人机工程在汽车驾驶室设计中的应用研究吉林工业大学刘金秋呈红五,呈曲五。呈盯一丑,工红五且五五皿且,卜,恤五五垃五企五王一〔摘婆〕分绍了人机工程在汽车驾驶室没计中的应用探讨了驾驶室内显示仪表和提纵器的设计与布置原则介绍了驾驶室内座椅作业空间和作业环境的设计原则及人一汽卒一环境系统的分析评价方法主题词驾驶室设计人一车系统应用要求一就前言机器和环境的设计要考虑人的因素,即要适宜于人体尺寸生理和心理特性适人机工程是本世纪五十年代迅速发展起宜于人的使用和操作给人创造一个舒适来的一门新兴科学它主要研究工程技术设安全可靠的工作环境保证高效率工作也计如何与人体尺寸生理和心理特性相应的就是说人机工程所要研究的任务是建立最问题因此又称宜人设计法人类工程学佳的人一机器一环境系统及人体工程学等人机工程研究的最大特点典型的人一机器一环境系统如人驾驶是把人看成是系统中的一个组成元素以汽车在道路上行驶时所建立的人一汽车一道人为主体来详细分析人与机器之间的相互协路系统图在该系统中当驾驶员通过调的工作使整个系统工作达到最优化这操纵器启动机等向汽车输入信号汽车式滤清器才参与工作进油限压阀的结构一般采用柱塞阀不采用球阀因为当进油压力达到设计压力时球阀即打开此时波压下降弹簧又将球阀推回这样球阀就来回振动所以使转子达不到设计转速下轴承如图所示在底座上限压阀密封面距离垂直油道的边缘距离,在保证密封的转子体前提下应尽量短以确保在设计压力下及上轴承时打开限压阀使转子很快达到设计转速此外底座上的密封面与柱塞阀相密合处设止推座计成锥角当在设计压力作用下使阀左移与垂直油道边缘平齐时因阀上有锥角所转子轴以已有一定的通道面积有足够的机油进入,使转子总成能够达到设计转速汽车技术考虑驾驶员与作业空间作业环境的关系,以给驾驶员创造一个舒适安全的工作环境这就是人机工程在汽车设计中的应用机镶。境压凉藕操纵器二则驾驶室内显示仪表的设计原蔽屯生三月品图人一汽车一道路环境系统简图为使人一汽车系统能稳定而高效地工作此,人与汽车之间的信息传递必须充分因设计或选用显示仪表时必须考虑人的启动汽车的各种仪表显示汽车工作状况及而后人的感觉器官,视觉特征读当人的生理和心理特征确保驾驶以防误视道路状况作出决策眼,耳等判断并员观察迅速误操作首先准确而不易疲劳接受这些信息再经过人脑的分析如果需要变动操纵就用运动器视角视距及显示的大小应适官构手和脚。的肌肉力操纵汽车的操纵机三者的关系可用下式表示一·以变动操纵汽车又按照新输入的信号,进行工作如此不断地循环下去就能保证人一汽车系统协调的工作翻了在人驾驶汽车的过程中关系人的感官器官和显示仪表之间发生了人操纵方向盘加速踏板等的肌肉力,和操纵机构发生了关系改善这两个关系—视距—显示值—一般人的正常视距为高的视角为式中视角视觉效率就是改善人一汽车关系的关键最佳另外还要最佳左右图、示出了人水平最佳最佳。最佳派大合豁妞’图扩幻吉最杜公最大眼睛和头作水平转动时的最佳转动头转动眼睛适用视野范围同时转动眼情和头转子轴由中碳钢制成至中等硬度后拭经调质处理即可满足滚制螺纹的工艺要求又可满足强度和耐久性要求,转子轴是一种中空的薄壁件日忌用高频淬火因为高,夕、分男异图州频淬火易使零件变脆和产生裂纹致使转子轴在工作时容易发生断裂外罩飞出等事故为防止转子轴与底座松脱“”采用了粘合剂涂在下端螺纹上再将轴旋进油限压阀入底座上垂直油道待粘合剂固化后二者能牢固地联贵任编辑宜弹簧进油口,进油限压阀接亮年第期姗大夕最佳卫姗大常视城图眼睛和头作铅垂转动时的最佳适用视野范围转动眼睛转动头同时转动眼睛和头和铅垂转动眼睛头时的最佳适用的视野速度不得超过人可能的反应速度操作力求范围从图中可见在视野中心。