信号转换成机器的输入信号，是人机信息交互的重要组成部分，其设计是否合理，直接关系到整个人机系统能否正常安全运转。遵循人机工程设计原则，这就要求保证操纵装置的操纵有效性，同时要考虑到以下几个方面：(1)操纵器的形状适应人的生理特点；(2)操纵器的形状便于触觉对他进行识别；(3)尺寸应符合人体尺度的需要。根据人与物接触部位不同，操纵器可以分为手控操纵器和脚控操纵器，这两种操纵装置在装载机驾驶室中都存在。

装载机工况和作业要求复杂，因此其操纵装置除了常规的踏板和操纵杆，还有不同于普通车辆的动臂操纵杆和铲斗操纵杆，这就要求在操纵装置的人机工程设计中，要充分考虑驾驶员的生理特点，也要考虑操纵装置的使用功能和使用情况。而且装载机的操纵装置使用频繁，其在驾驶室内的布置及操作顺序要符合人的生理、心理特点和运动习惯。

第二部分 工作原理

2.1 汽车人机工程设计 国外对汽车人机工程学的研究起始于上世纪五十年代,主要集中在北美地区, 尤其是推出了很多标准，有的已被国际标准组织所采用,如:三维H点装置、眼椭圆等。这些研究为科学地从事汽车人机工程设计奠定了良好的理论基础和方法条件。

在国内,温吾凡、刘金秋等人都曾对人机工程学应用于汽车驾驶室设计中的关键问题进行过研究。葛如海专门研究了重型商用牵引车驾驶室设计的人机工程问题。经过对人机工程学在汽车内部布置方面应用和相关国内外标准进行消化吸收的基础上,一些人研究如何将领域知识凝练到软件中,以快速地完成人机工程设计和分析。例如:宋宝玉、李维斗等人研究开发了驾驶室人机工程设计软件。

在人机设计方案评价方面,许多企业和高校也在不断研究。有的研究了一种主观评价内部布置的方法,选择一定数量的有经验的驾驶员,根据驾驶经验、舒适性感受等主观判断,对驾驶室各部分进行主观打分,从而实现主观评价。有的系统研究了汽车驾驶室设计的人机界面评价过程,包括从厂商的项目提出到最终的综合人机评价等个步骤，研究了汽车坐姿不舒适性主观评价方法,并研究了通过易读性、量表信度和表面效度的显著性水平来简化问卷指标的方法。

2.2 踏板布置

加速踏板的安装位置和驾驶员座椅高度决定了驾驶员的基本乘坐姿态,对驾 驶员坐姿舒适性和各项功能操作具有重要影响(4)。此外,加速踏板位置还决定了驾驶室其它部件（其它踏板、转向盘等）的布置位置,是车内布置的重要参考元 素。加速踏板布置分析主要关注以下问题:（1）踏板中心高度。会影响驾驶员踩关节舒适性。由于加速踏板踩踏频繁,其布置必须考虑长时间操作的舒适性。加速踏板未踩下时,应保证跺关节角度A46不小于870,踩到底后A46不大于105“,以保证驾驶员踩关节舒适；

（2）踏板表面倾斜角度要合适,否则会影响踏板表面和脚底面的贴合；（3）要保证驾驶员脚底施力位置始终处于踏板中心附近；

（4）踏板转动中心位置要合适。不合适的转动中心位置,不能保证在踩踏行程范围内脚底施力点位置始终位于踏板中心附近,或者踏板表面与脚底面的贴合；（5）制动和离合踏板的位置可参照加速踏板位置进行布置。为保证紧急制动时,驾驶员不会误踩到加速踏板,通常制动和加速踏板表面错开一定距离；

（6）确定所有踏板高度和前后位置之后,还要确定侧向的位置和间距,包括离 合踏板与驾驶员中心线、制动踏板与驾驶员中心线、以及制动踏板与加速踏板之间的间隙。

根据上述原则,可以对踏板的布置方案进行分析和评价,乃至给出合理的布置 建议。踏板布置相关尺寸参见图2-1。

图 2-1 SAE定义的踏板布置尺寸

2.3 H点方案设计

2.3.1人体设计样板法

人体设计样板法是采SAEJ826中定义的H点二维人体设计样板[58]来布置定位 H点位置,如图2-2所示。

图2-2 H点二维人体模板

在踏板位置方案确定之后,将第95百分位的男子人体模板按要求摆放在驾驶室内。将其加速踏板踵点AHP与踏板附近指定的地面上的一点重合,整个脚掌绕AHP旋转至脚掌与踏板面贴合;调节背部角到要求的角度然后锁定,从而定位躯干;再调整模板小腿和大腿的角度,则这时的设计H点为最后H点。按同样步 骤将第5百分位的女子人体模板摆放在驾驶室,所得到的设计H点为最一前H点。根据第5百分位女子和第95百分位男子H点来确定H点的上下、前后调节行程。这种确定H点的方法简单可行,在内部正向设计初期是一种很重要的方法。但是人体模板虽然是用统计意义上的人体数据所创建的,但是并不具有实际代表意义,因为它只是两个人体模板,只是两个个体,并且这种统计意义上的人体模板在现实生活中是很少会存在的。所以利用这种人体模板设计出来的H点适应度是不够的。虽然应用的是95百分位的男性人体模板和5百分位的女性人体模板,但是实际上设计出的H点并不一定能够保证良好的适应性。2.3.2 SAE适意H点位置曲线法(5)

1985年,SAE推出了SAEJ1517标准,用来辅助进行驾驶员H点布置。SAEJ1517中推荐了不同百分位的一组适意驾驶位置时H点的位置线哗],其中每一条曲线都表征了H点位置与定位参考点之间的水平XH和垂直方向ZH的位置关系。对于B类车,zH与xH呈线性关系,参见表2-1。图2-3给出了B类车的一SAE适意H点位置线。给定不同百分位的H点高度就能够得到最后、最前以及其它百分位的设计H点,座椅的行程和升程可根据最后和最前H点来确定。

表2-1 SAEJ1517中推荐不同百分位的一组适意驾驶位置的H点位置线

图2-3 B类车SAE适意H点位置曲线

SAE适意线是根据早先的美国人体数据,经统计分析之后得出的,对于不同 时代、不同国家的人体统计数据不一定适用。计算对应某一百分位的H点时只能得到一个点,灵活性较差。同时,SAE适意线法没有将目标驾驶员群体的统计特 性,尤其是国别、身材、男女比例、百分位等作为参数,因此,不能针对任意给的驾驶员目标人群都适用。SAE适意线比较适合于在从内到外的车身布置方法中使用。因此,很多人也研究了其它的H点布置方法。2.3.3 面向指定驾驶员群体的H点布置方法

驾驶员座椅的布置通过确定不同身材驾驶员乘坐位置(H点位置)来实现,这 些H点分布呈现一个范围。对于重型商用货车,用一个矩形表示驾驶员群体中一 定比例个体H点位置的分布范围,称为H点调节窗口160],其位置和尺寸反映了设计方案对于目标群体的适应程度,通常要求适合90%的驾驶员;此外,在保证驾 驶员下肢舒适的前提下,将座椅位置布置得适当靠前一些,以保证良好的驾驶员 前方下视野。H点的布置是驾驶室内其它布置设计的基础,并且关系舒适、安全 等多方面性能,因此,在最基本的驾驶员乘坐方案中,必须科学、准确地设计H点调节窗口。

已知条件为地板和加速踏板参考点PRP位置,参见图2-4。在布置坐标系尤02下,某一个体驾驶员的H点位置坐标,驾驶员上半身越倾向直立。硬点尺寸H30为座椅高度，是乘坐参考点到加速踏板踩点的垂直距离,反映了群体命分布的状况。对于带有高度方向调节功能的座椅，应位于H点调节窗口的右边界中点处。设计中通常根据对标分析或设计目标给出刀30,再据此确定H点在水平和垂直方向的分布范围,即硬点尺寸TL23、升217和L53。上述硬点尺寸和术语的定义参见文献,这里的刀30、L53指的是汽车设计参数。

图2-4 重型商用车H点布置

商用车主要考虑男子群体。根据我国成年男子身高、坐高的均值和标准 差,计算覆盖群体范围90%的群体身高Hs和坐高从的分布边界,见图2-5;在边 界上生成分布均匀的8个样本点,其人体尺寸参见表2-1。在布置坐标系口刃Z中，大腿长度L3、小腿长度L4、以及跺关节到踩点的距离Lg有关。通过分析得知，与乘坐位置有关的变量L3、L4和Lg的分布只存在一个很显著的主成份,可根据它的单调性来设计H点调节窗口。鉴于下肢长度的单调性与该主成份是一致的,有理由选取样本点中下肢长度最长和最短的两个作为设计样本。通过对比可知,下肢最长的样本点是P5,最短的样本点是P6。

图2-5覆盖群体分布的样本点

表2-2样本人体尺寸

根据已知条件(PRP、地板和万30),以及商用车驾驶员肢体活动范围,计算H 点分布范围,计算公式如下2-1：

分别计算两个样本点的H点分布区域,如图2-6所示。

图 2-6 H点调节窗口

在图中画出了不同舒适程度的区域,以不同的颜色表示。在这两个区域中分别选取一点作为最前最低H点(图中Pl)和最后最高H点(图中P2),由这两个点形成H点调节窗口。所选的H点应尽可能具有较好的舒适性。如前所述,sgRP位于H点调节窗口的右边界上,所以,选取这两个H点的时候,还要使H30尽可能与设计目标值一致;并在保证H点调节窗口左下角和右上角落入相应H点分布范围的同时尽可能减小TL23和Z日17,以减小座椅调节机构设计难度。

