汽车机构的人机工程学优化

汽车机构的人机工程学优化 汽车机构的人机工程学优化 第22卷第2期 2010年6月 宁波工程学院 JOURNALOFNINGBOUNIVERSITYOFTECHNOLOGY Vol_22No.2 June.2010 汽车机构的人机工程学优化 王涛,唐磊 (1.宁波工程学院,浙江宁波315016;2.浙江纺织服装职业技术学院,浙江宁波315211) 摘要:人机工程学对于机械产品设计的重要性越来越被人们重视,现代社会汽车广泛地得到普及应用.汽车机构 是一项人性化要求比较高的部件,目前国内市场上由于汽车座椅等机构而产生的安全隐患问题也比较多,本文对人体感 觉功能与驾驶机构设计关系的协调从人机工程学角度进行了浅显的讨论,对驾驶机构的合理性,座椅的高度可调性,舒 适性方面提出了一些见解和改进意见. 关键词:人机工程;汽车机构;座椅;安全隐患;改进 中图分类号:U471.3文献标识码:A文章编号:1008—7109(2010J02—0050,03 1引言 安全人机工程学是安全工程学科的一个十分重要的环节,它是一门运用系统科学理论和系统科学 方法,正确处理人,机,环境三大要素间的关系,研究人,机,环境系统最优组合的工程技术科学.人机工 程既是一种设计思想和理论,同时也是一种有效的系统综合设计和评价技术.安全人机工程学在安全 工程学科中的主要作用是通过人一机一环境相互关系的研究为系统中的人创造最佳的作业条件和环 境,使人的作业安全可靠,失误减少,减少疲劳,从而提高作业效率,保证系统的安全,同时安全人机工程 也为事故的系统分析,事故的预防以及安全决策提供理论依据.汽车座椅是一项在整个汽车设计中,看 似容易被忽略,但是却对驾驶员及乘客的安全存在着重要影响的部件,所以在设计中从人机工程学的角 度出发,不断针对由座椅而产生的安全隐患改进措施,是提高驾车安全性的必然要求. 2驾驶机构常见问题的分析及改进 2.1人机匹配问题 人机匹配是指人的特性与机器特性的适当配合.对于驾驶室来说操作空间应与人体外形测量尺寸 相适应;操作机构应与人的形体和最佳用力范围相适应,指示仪表及信号应适合人的视觉,听觉和触觉 的常规要求等. 操作机构是人将信息传给机器的工具.因为人输出信息的部位(口,手,足等)不同和操作要求不 同,所以操作机构的种类也很多.汽车上的操作机构比较多,有方向盘,离合器,油门,制动器,等等.在 设计时要考虑汽车的动作方向,阻力,速度和安全等因素.如果操纵机构的运动方向与被控制对象的运 动方向及仪表显示方向保持一致,操作就会准确及时;也可简化培训过程,改善调节的速度和精度,并减 少事故.操作机构存在摩擦,弹性,粘性和惯性等阻力是必要的,这可以产生"操作直接感觉",使操作 连贯,减少振动和过载造成的干扰,保证操作控制的准确性. 设计时应使汽车操作机构与仪表显示的位移有合适的比率.在仪表指示设计中,视 觉显示装置最 多.人的正常视距为46em,71cm,视角为39.一41..仪表应设置在操作者正面视野内,最佳视距为 50cm一55em;重要仪表不得超出40.视角的范围,常用仪表必须在30.视角内.仪表高度最好与眼睛相 平,上下视线在l0.一45.范围内.指针刻度间距摆角不得小于10.,指针的宽度为1.Omm一2.5mm,并 收稿日期:2010—02—20 作者简介:王涛,男,宁波工程学院机械工程学院. 王涛唐磊:汽车机构的人机工程学优化51 应贴近刻度盘表面,以减少误差.当有多个仪表并列时,其正常位置变化所对应的指针方向应该相同, 闪光信号不要太多,闪光频率以0.67Hz一1.67Hz为宜. 由于作为人机系统主体的人有易出错误的特性,除通过训练提高其可靠性外,在操作机构和指示仪 表设计中还需采取安全措施,以防偶然错失而造成严重后果.预防方法很多,常用的有顺序自锁,锁定, 阻尼,槽卡,定向,定位等物理方法. 综上所述,当总体设计时就应考虑以下几点:?1.60m一1.90m身高的驾驶员操作位置有最佳选 择,既有合适的操作空间,也有足够的自由空间;?转向机构,液压操纵杆,制动器和踏板等操作机构的 排列布置,对于驾驶员应是最方便,最舒适的区域;?应有与机器性能相适应的操作特性和制动力最佳 值范围,为改善操作进程,可配备导向辅助装置;?