的范围简单省力以减轻驾驶疲劳,操纵器的外内影像最清楚因此应把最重要的使用形应美观大方手感好等设计时充分考虑这频次最高的仪表布置在此范围内,一般的仪些因素有利于提高操作的淮确性和可靠性表布置在范围内汽车的操纵器一般分手控和脚控两种其次,仪表的排列应适宜于人的视觉特手操纵器通常指方向盘变速杆等由于手性人的眼睛习惯于从左向右从上向下运的动作灵敏准确因此多希望用手控制动和顺时针方向转动仪表的排列应符合这操纵器设计手操纵器时应考虑到手的运一习惯当仪表很多时,应按功能分区排动特点功能及在不同操作条件下的用力状列并且仪表刻度线的粗细长短及间距都况一般人坐姿以手臂操纵杆或手轮的用力应便于视读规律是争右手的力量大于左手,向下的力量仪表盘上还应装有足够的开关和照明装略大于向上的力量,向内用力大于向外用力置以减轻驾驶员的视觉疲劳等例如瑞依据上述时特点设计操纵杆操作角度典斯堪尼亚公司的系列载货汽车其仪一般小于通常为图对于表盘用黑色不透明材料制造刻度盘也采用操作幅度前后方向最大位移一般为,黑色以吸收使驾驶员眼睛产生疲劳的内部左右方向最大位移二操纵杆的长度由照明反射光全部开关都沉装在控制板内操作角度及操作力来确定,当操纵杆标志醒目容易分辫位移还设有能产生各种颜色的微型光学信号仪表用以部装有球形手柄时球体直径一般为检查各总成的端,当零部件的工作状况操纵杆的直径小于机油压力蓄电池充电时引状况差速器锁止状况等另外采用了一会起肌肉紧张而容易疲劳,操纵器操作时最好存在一定些辅助开关,以防发生危险的阻力使驾驶员有操作感以,便于连续操作,一般单手操作时最为了提高行车安全性必须提高汽车的小后方向视野性能力约为对于最大力前。汽车的后视野与后视镜的布置尺寸可调角度及镜面光学特性有关还与人眼视觉规律人体测量的统计尺寸及驾驻员的眼椭圆等有关设计时必须考虑这些因素三驾驶室内操纵器的设计原则操纵器是驾驶员将信号传递给汽车的工具操纵器的设计应适宜于人体尺寸要求和人肢体的用力范围以便于人的操纵操纵图操纵杆操作角度汽车技术左右方向。对于方向盘作定为尺寸图,可以单手也可以双手操又可以自由连续旋转因此,无需明确定位方向盘的轮廓直径刀最大为。二,最小限二,,。二二手握部位的最小限定为二最大为对于施加在方向盘上的力小限定为最大限定为单手操作时最最大为双手操作时驾驶员坐姿时方向盘为宜设置在距离座椅基谁点前叨。,该距离能保证驾驶员发出较大的扭距方向盘的倾斜角对驾驶员施加到方向盘上的力有很大影响证明,,实践图施加在方向盘上的力随方向盘倾角的变化曲线方向盘的安装角度越平缓驾驶员可能施加的力越大活动的个位置方向盘安装角度通常选在便干。