2.4 布置工具图形定位

布置工具图形是进一步进行仪表板、操纵件布置,保证目标驾驶员群体中的大多数人具有良好的驾乘舒适性有力工具(7)。2.4.1 SAE眼椭圆

B类车椭圆标准的内容自1987年以来一直没变。尺寸参见表2-3。B类车定位时以ATRP，驾驶室布置工具图形定位基准点作为基准点。由于操作B类车的驾驶员中，具体车型的不同,驾驶员群体中男女比例可能会有较大的差异,因此,眼椭圆定位时需要考虑驾驶员群体中男女比例。此外,在侧视图上,眼椭圆关于其中心有向前下方11.6度的转角；在俯视图上，左右眼椭圆关于其中心有向右侧5.4度的转角。

表2-3 B类车椭圆尺寸

图2-7 B类车眼椭圆

表2-4 定位公式

眼椭圆中心相对于Al,RP点的定位公式列于表2一4。表中,万为椭圆中心相对于ATRP的水平距离;玖、殊分别为左、右眼椭圆中心相对于ATRP的侧向距离;z为圆中心相对于ATRP的垂直距离。眼椭球绕其中心旋转:在俯视图中向内侧偏5.4度,侧视图中向前下偏转0.6度。ArRP是驾驶室布置工具图形定位基准点,是SAEJ1516标准中定义的、用于定位布置工具图形的基准点(8)。对于A类车,根据95th百分位H点位置曲线和H点高度计算ATRP。对于B类车,根据50th百分位驾驶员H点位置曲线、H点高度和驾驶员男女比例来计算户a,RP。ATRP位置根据下式计算:

2.5转向盘布置

转向盘布置，包括确定中心位置、倾角和轮缘直径。合理地布置转向盘, 对于改善驾驶员操纵姿势、减小操舵力,从而降低驾驶疲劳程度具有重要意义。确定转向盘的位置要考虑与仪表板和驾驶员之间的距离合适。转向盘轮缘到驾 驶员躯干的距离不宜小于250mm,这个间隙是安全的重要保证。转向盘前后位置还要保证驾驶员打转向时的伸及性。转向盘的高度的确定应考虑驾驶员上肢的舒适性,太高会造成“端胳膊”的感觉,容易加快疲劳。由于不同身材驾驶员乘坐位置和肢体尺寸的离散性,上述要求不容易对于大多数人都满足,因此,转向盘的位置一般设计成可调节的,使得大多数人都能够通过调节获得舒适的转向盘操作位置。

转向盘倾角的选定应该使转向盘轮缘所在平面尽量与驾驶员观察仪表时的接近视线垂直,以获得最佳的仪表视野;同时,还要与手部抓握轴线的方向相适应。商用车转向盘直径通常大于450mm。太小则操纵不稳定,且影响仪表视野。转向盘直径太大会浪费布置空间。很多商用货车都装有转向助力装置,不必采用加大直径的办法来减小操舵力(9)。

最终所确定的转向盘中心位置、倾角和转向盘直径,是通过反复进行驾驶员 人体、座椅、转向盘布置和位置校核后得到的。现代转向盘上还集成了许多操纵钮键,如雨刮器开关,风挡玻璃洗涤器喷水开关,大灯、转向灯、小灯开关,喇叭按钮,巡航按钮等。布置这些的时候要考虑手指操作的伸及性。适当选择这些钮件的形式和操作顺序,保证操作方便性。

2.6仪表板布置

2.6.1仪表板主断面设计

仪表板主断面位于驾驶员中心对称面处。仪表板主断面的设计是驾驶员坐环境概念设计的重要内容。参见图2-8。

图2-8仪表板断面设计原理

根据驾驶员前方地面盲区要求作前方下视野线切,与眼椭圆下方相切,则切 与水平面所成的角度即为驾驶员前方下视野角a。为保证前方下视野的要求,应该使仪表板上方最高点、前风窗玻璃下边缘和转向盘轮缘都低于下视野线切。作转向盘轮缘最高处截面下方和眼椭圆上方的公切线L1,作转向盘轮毅上方和眼椭圆下方的公切线L2,则仪表盘应该布置在Ll和L2之间。连接仪表盘中心和眼椭圆中心的直线L3,它应平分L1、L2之间的空间;直线U与水平面的夹角应该在30“范围内。仪表盘平面到眼椭圆中心的距离R最大为75Omm,推荐距离为710~。仪表盘平面与直线L3的夹角一般控制在80度到100度范围内。2.6.2仪表布置

仪表盘和仪表在宽度方向的位置应布置在可视区域内。为此,应该作出不受方向盘阻挡的可视区域。在可视区中心附近应该布置最常用、最主要的仪表,如: 车速里程表(10)。在最重要的仪表周围布置一般性仪表,如:发动机转速表、燃油表、发动机水温表等。有些汽车仪表盘上还集成了发电机状态、灯光、变速档位、环境温度、路面倾斜度等仪表。这些仪表排列顺序应与其认读顺序相一致,同时考虑它们彼此之间逻辑上的联系。相互联系越多的仪表应布置得越靠近。当仪表很多时,应按照它们的功能区分排列,区与区之间颜色搭配应有明显的区别。性质重要的仪表区,在仪表板上要有引人注目的背景。2.6.3仪表罩布置

仪表罩要有足够的深度,以遮住射向仪表玻璃的光线。设计时应进行眩目检查。

如果入射光经过仪表面反射后不会与眼椭圆相交,就不会产生眩目现象。仪表罩的布置不能影响前方下视野,其断面应该布置在前方下视野线Ld以下、公切线Ll的上方。仪表罩最前端与转向盘要保持一定的距离，免发生干涉。

第三部分 结论

本文是对商务汽车驾驶室设计方法构架及其相关参数评价方法的有益探索，以人机工程学为基本原理，借助计算机辅助技术，对装载机驾驶室进行人机工程设计，能够提供给驾驶员舒适的驾驶姿势，良好的视野和合理的操纵装置布局，以实现安全、舒适、健康、高效的人机系统设计目标。研究过程中借鉴了其它工程车辆和汽车设计中较为先进、成熟的技术，并取得了良好的效果。本课题的主要研究工作和成果如下：

（1）在驾驶室人机工程设计方法研究中,根据重型商用车和驾驶员群体的特点, 研究了人机设计的前期条件、设计要求、设计流程、具体设计原理和基于统计学的设计工具,建立了适用于重型商用车任意目标驾驶员群体的通用人机工程设计方法。

（2）数字人体模型在汽车人机工程方案设计和工效分析中发挥着越来越重要的 作用。在数字人体建模方面,本文研究了根据人体测量学数据进行数字人体参数 化建模的关键问题,研究并筛选了合适的人体测量学参数,建立了人体运动学和 动力学模型,研究并实现了人体肢体运动驱动和姿势求解的正向和反向运动学功 能,研究了人体几何建模和外观可视化问题,以及常见人体性能,建立了三维数 字化人体模型。将上述功能和汽车建模、工效分析等功能集成,开发了专用于重 型商用车人机工程设计评价系统SHOVED,能够根据输入的汽车参数建立驾驶室 的概念描述,生成人机工程分析的人体模型样本,对转向、变速、踩踏板等操作 的上肢和下肢舒适性进行分析,进行视野分析和伸及性分析等(11)。

（3）深入研究了驾驶员驾驶和乘坐姿势的舒适性。提出了采用人体肌肉负荷作 为姿势舒适性的客观量度,而肌肉负荷从宏观上根据关节载荷计算来评价舒适度 的方法。进行了驾驶员姿势舒适度仿真分析,获得了姿势空间内舒适性的分布;对姿势舒适性分布数据进行统计分析,建立了姿势舒适性评价模型。克服了以往 所建的模型主观因素准确性低,模型粗糙的不足。并将所建姿势舒适度模型,用 于某重型商用车H点布置方案的优化设计中,收到了良好的效果。

（4）某重型商用车样车的人机性能进行了客观评价,分析了该车型手操纵件伸 及性和舒适性、仪表视野、前方视野、后视野、前风挡玻璃刮扫区域、驾驶室进出方便性和乘坐空间等方面的人机工程性能。

（5）提出了一种重型商用车人机性能的主观评价方法,对所开发的重型商用车 的手操纵件伸及性和舒适性、A立柱盲区、仪表视野、前方视野、后视野、前风挡玻璃刮扫区域、驾驶室进出方便性和乘坐空间等人机工程性能进行了主观评价(12)。

结果表明,所研究车型的人机工程设计方案比较合理,但仍存在一定的人机性能 方面的提升空间。

第四部分 参考文献

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http://(2)郭竹亭,汽车车身设计[M],吉林科学技术出版社,1992年10月,36-83页；(3)中城,中国商用车之路[J],世界汽车,2005年6月,64一65页；