操作者的脚,头,手臂各部位有足够的运动空间,坐姿 应符合人体解剖学和生理学特点;?减少车辆的振动性及对操作者的噪声危害,要降低和控制振动源和 噪声源的强度,必要时可采取个人防振和防噪措施;?在操作者所期望的最佳视野, 要使视线不被大体 积货载遮挡,必要时可偏置操作者及助手的座位.应特别指出,良好的视野状况意味着操作工作的安全 可靠性,也关系到操作者的舒适程度. 2.2人机功能分配分析 机器的自动化和智能化使其操纵复杂程度提高,对操作者提出了严格要求,操作者的人体功能限制 也对机械设计提出了特殊要求.在汽车机构的设计和使用中,这一点体现的尤为明显.人机结合的原 则改变了传统的只考虑机械性能的设计思想,提出了同时考虑人与机器两方面因素,以获取最佳技术经 济效果的设计思想. 人体的功能动作具有对称性及协调性.在对汽车机构操作动作的设计中应使操作简便,连贯,协调 和省力.通过人机结合的合理设计,有效地提高系统效率.通过对人体特性和机器特性的权衡分析,将 人机系统的不同功能恰当地分配给人或机器,称为功能分配.功能分配在汽车机构设计中是提高效率 的关键,例如设计时应考虑人的姿势不同,所能付出的力量也不同;拉力大于提力,提力大于握力,膝部 屈曲160.时蹬力最大.此外还应考虑人体无条件反应时间为0.1s,0.15s等. 纵观人类机械设计史可知,造成产品与人体能力之间不甚协调的基本原因有两个,一是在作产品设 计时,对人机协调性不够重视,没有认真对待,而是强调人体如何去适应产品.由于人的能力是有限的, 对产品的适应性也是有限的,所以就不可能达到期望的人机协调性.二是人类对自身生理特点的认识 在逐步深化,认识肤浅时则不能提出作为产品设计的约束条件.随着科学技术的发展,使人们从正反两 方面的经验教训中认识到人机系统协调关系的重要性. 综上所述,人机功能分配时设计汽车机构就应考虑以下几点:?要求付出的体力必须保持在人体生 理上可以承受的限度内,必要时可采用技术性的辅助手段;?身体的运动应符合自然的运动规律,付出 的体力应与人体的活动状况相适应;?不得因姿势不当而给人体肌肉,关节,韧带以及心血管系统造成 不必要的负担;?显示仪表的选择设计和布置应与人的视觉,听觉和触觉等察觉能力相适应.此外还应 注意控制按钮的操作力应适当,当手或手指的静重力作用于按钮上时,按钮不应动作,但也不能需要施 很大劲才能使按钮动作(在设计喇叭按钮时就应该注意这一点).只有认真考虑人的因素,才能提高操 作的准确性和可靠性,才能充分发挥人及汽车机构的功能. 2.3环境对人机系统的影响 人机系统是在特定环境中进行工作的.环境对人机系统的工作效能有很大影响;人机系统对环境 也有具体要求.特别是作为系统主体的人,对工作环境的要求更为苛刻.为了保持系统的高效率,可靠 性和持久性,单从不伤害人体的角度来创制环境是不够的,还必须考虑操作者工作的舒适性.在汽车机 构的设计中,这一点也尤为重要,车上人机系统的工作环境是多种多样的,道路状况的影响,还有温度, 光照,振动及噪声等几个方面. 温度环境包括温度,湿度,风速等因素,表示方式主要是有效温度(ET),操作温度(OT),四小时汗 率指数(P.SR)和湿干球温度(WGBT)等.人体主观感受的舒适温度与人体主观条件(运动量,穿衣多 少,耐热能力等)有关.客观标准的舒适温度是生理学和医学上认为于人体最适宜 的温度:工作时为 19~C,2l?.休息时为25?,29%.标准温度为21?3cI=.在"工作温度"下,操作者可以安全,健康, 52宁波工程学院2010年第2期 有效地工作,故又称为"允许温度".工作效率与温度和湿度变化也关系密切.当温度为20~C,湿度为 50%时,工作效率为100%;当湿度不变,温度升高至25cI=时,工作效率下降至80%;当温度升高至 40~C,湿度为80%时,工作效率下降至65%.在汽车的机构设计中,现在已经充分地考虑到了这一点, 所以车用空调普遍成为标准配置,只是如何更智能的调节是我们期待的方向. 工作环境的光线照度与人的感官疲劳和精神疲劳密切相关.人有舒适度感的基本照度要求是 100Lx,一般工作场合为200Lx,精细加工车间为500Lx.照明光线应均匀,无眩光,光色合适.