图不准选在水平和铅垂两因这两个位置一场二一曰万二多二一、」一嘟少污拼曲厉或卜一一—都不能满足人手工作的条件嘴八日当操纵力超过或者用手操作图方向盘尺寸示意图不方便或者需要连续图,驾驶员施加在踏板上的力尸随座操作时往往使用脚控操纵器如加速踏列垫位置的变化曲线板制动踏板等人脚发出力的大小与人的当操纵器较多时应按功能分组进行姿势脚的位置和方向等有关踏板相对座位置公司形状编码等例如瑞典的斯堪尼亚充分考椅的位置与脚在踏板上所能产生的力的关系见图高度应设置在脚能发出通常踏板如最大力的位置系列载货汽车操纵器的布置虑了使用次数并进行了合理分组等不要超过人可能的反应速度最低为即脚踏板与座椅座垫上表面操纵器的布置还应考虑人的反应时间据试验齐平或脚踏板稍低一些踏板力尸随座垫上表面高度的升高而减小用力,驾驶是由于靠背的反作员从感知信息到开始操作制动器的反应时间制动操作需。改变的缘故踏板相对于座垫表二再加上制动面的最佳位置范围是高度为了减轻驾驶员的疲劳滞后时间那么从感知到信息到产生制动应力求减小驾驶员作用总共约需需要施加在方向盘和踏板上的力操纵器的布置和排列也应适合于人的使用习惯即按照操作次数次序及逻辑关系排年第期四、座椅设计,座椅对舒适性影响很大座椅设计越来越受到人们的重视体的尺寸息姿势合理座椅的尺寸应适合于人驾驶室作为工作和生活的场所,都希望保证人体有良好的作业姿势和休它具有足够的生活空间和较高的方便性从座椅的高度应设计成使人体压分布体且运输货物率或人出发为保证高装载效即人体坐骨关节部位为压力中心不希望驾驶室占据过大的空间因此压最大向外与体位相适应地由大变小驾驶室应设针成具有能满足人体活动且不失避免在大腿后分布压力环不畅而产生脚浮肿以防该部位血液循去舒适性所必要的空伺靠背倾斜角一般为驾驶室作业空间指人体的动作范围置设备等所需空间的总和布左右驾驶员舒适的坐姿所形成的角度设计驾驶室时示于图斜度另外座垫上表面应有一定的倾必须保证其作业空间满足驾驶员手时所需要的空间图脚操作避免大腿产生滑落的趋势座椅和操作器等布置空间图并且操作器应布置在驾驶员手脚方便达到的空间范围岔心口协即口旧口」丫,口口口口口门日口滚门口巴门口国,门门卜下门口口一孰三刁刁户口口口口口日曰大帐望卜口口口阂门门日口口叨门门门门口指日月口日日画画已团四盈口口口囚闪口万柞声血口口励口口口瓜日裱巴口少口口口业图驾驶员手脚的作业空间范围随着长途运输量的增多图驾驶员舒适坐姿时所形成的各种角度重型载货汽车运行时间逐渐延长座驾驶员的舒适作业空间为使座椅能适应不同身材的驾驶员越发显得重要有驾驶员空间目前已有将驾驶室设计成具椅可制成高度例如调倾斜度及纵向位置可调式助手空间辅助移动空间及沃尔沃公司的型汽车座椅高度可纵向位置可调寝室空间形式的能外这种驾驶室除具有操作机倾斜度可调还具有包括睡眠在内的休息机能和移动机能等座椅的结构应能保证发生撞车事故时人体的惯性力传到车厢上全程度置使惯性力减少到安六驾驶室作业环境设计最好设有安全带头枕等保护装驾驶室作业环境主要指驾驶室内的振动噪声温热条件照明及色彩等它对五驾驶室作业空间设计驾驶员的工作效率身心健康及安全等影响较大汽车技术一水平润节皿的八“璐目裙图,。