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人机工程学论文汽车 篇2

汽车对我国百姓来说已不再是奢侈品, 而仅仅成为一种出行的代步工具。然而, 随着汽车数量的激增, 交通事故已经成为危害人民生命安全的一大问题, 引起社会对汽车安性的极大关注。根据相关部门统计数据, 大约有50%以上的交通事故是由疲劳驾驶引起的。

造成汽车驾驶员疲劳的因素有很多, 其中汽车座椅的舒适度是其中之一。针对这种情况, 本文意图引入人机工程设计原理, 对汽车驾驶员行驶途中出现疲劳感的基本因素进行考察, 并结合这些因素提出改进汽车驾驶座椅的设计;根据人体舒适感, 提出座椅动态设计理念。

1 疲劳驾驶影响因素分析

所谓疲劳驾驶, 一般是指当汽车驾驶员在长时间 (持续约4个小时) 驾驶后, 其身体的生理和心理机能出现大幅度下降, 大脑的思考判断能力、身体的反应操作能力会受到较大程度的削弱, 而这些症状会通过驾驶员自觉或不自觉的意识而有所表现。当驾驶员出现以上这些情况时, 就很可能已处于疲劳驾驶状态[1]。一般来说, 疲劳驾驶主要来源于坐姿、震动、温度和湿度等因素。

1.1 人体坐姿舒适度

当人体处于最佳坐姿时, 其体重会得到均衡分配。当大腿呈水平状自然放松, 双脚着地, 手臂也不承受身体压迫时, 驾驶员会感觉较为舒适。一般来说, 人处于坐姿时, 身体所产生的大约3/4的压力由座椅承受, 因此座椅的设计要尽可能使得乘坐者的臀部受重更为合理均匀。

1.2 震动产生疲劳

汽车在行驶过程中会不可避免地发生震动。当驾驶员坐在汽车上时, 震动会通过座椅传递到驾驶员身体, 从而对驾驶员造成影响。震动对人体所带来的影响不容忽视, 当震动幅度过大, 或者持续时间较长时, 人体的动态反应能力和身体生理机能等都会出现减退。此外, 当驾驶人员长期处于震动的空间中时, 震动特性传递到驾驶人员的神经中枢, 会刺激大脑皮层, 使人产生兴奋。如果驾驶员长时间处于这种状态, 其脑细胞的工作效率将会衰减, 从而产生疲劳感。

1.3 温度和湿度影响身体感受

研究人员发现, 汽车驾驶员在20℃左右的驾驶温度和50%左右的驾驶相对湿度时的驾驶状态最佳。就汽车座椅来说, 其对驾驶员所处温度、湿度的影响主要表现在座椅表面温度和湿度上, 座椅表面状况会对人体的背部、臀部等部位造成影响。当座椅所用材质透气性不佳时, 会造成人体产生不适感, 从而加剧人体疲劳感。

2 汽车驾驶座椅人机工程设计

2.1 静态设计

从人体生物学的角度来看, 驾驶员的最佳坐姿是臀部离开座椅的靠背并稍向前移, 这时驾驶人员的上半身和大腿之间的夹角保持在100°左右。与此同时, 大腿、小腿和双脚脚掌之间也要有一定的角度[2], 具体参见图1和表1[3,4]。

一个好的汽车座椅设计通常体现在整车布局提供的空间内。根据百分位假人要求, 按照人体工程学要求设计出符合H点 (Hip Point, 躯干与大腿相连的旋转点) 、外观及舒适度的座椅, 如图2所示。

此外, 对汽车座椅的表面温度和湿度进行调控, 可以实现对驾驶员身体状况的调整。汽车座椅在设计时要选用透气性更为良好的材料包覆座椅, 并在座椅中加入通风式设计, 以降低人体长时间倚靠在椅背上所产生的热量感和潮湿感。例如, 空调座位上使用孔网状面料, 使得座椅下有多个风扇产生空气流通, 通过空气循环穿过皮肤, 移动的空气带走体内的热量, 可以更好地提升驾驶人员的驾驶舒适度, 实现缓解疲劳的作用[5]。而在座椅上安装按摩、顶腰、智能化传感和监测系统等, 也作为提高舒适度的要求逐渐被纳入到座椅人机工程设计中。

2.2 动态设计

汽车座椅动态设计主要指减少震动对人体的影响。在章节1.2中已提到震动对人体的影响, 这里再对震动产生的主要机理和座椅设计的注意事项加以探讨。

一般来说, 震动是由各种路面状况和汽车本身机械工作而产生的。在汽车行驶时, 驾驶员会受到来自水平和竖直两个方向震动的叠加, 其中包含直线震动和角震动。在这些震动模式中, 竖直震动和角震动对驾驶人员的影响最大, 人体各主要部位的共振频率参见表2。

汽车座椅在设计时要参照整车路谱, 在座椅震动试验台 (图3) 上模拟道路行驶, 找出座椅共振点, 并将其作为设计要点, 避开敏感震动频率, 以保证座椅舒适度[6]。此外, 座椅空气悬挂和纵向减震系统 (图4) 也作为动态设计内容加入座椅设计行列中。

3结语

通过全文论分析可以发现:汽车驾驶座椅人机工程设计研究对提升驾驶安全具有重要意义。当前, 我国大部分汽车厂家对这一问题仍未起到足够重视, 对汽车座椅舒适度研究仍较薄弱, 在设计座椅时更多只是考虑其美观性, 而忽视了对其静态、动态舒适度的设计。对此, 呼吁各大汽车生产厂商加以重视, 将汽车座椅舒适度的研发纳入重点工作日程中。

参考文献

[1]马国忠, 张学尽.汽车驾驶用座椅的抗疲劳人机工程设计[J].人类工效学, 2004, 10 (3) :34-36.

[2]李彦晶, 张亚萍, 尹新权.基于人机工程的汽车驾驶座椅舒适度设计研究[J].机械研究与应用, 2014 (5) :28-30.

[3]鞠峰, 薛红军, 苏润娥, 等.基于人机工程学的汽车驾驶室函数化设计方法[J].人类工效学, 2007, 13 (4) :33-35.

[4]孙凌玉, 陈全世.人机工程学在轿车车身安全性设计中的应用[J].中国公路学报, 2001, 14 (2) :107-110.

[5]李姝瑶, 金昕.人机工程学下轿车座椅舒适尺度设计研究[J].机械设计与制造, 2014 (6) :188-190.

汽车人机工程设计方法与应用研究 篇3

关键字 人体测量学 驾驶室 人机工程学 数字人体模型

中图分类号：U46 文献标识码：A

1论文研究背景

汽车发展的潮流是行驶安全性越来越好，技术含量越来越高，驾驶越来越舒适和人性化。在人们生活水平大幅提高的我国，随着汽车工业技术水平的不断提升和消费者的不断成熟，会对汽车的舒适性和安全性有着越来越高的要求，使得进一步研究和改善汽车的人机性能十分必要。从某种意义上讲，人机工程设计的好坏直接决定了汽车设计水平的高低。

2人体模型

驾驶室设计需要利用人体模型来尽可能的模拟现实中的人，从而缩短与人体有关的零部件的设计与评价周期。以人体参数为基础建立的人体模型是描述人体形态特征和力学特征的有效工具，是研究、分析、评价、试验人机系统不可缺少的重要辅助手段。科学、合理的建立人体模型是人机工程设计的基础。对于像装载机这样比较复杂的设计对象，应用人体模型是一种重要的辅助手段，它既可以表现设计结果，也可以用来调整设计，以确定最终设计尺寸。

3商用车人机设计工作原理

人机工程设计通常始于概念设计初期。了解目标驾驶员群体特点和人体尺寸，作为人机工程设计的依据，商用货车具有底盘高，驾驶室为平头，驾驶室内部高度方向空间大、长度方向空间紧凑等特点。此外，商用货车的驾驶员群体多数为男性。对于全新开发车型，商用货车人机工程设计主要内容和流程。

3.1踏板布置

加速踏板的安装位置和驾驶员座椅高度决定了驾驶员的基本乘坐姿态，对驾驶员坐姿舒适性和各項功能操作具有重要影响。此外，加速踏板位置还决定了驾驶室其它部件的布置位置，是车内布置的重要参考元素。加速踏板布置分析主要关注以下问题：

（1）踏板中心高度。会影响驾驶员踩关节舒适性。由于加速踏板踩踏频繁，其布置必须考虑长时间操作的舒适性。加速踏板未踩下时，应保证跺关节角度合适，以保证驾驶员踩关节舒适；

（2）踏板表面倾斜角度要合适，否则会影响踏板表面和脚底面的贴合；

（3）要保证驾驶员脚底施力位置始终处于踏板中心附近。

3.2转向盘布置

转向盘布置，包括确定中心位置、倾角和轮缘直径。合理地布置转向盘，对于改善驾驶员操纵姿势、减小操舵力，从而降低驾驶疲劳程度具有重要意义。确定转向盘的位置要考虑与仪表板和驾驶员之间的距离合适。转向盘轮缘到驾驶员躯干的距离不宜小于250mm，这个间隙是安全的重要保证。最终所确定的转向盘中心位置、倾角和转向盘直径，是通过反复进行驾驶员人体、座椅、转向盘布置和位置校核后得到的。现代转向盘上还集成了许多操纵钮键，如雨刮器开关，风挡玻璃洗涤器喷水开关，大灯、转向灯、小灯开关，喇叭按钮，巡航按钮等。布置这些的时候要考虑手指操作的伸及性。适当选择这些钮件的形式和操作顺序，保证操作方便性。