对于汽车 特别要注意,司机室应有遮阳装置,避免太阳的直接眩光,并要避免镜面,台面强反射眩光.当几面开窗 有多个眩光时,应采用控光玻璃来减弱相反方向的入射光,手和身体在台面上的阴影不要造成干扰,以 免引起不舒适感觉,产生过早视觉疲劳,工作效率降低和活动能力减弱等状况.人体是一个弹性系统, 有自己的振动特性(以4Hz一8Hz,10Hz一12Hz,20Hz,25Hz为第1,2,3共振峰),人的各个器官也有自 己的共振频率.例如眼睛的共振频率为20Hz一25Hz,头为25Hz,30Hz,手为30Hz,40Hz,内脏为5Hz 一 8Hz,神经为245Hz一250Hz.振动会使人不舒适,降低人的视觉和操作效率,增多失误,尤其发生共振 时,可能造成人体疾患.汽车机构设计时,振动难以避免,所以要通过测试检查,并在 设备结构和元件上 采用隔振,吸振和缓冲减震等装置,避免达到生理临界范围的机械振动和将冲击传至人体. 噪声对人体健康有严重危害.车载噪声主要是由发动机产生的.噪声会使听力下降,注意力不易 集中,反应迟钝,容易疲乏,不仅使工作速度受到影响,而且会降低工作质量.如果噪声级超过85dB,将 会危害人的神经系统,心血管系统,消化系统和内分泌系统,产生神经衰弱和高血压等病症.所以,设计 时必须考虑降噪和防噪问题.我们经常采取如下几项措施:?采用能够吸收噪声的材料和结构,尽量吸 收掉一些噪声能,降低噪声;?利用隔声板,隔声罩,隔声管道和消声器等坚实的材料或装置隔离噪声传 播的通路,控制噪声;?对于振动较严重的噪声源,可采用弹簧,橡胶和气垫等元件减少振动力的传递或 者在振动表面覆盖以阻尼材料,降低噪声辐射率.在汽车机构设计的减噪和防噪设计中采取何种措施 为好,要在仔细检测的基础上,根据噪声源和传播途径有针对性地选择,而且必须兼顾技术可行性和经 济性,以获得理想效益. 一 辆汽车就是一个庞大而复杂的系统,随着科学技术的不断进步,人们对于汽车提出了更多的苛刻 要求.从人机工程学的角度出发来进行汽车机构的设计及改进应该是今后汽车设计的发展方向所在,相 信经过不断的努力,必将使得汽车机构的人性化进程向前大步的迈进. 参考文献: [1]刘东明,孙桂林.安全人机工程学[M].北京:中国劳动出版社,1993.1 [2]孟少农.汽车设计方法论[M].北京:机械工业出版社,1992.7. [3](日)小田柿浩三.汽车设计[M].北京:机械工业出版社,1999. OptimizationofMan—-machineEngineeringofAutomobileComponents WANGTao,TANGLei (1.NingboUniversityofTechnology,Ningbo,Zhejiang,315016,China;2.ZhejiangTextile&Fashion College,Ningbo,Zhejiang,315016,China) Abstract:Theimportanceofman— machineengineeringinthedesignofmechanicalproductshasbeenrealized b'moreandmorepeople.Atpresent,automobilecomponentsincludingautomobileseatonthedomesticmar' ket,relyingheavilyonhumanization,havecausedquiteafewproblems.Thepaperdiscussesthecoordination betweenhumansensoryfunctionanddrivingmechanismdesignfromtheperspectiveofman--machineengi-? neeringandproposessuggestionsforimprovementinthewayofrationaldrivingmechanism,highlyadjustable andcomfortableseat,etc.. Keywords:man— machineengineering,automobilemechanism,seat,safetyloophole,improvement