座椅方向盘及加速踏板等布置空间振动减小座椅共振频率以降低对人体最有影响的高频区附近,,,振动指汽车行驶中因道路的凹凸不平而引起车辆的随机振动和车辆本身的机械振动等降低共振时的振动传递率以减少振动通过驾驶室底板座椅及人的脚臀后背传递到人体而产生全身性振动低频区量,降低以下施加于人体的振动能部人体是一个复杂的弹性系统频率同时有它自己的固有附近的振动传递效率当汽车的振动频率与人体固有频率相以减轻弹簧以下的共振左右的影响另外将产生共振使人感到很不舒服的振动最放感试在易和减少来自座椅靠背的高频振动座验表明人体对一椅采用减振弹簧或空气弹簧效果也很好源的振动该频率时振动传递率和生理影响最大恶心及腹痛等降低整车振动如降低发动机等振动隔绝振动的传播使人头晕结果引起疲劳发动机采用橡工作效率明显下降性的影响度为性影响是很大的图座椅传递的振动对舒适可见其传递特性对舒适胶支承驾驶室采用弹簧悬置等噪声及改善整车振动性能等图分别示出了座椅的振动传递系统和座椅的振动传递特性由烦躁和噪声不但影响人们的工作和休息使人可见座椅共振频率为背椎共,讨厌而且如果长期在噪声环境下振和来自座椅靠背的高频振动分别在还会引起头晕头痛消化不良甚至导致,附近为减轻驾驶员承受的振动可高血压等心血管病因此必须采取措施采取如下措施年第把噪声降低到容许限度之内期驶室的四壁和顶棚的薄钢板层阻尼涂料或阻尼浆层结构钢板以及毛吸声材料喷涂或粘贴一夹层为阻尼材料的双棉和化学纤维等多孔性通热条件温热条件包括温度犷、湿度气流及热辐射等条件它影响人的生理心理状态也今赴”影响作业效率为了提高舒适性和工作效率必须使车内温热条件适宜一一一般舒适温度可分为主观上感到舒适的温度和人体生理上的适宜温度两种适宜温度常用下述方法来测定息生理上万人坐着休穿较薄的衣服无强迫热对流,处于正土灭座椅系统振动传递系统地板振动加速度图驾驶员头振动加速度常的地球弓力和标准气压下的温度℃使人感到舒适拉上述方法测定的适宜温度为℃作业时为在此温度下相对湿度为熟各赴哥摺把戈姗招时感到最舒适气流速度为。二如时感到空气清新最近等人考虑到穿衣量进行了有效温度的研究座掩得到舒适温度℃相对湿度现代载货汽车驾驶室大都装用通风和采暖系统车空调器隔热装置等例如瑞典的沃尔沃公司生产的和型载货汽采取了有效的隔热措施可供在各种气二振动叔率厂艺候条件下使用为其地板和发动机罩涂覆厚度的沥青涂层地板上铺有厚度为二二的人造毛毯还装设了空调装置℃时当环境温度为图可保持驾驶室内温度型载货汽车驾驶室空气经纸质滤清器滤座椅系统振动传递特性为清后℃该公司的座椅振动传递率驾驶员振动传递率设有通风采暖装置汽车的噪声随发动机转速和汽车车速的增大而直线升高车速每升高一倍噪声级均匀迅速地输送到驾驶室的个孔道中增大但装载质量对噪声影响很小为了创造一个明快舒适的环境以给降低噪声的措施如下控制噪声源罩等,隔振驾驶员安定的感觉如采用消声器还需要考虑驾驶室内部隔声的色彩和表面的材质通常依据人的色彩心理和作业内容选定色彩如采用减振器例如浅茶色灰减振及隔振色觉些浅兰色兰灰色给人以安定或明快的感材料隔断振动的传播也起消声作用如在驾在色调上顶棚明亮一些地板暗一采用吸声材料或阻尼材料给人以平衡的感觉一一汽车技术断开式汽车转向梯形机构的优化设计武汉工学院一陈家起坦詹明请且邹坚一也主主一砚五日产‘一昭劝皿口〔摘要〕介绍了一微型汽车的后置断开式转向梯形机构推导了外侧转向车轮实际转角尸和转向梯形机构传动角的计算公式并以机构优化设计的方法一型汽车为例介绍了断开式转向梯形主题词断开式转向梯形一优化设计行驶中的汽车在转向时为了减少轮胎磨损和行驶阻力的同一直线示,必须保证通过各车轮轴线在图所作的垂直于地面的平面都相交于垂直地面中以投影点。