3.3仪表布置

仪表盘和仪表在宽度方向的位置应布置在可视区域内。为此，应该作出不受方向盘阻挡的可视区域。在可视区中心附近应该布置最常用、最主要的仪表，如：

车速里程表。在最重要的仪表周围布置一般性仪表，如：发动机转速表、燃油表、发动机水温表等。有些汽车仪表盘上还集成了发电机状态、灯光、变速档位、环境温度、路面倾斜度等仪表。

仪表罩要有足够的深度，以遮住射向仪表玻璃的光线。设计时应进行眩目检查。如果入射光经过仪表面反射后不会与眼椭圆相交，就不会产生眩目现象。仪表罩的布置不能影响前方下视野，其断面应该布置在前方下视野线Ld以下、公切线Ll的上方。仪表罩最前端与转向盘要保持一定的距离，免发生干涉。

4总结

本文是对商务汽车驾驶室设计方法构架及其相关参数评价方法的有益探索，以人机工程学为基本原理，对驾驶室进行人机工程设计，能够提供给驾驶员舒适的驾驶姿势，良好的视野和合理的操纵装置布局，以实现安全、舒适、健康、高效的人机系统设计目标。本课题的主要研究工作和成果如下：

（1）在驾驶室人机工程设计方法研究中，根据商用车和驾驶员群体的特点，研究了人机设计的前期条件、设计要求、设计流程、具体设计原理和基于统计学的设计工具，建立了适用于商用车任意目标驾驶员群体的通用人机工程设计方法。

（2）深入研究了驾驶员驾驶和乘坐姿势的舒适性。提出了采用人体肌肉负荷作为姿势舒适性的客观量度，而肌肉负荷从宏观上根据关节载荷计算来评价舒适度的方法。

（3）某商用车样车的人机性能进行了客观评价，分析了该车型踏板舒适性、仪表视野、驾驶室进出方便性和乘坐空间等方面的人机工程性能。

参考文献

[1] 郭竹亭.汽车车身设计[M].吉林科学技术出版社，1992（10）：36-83.

[2] 中城.中国商用车之路[J].世界汽车，2005（6）：64-65.

人机工程学 篇4

3产品尺寸设计分类：⑴Ⅰ型产品尺寸设计。例：汽车驾驶室的座椅、自行车座的位置、腰带和手表表带的长短、落地式或台式麦克风的话筒高度。⑵Ⅱ型产品尺寸设计。又分ⅡA型产品尺寸设计（大尺寸设计）和ⅡB型产品尺寸设计（小尺寸设计）。ⅡA型产品尺寸设计的例子：床的长度和宽度、防护栏杆的高度、热水瓶把手孔圈大小、礼堂座位的宽度、屏风的高度。ⅡB型产品尺寸设计的例子：防护栏干的间距、电风扇罩子的间距、浴室里上层衣柜的高度、阅览室上层书架的高度、读报栏高度的上限、公共汽车上踏步的高度。⑶Ⅲ型产品尺寸设计 例：一般门上的把手、门上锁孔离地面的高度、大多数文具的尺寸、公共场所休闲椅凳的高度等。

4产品功能尺寸是指为确保实现产品某一功能而在设计时规定的产品尺寸。5视角是确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。

6视距是指人在操作系统中正常的观察距离；一般操作的视距范围在38—76cm之间。

7暗适应？当人从亮处进入暗处时，刚开始看不清物体，而需要经过一段适应的时间后，才能看清物体，这种适应过程称为暗适应；暗适应过程大约需30min左右才能趋于完成。

8听觉刺激？对于人来说，只有频率为20~20000Hz的振动，才能产生声音的感觉。9反应时间又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间距。10影响运动的主要因素？运动时间、运动类型、运动方向、操作方式。

11刺激？（1）外在物理性刺激，在生活中随处存在，可以通过人的感觉器官而感受到（2）内在刺激时不依赖于身体外表感觉器官而产生的刺激。

12形象记忆、听觉记忆与动作记忆。所谓“百闻不如一见”，“看十遍不如做一遍”，这体现了实践对记忆的重要影响。在安全工作中，单纯背诵安全操作规程、安全生产条例的效果远不如熟练掌握，即依靠动作操练来记忆其内容更为理想。13思维的基本过程？分析、综合、比较、抽象和概括。

14逻辑思维？抽象的推理性思维。逻辑思维的思维方式导致人的思维的教条化，影响人们创造性的发挥，但逻辑思维又是创造性的基础，缺乏逻辑常识的人很难得出合乎物理规律性结果；因此，在提倡创造性思维时，千万不可反对逻辑思维。15人机信息三种方式：视觉显示、听觉显示、触觉显示。

16仪表显示种类？按功能可分为读数用仪表、检查用仪表、追踪用仪表和调节用仪表等；按结构形式可分为指针运动式仪表、指针固定式仪表和数字式仪表等。

17仪表的形式？垂直形、水平形、半圆形、圆形、开窗形。

18人眼的观察效率？以左上方为最优，其次是右上方、左下方，而以右下方为最差，仪表应按其重要程度和使用频率的要求分别布置在观察效率不同的方位上。

19角笛的声音又吼声和尖叫声两种；长用做高噪声环境中的报警装置。

汽笛声频率高，声强也高，适合用于紧急事态的音响报警装置。

20位置编码？利用安装位置的不同来区分操纵器。如将操纵器设在某一位置上表示系统某种功能的类型，并实现标准化，则操纵者可不必注视操作对象，而能很容易地识别操纵器并正确的进行操作。常用与脚踏板编码。21人体不同坐姿的消耗？仰卧100；坐姿103~105；立姿108~110；跪姿130~140；弯腰150~160.22作业动作的类型？（1）定位动作（2）逐次动作（3）重复动作（4）连续动作（5）调整动作 23作业岗位的分类？按姿势分为坐姿岗位、立姿岗位和坐、立姿交替岗位。24影响热环境条件的主要因素？气温、气湿、气流和热辐射。25作业场所的光环境有天然采光和人工照明。

26噪声对机体的其他影响？噪声在90dB以下，对人的生理作用不明显。90dB以上的噪声，对神经系统、心血管系统等有明显的影响。

27振动对人体的影响？主要取决于振动的强度，而振动强度一般是用加速度有效值来计量的。除了振动强度外，还有两个十分重要的因素。其一是振动频率，实验证明，人对4~8Hz的振动感觉最敏感，频率高于8Hz，或低于4Hz，敏感性就逐渐减弱。其二，对于同强度、同频率的振动来说，振动的影响还同振动的暴露时间有关。

28人的失误内在因素？生理能力：体力、体格尺度、耐受力，有否残疾、疾病、饥渴；心理能力：反应速度、信息的负荷能力、作业危险性、单调性、信息传递率、感觉敏度；个人素质：训练程度、经验多少、熟练程度、个性、动机、应变能力、文化水平、技术能力、修正能力、责任心。

29人机系统的评价方法？实验法、模拟装置法和实际运行测定法。

问答：1视觉特征？（1）眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不易疲劳；一般先看到水平方向的物体，后看到垂 1

直方向的物体（2）视线的变化习惯于从左到右，从上到下河顺时针方向运动（3）人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计要准确得多，因而水平式仪表的误读率比垂直式仪表的误读率低（4）当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最优，依次为右上限，左下限，而右下限最差（5）两眼的运动总是协调的、同步的，在正常情况不可能一只眼睛转动而另一只眼睛不动；在一般操作中，不可能一只眼睛视物，而另一只眼睛不视物（6）人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受（7）颜色对比与人眼变色能力有一定关系。2知觉的基本特征？（1)整体性（2）选择性（3）理解性（4）恒常性（5）错觉

3思维的基本特征？（1）思维的间接性（2）思维的概括性（3）思维与语言具有不可分性。

4仪表的标数原则？（1）通常，最小刻度不标数，最大刻度必须标数（2）指针运动式仪表标数的数码应当垂直，表面运动的仪表数码应当按圆形排列（3）若仪表表面的空间足够大，则数码应标在刻度记号外侧，以避免它被指针挡住‘若表面空间有限，应将数码标在刻度内侧，以扩大刻度间距（4）开窗式仪表窗口的大小至少应能显示被指示数字及其上下两侧的两个数，以便观察指示运动的方向和趋势（5）对于表面运动的小开窗仪表，其数码应按顺时针排列（6）对于圆形仪表，不论表面运动式或指针运动式，均应使数码按顺时针方向依次增大（7）不做多圈使用的圆形仪表，最好在刻度全程的头和尾之间断开，其首尾的间距以相当于一个大刻度间距为宜。

5听觉信息传示装置使用目的和使用条件具体内容？（1）为提高听觉信号传递效率，在有噪声的工作场所，须选用声频与噪声频率相差较远的声音作为听觉信号，以削弱噪声对信号的掩蔽作用（2）使用两个或两个以上听觉信号时，信号之间应有明显的差异；而对某一种信号在所有时间内应代表同样的信息意义，以提高人的听觉反应速度（3）应使用间断或变化信号，避免使用连续稳态信号，以免人耳产生听觉适应性（4）要求远传或绕过障碍物的信号，应选用大功率低频信号，以提高传示效果（5）对危险信号，至少应在两个声学参数上与其他声信号或噪声相区别；而且危险信号的持续时间应与危险存在时间一致。

6手握式工具设计原则？（1）必须有效地实现预定的功能（2）必须与操作者身体成适当比例，使操纵作者发挥最大效率（3）必须按照作业者的力度和作业能力设计，所以要适当地考虑到性别、训练程度和身体素质上的差异（4）工具要求的作业姿势不能引起过度疲劳。

8作业面高度的确定应遵循的原则？（1）如果作业面高度可调节，则必须将高度调节至适合操作者身体尺度及个人喜好的位置（2）应使臂部自然下垂，处于合适的放松状态，小臂一般应接近水平状态或略下斜；任何场合都不应使小臂上举过久（3）不应使脊椎过渡屈曲（4）若在同一作业面内完成不同性质的作业，则作业面高度应可调节。

9设计的基本原则？（1）合理的照度平均水平，同一环境中，亮度和照度不应过高或过低，也不要过于一致而产生调感（2）光线的方向和扩散要合理，避免产生干扰阴影，但可保留必要阴影，使物体有立体感（3）不让光线直接照射眼睛，避免产生眩光，而应让光源光线照射物体或物体的附近，只让反射光线进入眼睛，以防止晃眼（4）光源光色要合理，光源光谱要有再现各种颜色的特征（5）让照明和色相协调，使气氛令人满意，这称为照明环境设计没的思考（6）创造理想的照明环境不能忽视经济条件的制约，因而必须考虑成本。

10与材料有关的准则？（1）少用短缺或稀有的原材料多用废料，余料或回收材料作为原材料，尽量寻找短缺或稀有原材料的代用材料，提高产品的可靠性或使用寿命。（2）尽量减少产品中的材料种类，以利于产品废弃后的有效回收。（3）尽量采用相容性好的材料，不采用难以回收或无法回收的材料。(4)尽量少用或不用有毒有害的原材料。

设计题：

（一）一般工作场所座椅：1座椅设计要点（1）工作座椅的结构型式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应，应能使操作者在工作过程中保持身体舒适、稳定并能进行准确得控制和操作（2）工作座椅的座高和腰靠高必须是可调节的（3）工作座椅可调节部分的结构构造，必须易于调节，必须保证在椅子使用过程中不会改变已调节好的位置并不得松动（4）工作座椅各零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边，各部结构不得存在可能造成挤压、剪钳伤人的部位（5）无论操作者坐在座椅前部、中不还是往后靠，工作座椅坐面和腰靠结构均应使其感到安全、舒适（6）工作座椅腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性（7）工作座椅一般不设扶手（8）工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。2工作座椅必须具有的主要构件：坐面、腰靠、支架。3座椅主要参数：座高360~480mm；座宽370~420mm，推荐值400mm；座深360~390mm，推荐值380mm；腰靠长320~340mm，推荐值330mm；腰靠宽200~300mm，推荐值250mm；腰靠厚35~50mm，推荐值40mm；腰靠高165~210mm；腰靠圆弧半径400~700mm，推荐值550mm；倾覆半径195mm；坐面倾角0°~5°，推荐值3°~4°；腰靠倾角95°~115°，推荐值110°。

（二）办公室座椅设计基本尺寸：坐面高370~400mm，坐面倾角2°~5°，上身支撑角约110°；工作时以靠背为中心，与一般作业场所座椅最显著的不同之处是，靠背点以上的靠背弯曲圆弧在人体后倾稍时休息时，能起支撑的作用。该类型的椅子也可以作为会议室用椅。

人机工程学论文 篇5

一、对传统概念的质疑

人机工程学的目的是“机宜人，人适机”，但我却想对这个目的提出质疑，首先从这个目的出现背景来看，是因为出现了人类在操作机器时出现了问题，且问题是因为出于统计学上的工作效率低下而引起利益体的质疑从而发现出现的问题在于机器不适于人类操作。

从人机工程学的概念中我们可以很显然的看到是以人类为中心提出的，这可能与欧美的人本主义价值观有关。但是将定义的中心归结到人身上会导致对于人的看法固化，将人当成“本质”般的存在，类似于柏拉图的理念或者黑格尔的绝对精神，但都有着不可改变这一特性，所以我们在解决实际中的设计问题时，很难将人视为是会变化的个体，无论从行为角度还是心理角度，这样做会使我们的在进行设计前的预想方案总是对于人这个“绝对主体”只思考接下来一到两步的行为或心理范畴，偶尔也有会考虑到人类与产品之间的互动，比如交互设计，但我目前所见的交互设计的一些方案主要是体验，而且对于人们使用产品的过程的描述也比较片面，只集中描述某些新奇的想法，事实上所描述的行为与心理的活动还是很少，可以说仍然没有把对人类的认识从静态转向动态。

近年来的手机等电子产品的发展我比较感兴趣，因为电子产品结构与功能的复杂性决定了它的设计者必须要对日后用户的使用作出预测，但事实上如果从手机（这里以手机为例）的发展来看，我们的主要目的仍然是为了让用户使用起来更舒服或者看起来更漂亮，对于人类的认识仍然没有改变，虽然在用户使用产品的模拟中产生了一些行为或心理的改变，但在认识的不足与商业利益的共同约束下，对于手机的界面与功能的设计仍然不能让我满意。让我不能满意的原因是我们年轻一代的生活现状，尽管他们在使用手机会感觉到很舒服，但是他们在对于手机的消费选择与使用时间的规划上让人不能恭维。他们用着自己对其的结构与原理都毫不知情的机器在干一些自己同样说不出理由的事，当新款手机问世时，他们又毫不犹豫地将旧的抛弃转而使用新的，尽管所做的事的性质与以前没有什么区别。

通过以上的说明，我想说的是这样的手机满足“机宜人，人适机”的概念吗，我想应该是满足的，因为毫无疑问，它可以打发它的主人的无聊的时间，虽然所做的事意义不明，但它可以使人感到“舒服”。那么我想问了，这样的产品真的是我们想要的吗？我想任何一个有社会责任感的人都不会赞同。那难道说我们的定义错了吗？这个问题很有意思，因为无论回答“对”或“错”，都等于你承认了这个问题是可以判断对错的。但是什么是对错呢？我们在这个问题上没有明确的标准（我指的是常识中，逻辑学中有着尽管看起来正确却会引人深思的规则）。我在这里就这个问题而言，对或错总是可以依据我们的目的来判断的，就如同最前面所说，这个定义是因为发现了效率低下的问题，然后提出了机器应该更适合操作的想法，改进后效率确实提高了，所以归纳出了这么一个定义。那么从这个步骤来看，这个定义是对于两件事之间的因果概括，尽管我们在其中仍有很多东西没有搞清（比如人类认知或行为的生理基础），但是在以上的过程中已经足够总结出模糊的关系，即我们的机器需要更加适合人们操作，这样才能提高效率（后来在定义中改成了使人感到舒服进而由此扩展到满足人类需求）。于是我们的设计理论家在对设计实践进行考察时就可以得出产品应该满足“机宜人，人适机”的要求。

然后让我们来仔细考察一下人机工程学中的要点。首先是生理上的，这里以人体测量为主，我们对于人的各种尺寸进行了测量，当然也包括使用某些产品时的行为变化所产生的尺寸变化，这里我想提出的问题是这个限制似乎将生理从心理上完全割裂了开来，也就是说这里存在的心理变化被忽略了，比如说一个书架，我们的测量人员将人的手所能触及的极限辛苦地测量了出来，然后他因为完美地完成了工作（他的目的正是完成尺寸测绘）而感到骄傲和满足，随后将数据交给了设计师，设计师或者用理性的直线或者用优雅的曲线将书架用图形表现出来，然后书架被交付厂家生产最后销售，最后到达顾客的手上。心理方面的因素我们先不讨论，首先来看一看关于测量，我们的设计师将数据应用到了书架的造型设计上，然后推测我们的用户在日后的使用中可以随时的拿到他想要的书或其它物品（这就是我说的“绝对的人”的预想概念，在我们的认知中，已经抽象出了“拿书”这一形式，并将其用于我们的设计中而不管这个行为的具体表现以及发生原因和所导致的后果），就如设计师所想的那样，我们的用户可以很轻松地拿到他想要的东西。但是我们又追问过我们为什么要拿书吗？在哪种情况下会使用书架？拿了东西以后又要做什么？似乎我们不会考虑这些问题，因为将繁杂的数据融入设计以及塑造一个漂亮时尚的形态已经够费力了，而且教科书上不也是这么要求的吗？我们的先人们不也是通过一系列实践从而得出了设计所该做的事吗？关于我们先人的问题很有意义，因为我们这个时代的人总会在潜意识中把这个时代当成是比较完善的时代，也许是出于希望，也许是出于生活在这个时代，但我们是很难将历史与未来与现代当成等同的时代。我们比起怀疑做的更多的是确定（因为实际生活中比起前者更需要后者），所以我们想要取得进步很难。