表上双闷这样从图就可使所有的车轮在转向过程中可以看出都处于无侧滑的纯滚动状态为了满足上述要求内外转向车轮的转角刀一和刀应满足下列关系式式中寿图山—外转向车轮的转角刀—七人一汽车一环境系统的分析评内转向车轮的转角理想的内外转向车轮转角关系图—的信息汽车轴距则在该标志与人的视觉之间又产生了一次对应连接次数按照上述原理求出相同行价目前驶条件下的各种汽车的连接总次数和操作总分析评价人一汽车一环境系统主然后按连接次数和操作次数越少越好要有如下几种方法连接分析法当驾驶员驾驶汽车时的原则评价各种汽车的优劣人要与汽车发生按人的差错进行可靠性分析评价利用可靠性工程方法分析仪表和操纵器联系这种联系称为对应连接当驾驶员右的布置和安装位置对子人是否处于适宜的状态手操作变速杆开动车辆后手又返回原如求出人执行任务时的成败概率然后位则认为手与变速杆进行一次对应连接对系统进行评价如果在这次对应连接中进行三次变速是一次连接三次操作可说当驾按人的传递函数进行分析评价而后驾驶员又把手握在人一机器系统中处于混乱状态给予人的信息刺激在方向盘上则称为第二次对应连接若超过了人固有的响应极限则人的行动将驶员看到了速度限制标志后年第期把它作为接受据此求出人的传递函数然—两主销中心线到地面交点之间杯构可分为整体式和断开式两大类。其中断的距离开式转向梯形机构适用子采用独立悬架的汽从以上分析可知内外转向车轮的转车,当一个转向车轮上下跳动时为了不影角应有一定的比例关系然而现有汽车的响另一个车轮跳动所以转向梯形机构中的转向梯形机构对上述要求不可能在整个转横拉杆应该做成断开式的向角度范围内都得到满足只是在一定范围我院研制的一液压微型汽车就是采内近似地使式成立‘”用后置断开式转向梯形机构它的水平投影为了与前悬架的型式相适应转向梯形如图所示·生,甲厂介睁一一一与产么型汽车图一从图可以看出两转向梯形机构水平投影图点是左和右为左右纵摆臂的另两端与横拉杆中间部分转向梯形臂球头的中心,两点为横拉的球头中心设一,连接各点即杆的断开点球头中心,过两点分别作得后置断开式转向梯形机构图,如图所示左右主销中心线的垂直面与主销轴线相图中断开式转向梯形机构的布置角交于月两点,点为左纵摆臂与转向器‘——在连接转向梯形臂处主销蜗轮轴的铰接点,点为右纵摆臂与车身支轴线之间的距离架的铰接点万刀刀口,且相等分别二—转向梯形臂在过尹水平面的投影后对人一机器系统进行评价二逐些旦按人的氢负担进行分析评价越垦二童静时氧耗量基础代谢量一当驾驶员驾驶某辆汽车时,如果感到肩在人机系统中能量代谢率希望设计成。酸腰痛很不舒服这表明这个人一汽车系一。该值属于轻中体力劳动程度统没有满足人机工程学方面的设计要求不对于体力劳动还可以用心率血压是一个好的人一汽车系统,反之如果驾驶皮肤电反应等的变化来评价负担和疲劳程员感到轻松不易疲劳可称为一个好的人度原理是这些变化都与人的负担和疲劳成一汽车系先据此可用人驾驶汽车时的疲劳一定比例关系和负担程度来评价人一汽车系统的好坏对于人在精神上的疲劳,是通过测量人人的疲劳和负担是由于对人施加了负荷的视觉疲劳闪变值听觉疲劳法斯值而造成的,因此,如果测定出驾驶员操作时脑电波及反应时间等来评价的其原理同体所消耗的能量就可以衡量人的负担和疲劳力疲劳程度对于体力负担亩用能量代谢率贵任编辑梁代魁来表示一一汽车技术