继续书架的话题。刚才我们谈到设计师认为问题已经被解决，因为从刚才关于使用的关系中可以很明显地看出我们已经满足了人对书架所能要求的大部分。但是这个结论来的太突然，就像前面关于手机的叙述，我们的年轻人在有了娱乐功能如此强劲的工具之后便爱不释手，以至于很难再会去理会那些看起来就让人不想去翻的书，所以即使我们的年轻人即使购买了这样一套书架，他可能对它不管不顾，整天沉迷于其它东西，然后固定时间的书架打扫以及“时尚美丽”的造型所带来的清洁死角反而会使他对这个书架产生厌恶之情。结果无论是测量、设计甚至材料都变成了不必要的浪费。也就是说，事情完全可能不会按照我们预定那样的发展，设计思想虽然看起来很“美”但是在实际运用中却可能会导致与我们思想相悖的结果。

有关人体测量的“实例”介绍完毕后再让我们来看一看有关人机工程学的心理方面的内容。秉持着“机宜人，人适机”这一观念，我们致力于做出能让用户感到更加舒服的设计，而这里的舒服就是一种心理上的概念，于是设计开始借鉴心理学的内容发展出了符号学、认知心理等内容。主要的目的是为了使得产品看起来更“美”，这里我想说的同上面一样，“美的东西是好的，好的东西是我们要的→美的东西是我们要的”，这么一个推理成为了很多设计师的潜在信条，因为它看起来很正确，但是什么是“美的东西”？什么是“好的东西”？什么是“我们要的”？如果你这样提问，我估计没有人能给出准确的答案，甚至会出现彼此互相矛盾的情况，那么我们在此时还可以放心地用“美”来当作我们的批判标准吗？这只是理论层面，从实际层面来看，就如我上面所说的书架的例子，也许那个书架可以称为美的，但是它在实际生活中的表现却不尽如人意。从心理角度来对设计做规定的还有一种信息传达，它的思想是将某些思想如传统文化通过它们的形式中的某些元素表现出来，就如同我上面所说的一样，我们将本来是设计师们希望通过解决实际问题的途径当成了目的来完成，而在学生的学业的衡量标准上，这种途径的完成度已经取代了对实际问题的解决程度来作为学习好坏的标尺。

从理论层面上说，我们的问题似乎来自于对于人的看法的固化，所以我们对人，对设计的看法自然要有所改变，我在这里介绍一下我自己所设想的一些概念，在下面对问题的分析中会提及这些概念。想象式与理性式：你是否会有时不想学习？是否会有时学了一会就觉得学不下去了？会不会沉迷于网络论坛或者其它什么而无法自拔？

二、新概念的提出

我对这些现象提出来一个假设性的解释，首先让我们来看一看学习过程中在我们身上究竟发生了什么，我还要先假设两种不同的学习状态，一种是因为主体对于所学的内容有着极度强烈的好奇心，可以说是主动学习，我们称其为初始状态A，另一种是被迫学习，且主体对于所学的内容的好奇程度极低，低至不足以引发学习行为，我们称其为初始状态B。

在A状态时，我们会产生强烈的学习欲望，有了欲望，我们自然就会去学，这时他的目的是获得想要的知识，无论主体有没有考察过学习的方式，他都会对学习的结果进行评价，那么只要知道学习方式与结果有关，他都会尝试去寻找更好的方式，所以现在，寻找方式成为了目标，但是因为获得知识的目的是先发生的，且这个目的由生理（暂且称为生理）欲望所引发，所以在有了新目的的同时，它仍然可以想起前一个目的，并且在完成了暂时目的后，又仍然会回到第一目的上来，这时第一目的等于是受到了强化，而且思考的心理过程现在可以看成是由意识接受目的信息，然后传递给潜意识，接着由潜意识给出记忆材料传递给意识成为经验材料，或者潜意识可以对经验材料进行有目的的组合再传递给意识，也就是说，我们所谓的“突然冒出来的想法”实际上可以理解成是接受了意识传递的目的的潜意识经某种组合后传递给意识的经验材料。那么，当我们获得了知识后，会进一步刺激好奇欲望，使得第一目的再次被强化，而我们的大脑也会源源不断地提供可以满足或刺激欲望的经验材料给我们，在没有外来因素的影响下，这个过程可以一直持续下去。（如果你想问大脑的休息问题，我会告诉你这属于学习方式中的内容，理性的人会懂得如何高效率地利用大脑。）从大脑所产生的经验的从属范围来看，这些经验都是用于达到目的，也就是说会被约束至达到目的这个过程的附近，我把这种状态称为理性式。

在B状态时，我们又是个什么状况呢？因为此时我们被强迫学习不感兴趣的知识，而且这个压力大到很难反抗，那么我们会去学，但生理上是什么情况呢？我们的行为虽然是学习，但是我们的欲望却是脱离这种状态，这样又会导致怎样的结果呢？在这里我同样要区分两种状态，那就是有着强烈的虚荣心的状态b1和有虚荣心但还不会强烈至引起学习行为的状态b2，在b1状态下，生理上虽然有着脱离这种不“舒服”状态的欲望，但生理上同样有着不想被人看扁甚至要超越其他人的欲望，因为后者比前者强烈，所以行为自然会被有这个欲望所带来的目的约束，主体会想方设法超越别人，同状态A一样，行为和经验都会被约束至实现目的的这个过程附近，我虽然不认为这样的过程是好的，但从这个角度来看，它也属于理性式的范畴。

现在占最大多数的人的状态，也就是b2状态，就如上面所说，这是一种矛盾的状态，学习和不学习两种过程都会有，这样对于主体来说，在压力比较大时，他会在表面上作出学习的样子，也许在学习过程中会产生一些好奇或者虚荣的欲望以助过程的继续，但欲望的不够强烈却注定了脑内所想的经验不会完全被约束在目的附近，这时就会出现一种类似“忙里偷闲”的状态，也就是脑中所想象的内容偏离了目的，而是其它满足机体欲望的内容，从原因上说，可能由于目的的不明确导致意识中的判断标准时刻发生变化从而使得潜意识所受到的信号不从属于一个目的，所以反馈的信息的种类比较杂乱。而当外部压力变小的时候，比如上了大学的时候，可能引起机体欲望的事物种类变得更加复杂，而潜意识传递的信息种类也就越来越复杂，而且在表现上是越来越乱，且很难恢复经验约束在实现一个确定目的的附近的状态。我把这种思维经验复杂度高，方向不明确的思维状态称为想象式。这种思维从有序向无序的转变类似于热力学第二定律，即混乱度会越来越大。保持有序所消耗的能量大于无序，这可能是机体难以从想象式转化至理性式的原因。从大脑所产生的经验的从属范围来看，想象式的思维模式中经验从属种类一直在变，当机体对很多种类的信息都感兴趣时，就会发生前一分钟还在看这一类的话题，后一分钟就换成了另一个话题，这样下去的结果就是这种行为被强化，主体的行为模式越来越靠近这种模式，即在无主要目的的引导之下，注意力也一直在不同的地方不停地跳转，再想变成理性式却因为没有足够的动力来源（欲望）而无法达到，反而有可能会在主体脑中留下“我办不到”这样的固有意识从而使得转化变得更为困难。

人机工程学椅子分析 篇6

14工设1

张嘉璇

2014094543024 办公椅

该工作椅装有轮子，可以在水平方面上任意移动，并且它能绕轴作360度的旋转，能让使用者随意调整自己的工作角度。除此之外，它的靠背也基本符合人的背部曲线，能带给使用者一定的舒适度。但这款椅子也存在一定的缺点：这款椅子的腰撑不能向前移动，这样就不能保证直坐的坐姿，从而导致人的背部后倾或弯曲而失去理想坐姿。休闲椅

汽车内饰布置及人机工程校核方法 篇7

关键词：汽车,内饰,布置,人机工程

前言

随着汽车工业的发展,人们对汽车的追求不仅仅局限于实用性,而是更加注重舒适性、安全性、便捷性和美观性。而做为汽车的内饰部分,更是驾驶员和乘员的主要乘坐和活动区域,常常处于长时间使用状态,对于车内的舒适、安全、便捷等要求就更加突显。

本文主要从汽车设计开发过程中总布置工作的内饰布置角度分析阐述详细的布置过程,并从人机工程等方面考虑,使之从设计的源头抓起,满足乘员对汽车内部性能的要求,从而使汽车内饰更加舒适和安全。

1、H点的确定

1.1 H点的定义

汽车H点是确定驾驶员或乘员在座椅位置的参考点,是两个躯干与大腿相连的旋转点“跨点”的中心点。是与操作方便性及坐姿舒适性相关的车内尺寸的基准点,是人机工程校核的首要参考点,是一切设计的核心。驾驶员以正常姿势入座后,其体重的大部分通过臀部由座椅和坐垫支撑,一部分通过脚作用于汽车地板上。在汽车的这种特定的约束坐姿下,驾驶员在操作时身体上部的活动必然是绕通过H点的转动。并且H点是确定眼椭圆的基准点,汽车H点还影响驾驶员的手控界面,并且是许多法规项目的基准,也是汽车部分操作性和舒适性设计的基准,所以正确的确立H点对整车设计十分重要。

1.2 H点的设定

在整车坐标系下,确定轮心和防火墙的位置。在这两项基础上就可以大概确定踵点和加速踏板的位置。

H30为驾驶员踵点到H点的高度,H30需根具车辆种类的不同确定,跑车H30值较小,SUV较大,轿车类在跑车和SUV之间。基于以上因素即可大致确定H点的位置,之后再根据各个角度的舒适性经验值微调至H点确定。如图1所示.H点位置确定后,便开始下一步的布置分析。

2、仪表板区域零件的布置

2.1 方向盘的布置

与转向管柱相关的方向盘,气囊等一系列零部件都要基于人机工程学来进行布置。根据设计H点及H点调节范围定义方向盘及转向管柱的其它相关零部件。方向盘中心应在中间H点与转向管柱轴线交点的连线上。

在俯视图中,方向盘中心Y坐标与SgRP点的Y坐标之间的距离最大为15mm。如图2所示。

根据SAE的相关标准可计算方向盘中心位置和倾角,见图3。

2.2 仪表板高度的确定

基于不同身高成员的身体尺寸,仪表板高度即受到高个驾驶员腿部空间要求的制约,又受矮小驾驶员前方下视野要求的制约。如图4所示,根据驾驶员前方盲区大小的要求作前方下视野线Ld,同时与发动机罩和眼椭圆下方相切,则Ld与水平面所成的角度即为驾驶员前方下视野角a。为保证前方下视野的要求,应该使仪表板上方最高点和转向盘轮缘都低于下视野线Ld。

注:汽车驾驶员眼椭圆是指不同身材的驾驶员按自己的意愿将座椅调整到适意位置、并以正常的驾驶姿势入座后,他们眼睛位置在车内坐标系中的统计分布图形,由于统计分布图形呈椭圆状,因此被称为驾驶员眼椭圆,如图4所示。驾驶员眼椭圆的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视野原点基准。

2.3 仪表盘的布置

在侧视图方向,如图4所示,做方向盘轮缘最高处截面下方和眼椭圆上方的公切线L1,作方向盘轮毂上方和眼椭圆下方的公切线L2,则仪表盘应该布置在L1和L2之间,这样能保证90%的驾驶员可以通过方向盘上半轮缘和轮毂、轮辐之间的空隙观察到仪表。连接仪表盘中心和眼椭圆中心的直线L3应平分L1、L2之间的空间。

仪表盘平面与直线L3的夹角一般控制在90°±5。范围内,最大不超过±8°。

仪表盘较理想的布置是将其布置在水平视野的25°范围和垂直视野(在视水平线下30°以内范围)的10°范围内,如图5所示,其正确读取时间为1s左右,这样能够保证驾驶员在较小的空间内迅速、准确地接收信息,并快速做出反映,进行安全有效的操作。当水平视野超出25°时,正确读取时间开始剧增。

视距是指眼睛至被观察对象的距离,人在观察各种显示仪表时,视距过远或过近,对认读速度和准确性都不利,通常视距设置在710～760mm之间。

布置仪表还要考虑人的视觉特征:

①眼睛沿水平方向运动比垂直方向运动快并且不易疲劳;

②视线的变化习惯从左到右,从上到下和顺时针运动;

③人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计要准确得多,因而水平式仪表的误读率(28%)比垂直式仪表的误读率(35%)低;

④当眼睛偏离视中心时,在偏距相等情况下,人眼对左上限的观察最佳,依次为右上限,左下限,右下限。

考虑到以上几个方面,汽车仪表刻度方向的设计基本都从左往右或顺时针的方向进行数量和尺度的增加,以符合人的视觉习惯,此外,考虑到人对各象限观察的效果不同,在布置比较多的显示装置时,应将最重要的布置在人的视中心偏左的位置,以便使用者在识别信息过程中头部不用转动,只需眼睛的快速转动就能够快速的获取相关信息,其他次重要的和不重要的,则可依次按象限的观察效果的排列结合其他设计原则进行总体布置。

2.4 仪表视野校核

驾驶员在观察仪表等显示装置时,其视线会受到方向盘轮缘、轮毂或轮辐的阻挡,在仪表板上会形成盲区。如果仪表和控制件布置在盲区内,就会影响驾驶员对仪表的读识和对控制件的操作,不利于安全行车。因此,必须确定仪表板上盲区和可视区的范围,将仪表布置在驾驶员无需转动头部和躯干就能看到的地方。

方向盘在仪表板上形成的盲区,包括方向盘轮缘形成的盲区和轮毂及轮辐形成的盲区两部分。在计算盲区之前,先要建立仪表板工作面,它应该位于仪表显示面处,且与之平行。

2.4.1 方向盘轮缘盲区的求作

①计算特征盲区。所谓特征盲区,就是选取左右眼椭圆中心点为左右眼点时计算出来的双眼盲区,它是左右眼点单眼盲区的公共部分,如图6所示。某眼点的单眼盲区是仪表板上被方向盘轮缘阻挡而该眼点看不见的部分。以左眼为例,其求作方法是:过左眼点作以系列方向盘上半轮缘的内外切线,这些切线与仪表板工作平面相交得一系列交点,交点围成的区域就是左眼点的单眼盲区。

②计算最严重障碍点。在特征盲区中,最不容易被眼睛看到(考虑头部转动等因素)的点,称为最严重障碍点(C点),它是由左右眼点连线中点出发向方向盘轮缘上的中心点所作射线与仪表板工作平面的交点。

③确定C点运动轨迹椭圆。过方向盘轮缘上的中心点作一系列中央眼椭圆的切线,与仪表板工作平面相交得一系列交点,交点围成的椭圆就是C点的运动轨迹,如图7。所谓中央眼椭圆就是大小与眼椭圆相同,中心位于左右眼点中点的椭圆。

④计算对应95%驾驶员的方向盘轮缘的总盲区。将C点沿其运动轨迹椭圆移动一周,特征盲区随之平动,在仪表板工作平面上扫过的区域便是双眼总盲区,如图8所示。

以下是某车型方向盘轮缘盲区的校核情况,见图9。

2.4.2 方向盘轮毂、轮辐盲区的求作

①确定眼点。自方向盘轮毂中心点分别作左右眼椭圆最下端的切线,分别取左右切点作为左右眼点。根据眼椭圆视切比定义可知,用上述眼点计算出来的盲区具有统计意义。

②计算盲区。过左眼点作一系列方向盘轮毂和轮辐上切线,在仪表板工作面相交得一系列交点,交点连线下方的区域就是左单眼盲区;同理可得右单眼盲区。如图10所示,左右单眼盲区的公共部分即为对应95%驾驶员的总盲区。

3、中控台区域零件的布置

3.1 中控台扶手的布置

中控台扶手需要合适的高度和大小,以便当驾驶员操作换挡机构或手刹时肘部不与其干涉。由于它既是置物盒盖,又是前排乘客的扶手,因此扶手设计的高度需要进行人机工程校核,至少保证驾驶员在驾车过程中,手臂放置舒适性要好。铰链在开启的过程中,全过程的运动分析都要做,以发现配合问题,及时改进。

3.2 人机工程校核方法

扶手高度的计算参数如下图1 1。

中控台扶手高度

3.3 手刹的布置

手刹布置必须考虑手伸范围和操作间隙。先做出最大的手伸限制球体Rmax=735 mm (以肩点为活动中心的球体)。如图12。

将手刹布置在该手伸球体范围内,考虑到手的操作空间,要与周围部件留出足够的间隙。需要考虑的零件包括中控台扶手,中控面板平面,座椅造型,换挡机构,水杯架等。相关的经验数值如图13。

另外,手刹运动过程需在以下区域内。如图14。

4、座椅的布置

座椅的布置主要依据H点的位置与座椅设计的R点重合,其座椅的尺寸和滑轨行程的选择主要依据以下因素。

依据大量调研数据,得出座椅尺寸的舒适范围为座椅的坐垫深度4 8 0～5 5 0mm,坐垫宽度3 50-5 5 0 mm,座椅靠背设计角度为2 0～2 7 d e g,坐垫压缩量为2 0～4 0 mm,靠垫压缩量为1 0～2 5 mm。

座椅滑轨行程舒适度范围为微型轿车160-180mm,小轿车180-200mm,中型轿车200mm左右,大型轿车≥200mm。图15为某车型座椅布置图。

5、总结

本文利用汽车人机工程学,SAE标准、RAMSIS,CATIA软件等方面的知识阐述汽车内饰主要件的布置及人机工程的校核方法,对布置方法进行了总结和研究。在整车开发过程中,要依据布置校核方法,同时结合经验与调研分析的结果进行设计。并在设计过程中,重视验证和主观评价,会使设计更加趋于合理和人性化,为一款新车的设计从源头打下良好的基础。

参考文献

[1]周一鸣、毛恩荣编著.《车辆人机工程学》.北京理工大学出版社.1999年12月.

[2]吴亚良编著.《现代轿车车身设计》.上海科学技术出版社.1999年3月.

人机工程学教学改革的探索 篇8

关键词:人机工程学;教学改革;教学方法;教学内容

人机工程学是工业设计、工业工程专业的核心课程之一,也是机械、电子、车辆工程等专业的学科选修课,在课程教学中,一方面要系统地给传授学生人机工程学的基本概念、理论、方法和技能,另一方面还要注重培养学生的综合运用知识和创新实践的能力。通过对人机工程学课程的教学实践和研究,我们根据该课程的特点和教学目标,结合课程内容,采用了一种理论与实践相结合的教学模式,以课堂教学为载体,改变教学内容,激发学生的创新热情;改革教学方法,建立研讨式的教学模式,积极引导学生进行创新思维;在课堂内、外与学生展开交流讨论,张扬学生个性;结合工业设计的专业特点,积极引入最新的设计成果,使理论的转化既快又直接,取得了较好的教学效果。

一、教学内容的研究

(一)教学内容要有明确的目的性

人机工程学是工业设计专业重要的专业基础课之一。它通过介绍与工业设计相关的人的结构、生理和心理等基本特征,研究人、机和环境之间的相互作用,使人机系统最优(见图1)。其理论方法可为设计中考虑“人的因素”提供人体尺度数据,为设计中“机的功能”合理性提供科学依据,为“环境因素”提供设计准则。学习本课程的目的是使学生具备以人为本的设计思想,掌握人机系统设计的一般方法,在明确系统总体要求的前提下,分析和研究人、机、环境3个要素应具备的功能及其对系统总体性能的影响,寻求人机系统最优组合方案,并能应用人机工程学知识指导具体产品的设计,使人机系统安全、高效、可靠。

(二)构建课程框架体系

教学内容的选择和编排要符合教学规律,要按照一定的程序将完整的知识教给学生以保证教学的系统性和循序渐进性。人机工程学是一门交叉性的学科,是人体科学、环境科学、工程科学交叉渗透的产物,是一门新兴的边缘学科,涉及的范围较广。它的研究对象是人、机、环境系统,我们将课程也分为4大模块,人的模块、机的模块、环境模块和其他。而其中的重点是“人”,所以在课程安排上围绕“人”的因素来展开,首先通过人体测量与数据应用来了解人体的生理结构和测量数据的具体应用方法,探讨人的设计心理学在设计上的应用;从与设计有关的“中枢神经系统”、“感觉系统”、“运动系统”3大系统的特点来讲述其与设计的关系及应用方法;机器模块主要是“显示系统”和“控制系统”为主的人机的信息界面设计;环境模块主要是与人和机器有关的环境因素,如热环境、光环境等。其他模块主要研究人机系统的总体设计、事故的成因等。通过以上模块的教学给学生构建出一个清晰的课程框架体系,从全方位把握课程内容,强化各部分的内在联系和整体性,形成一个相对合理的课程体系框架结构。

(三)教学内容动态更新

人机工程学近几年在我国的发展十分迅猛。随着人机工程学研究的深入以及人们认识上的提高,在学术界和企业界都取得了很多成果。因此在课程教学过程中,要紧跟时代的发展,在教学内容上不断更新。一方面要不断把人机工程学理论研究的最新成果及时纳入到教学内容中,让学生充分了解当前发展的新动向和新趋势;另一方面将教学与科研相结合,及时将教师本人和他人的科研成果转化为教学内容,实现了课程教学内容的动态更新。再者紧密联系人机工程应用的最新发展,用案例的形式向学生介绍,如网上资源、学生作品、毕业设计、教师制作等,及时穿插入日常的教学活动中,丰富课堂的教学。在教学过程中还要依据学生的不同情况与需求,进行适当的调整。如工业设计专业的学生来源有两个方向,一个是工科的,一个是艺术类的,对于这两类学生在教学过程中要有不同的侧重点,针对学生思维活动方式的不同以及所掌握的知识的不同进行适当的调整,在教学模块上进行变化,增加不同的内容,与学生的特长相结合,使课程的作用发挥到最大。

二、教学方法的实践

在教学过程中,针对不同的教学内容主要采用了以下几种教学方法。

(一)以教师为主体的讲授形式

对于基本原理和基本概念的学习主要采用讲授方式,原理和概念一般都是比较枯燥、抽象的,在讲授的过程中注意引导学生从各种不同的角度深入理解,帮助他们理清楚概念的基本构架,掌握其内在的含义,从而改变了学生死记硬背的学习方法,也培养了学生富于思考和综合理解的能力。讲授中要注意将抽象的内容用形象的方式进行传达,将枯燥的理论用一种新颖的表达方式呈现,从而引起学生的兴趣,强化记忆效果。如在讲感觉和知觉时,用了“瞎子摸象”来说明感觉和知觉的区别与联系,学生很容易就记住了。在理论讲授中结合实物直观来配合,即用不同的实物通过学生的实际操作来体会原理的具体应用。如在讲授控制装置的布置原则时,用几种不同布置方式的摇控器让学生进行操作,并提醒学生注意其操作过程,然后再讨论在布置时应该注意的问题,总结出布置的原则。这种原则是由学生在思考过程中自然产生的,所以对于原则的理解更加深刻。人机工程学的知识系统性较强,并且作为一门交叉性的学科,涉及的知识面较广,所以在教学过程中要注意与其它学科的联系,在讲授时要注意促进学习的正向迁移,使知识的理解更深刻,对于学科的知识有一个整体上的认识,学习的知识能以一种更稳定的形式存储,提高问题的解决能力。

(二)师生互动式

在教学过程中,根据教学内容创设问题情境。由于人机工程学与我们的日常生活关系较为密切,所以在教学过程中,一方面结合教学内容提出一些常见的问题让学生思考,这些问题一般是我们司空见惯,然而又没有进行过深入的思考,或尚未归结出错误的原因的,让学生进行广泛地讨论,并适时把握讨论的方向,最后总结出问题产生的原因及解决方法,加深对相关知识的理解。如给出市场上的两种电磁炉的控制面板,让学生思考在设计中存在的问题,由此还引发出了上市场找缺点的一个高潮。另一方面根据教学内容布置一定的作业,在学生完成作业的过程中发现问题并及时给予指导,由于是在实际的制作过程中发现的错误,便于了解学生对知识的掌握情况。展示作业让学生对作业进行评论,并就一些普遍性的问题展开讨论,利用作业的讲评来完善教学内容。在讲评过程中,由于相互的激励往往会产生一些新颖的想法,课堂气氛热烈,互动效果很好。

(三)案例教学式

结合典型案例和综合性案例进行讲解。通过对具体案例的评析、讲解和讨论,使学生理解其中所隐含的人机工程学知识和设计原理,掌握相关教学内容和设计方法。案例的选择要有一定的深度和难度,能体现相关的知识点或原理,存在着从多方面进行分析的可能性。一般案例的选择是国内外的优秀的作品、学生作品、教师作品等,内容一般是与学习、生活密切相关的、学生比较熟悉的产品。通过对案例的研究能领会到理论应用的条件和环境,激发学生对人机工程学课程的好奇心、求知欲和探索欲,促使学生产生浓厚的学习兴趣,以开阔学生的视野,拓宽学习的思路。有助于学生举一反三,培养其分析问题和解决问题的能力。

通过上述3种教学方法的结合,可以有效地将理论内容的传授与实际中的应用进行有机的结合,针对工业设计专业的特点,在平时练习和毕业设计中,强化人机工程学的应用,指导大学生参与科研工作,在具体的实践中体会理论的应用方法,并将这些成果不断转化为新的教学内容传授给下一届的学生,取得了不错的成绩。

三、与现代化教学手段的结合

(一)课件的设计

人机工程学的内容繁杂、信息量大,传统的教学方式不能有效地解决这个问题。而采用多媒体教学,可以灵活运用多种直观形式如文字、图形、声音、视频等,将传统教学中的各种信息表现出来,在较短时间里,让学生的各种感官并用,利用多种信息渠道,提高对信息的吸收率,加深对知识的理解。结合多媒体的教学,通过精心设计的插图、声音、视频等,使知识简单、直观、明了,将抽象的理论形象化,所以对于人机工程学来说,制作多媒体课件是达到良好教学效果的一种途径。课件的每一章都要依据章节的特点来确定其结构与布局、色彩的搭配、界面的表现形式等方面的内容。使重点和难点突出,知识点易于理解,并加深记忆。在课堂教学来检验课件的效果,根据学生的反馈信息,再将课件加以修改,从而使其达到最优。并在此基础上推出了网络课程,实施远程教育,方便学生适时查看课程内容并通过大量的练习来强化知识,并在网络课程中补充了大量相关信息,如案例分析、精品文章、名人名作等,为学生详细讲解案例,推荐课程相关精品文章及名家作品,内容涵盖全面。以此确保学生在网络学习中不仅掌握了本课程知识,并且通过对相关信息的摄取极大地大扩充了知识层面,从而达到有效地辅助课程学习的目的。

(二)教学方法

在运用多媒体教学时同样要注意言语直观。大部分多媒体课件使用者只利用鼠标或键盘控制演示内容,忽略了通过教师的授课形体、语调、表情和动作来提高学生的感知效果。反而不能与学生进行更好的沟通,缺少了在课堂上面对面的互动。另外在课件的演示过程中要把握好节奏,有张有弛,给学生留下思考的时间。

参考文献:

1、汪惠芬,刘婷婷.“人机工程学”课程教学模式探索与实践[J].中国制造业信息化,2007(9).

2、王兴凯.设计基础课程——人机工程学教学探索[J].艺术与设计,2008(7).

3、高等教育心理学[M].华东师范大学出版社,2006.