人机工程在汽车总布置设计中的应用

摘要：在汽车总布置设计中，人机工程占据着重要地位，对于汽车整体性能有着深远的影响，因此，做好人机工程在汽车总布置中的应用对于汽车行业的发展有着积极的作用。本文主要总结探讨了人机工程在汽车总布置设计中的应用，以希望能够对汽车技术的改进和研发提供参考和帮助。

关键词：人机工程；汽车总布置；设计应用

人机工程是二战后新兴的边缘学科，人机工程伴随着汽车行业的发展而不断的成熟，目前，人机工程已经广泛的应用到了汽车开发设计当中。汽车想要获得贴近用户并人性化的设计结果，离不开人机工程设计的应用，当前，我国在汽车人机工程设计方面尚处于起步阶段，尚未形成一个完整有效的设计方法。

1、汽车人机工程设计的主要内容

“以人为本”已经成为了当前汽车开发设计的重要理念，而要实现“以人为本”汽车的人机工程设计首要的就要做到汽车乘车者舒适、安全，驾车者感到操作快捷、方便且不疲劳。由于不同驾驶者的身材差异较大，但汽车的尺寸布置是固定的，因此，要仔细研究人机工程，确保一个操控件能够最大程度的适用不同驾驶者的姿势舒适性以及手脚伸缩性的要求。比如，在进行油门踏板的操作时，矮个子的驾驶者座椅要比高个的靠前些，但是他们在腿和手臂的长度方面差距缺很小，造成身材娇小的女人相比高大的男人更容易接触到仪表板。

目前，汽车人机工程最常用的物理仿真模型为人体模板，人体模板的尺寸是经过多久人体测量数据处理和选择而来。目前百分位是全球比较认可的表达方式，通常百分位主要有三个档次：第5百分位、第50百分位；第95百分位。比如：第95百分位表示，该汽车的驾驶者中等于或小于这种尺寸的人有95%之多，剩余的5%则身高高于这个尺寸。

在汽车人机工程计划中，人体模板的百分位的肯定首要基于计划参数和计划工具的布局特色。人体模板的侧重点不同，例如：第5百分位的人体模板通常用于确定手臂活动的可及范围和脚踏板的位置，而95百分位的人体模板则主要用力确定内部空间尺寸，如腿、脚活动的占有空间[1]。

2、汽车总布置设计中人机工程的应用

2.1、整车尺寸

汽车总布置设计中要充分考虑人机工程是要求，在布置时要本着由内向外的原则，既首先确定车内空间，而后设计行李箱与发动机舱，做到不但确保乘车人员的舒适性和安全性，而且要确保汽车整体性能的前提下，尽可能减少车体尺寸。如汽车采用第五百分位的人体模型样板时，车辆的整体长度要利用眼椭圆做前风窗下沿和发动机舱前端高点以下的盲区结合后风窗下沿高点和行李箱后端高点以下的盲区情况确定，此外，前后保险杠也要注意达到撞法规的规定。控制缓冲部分的伸出长度，太短容易造成安全隐患，太长则产生浪费。

2.2确定最小离地间隙

汽车最小离地间隙的确认，能够为汽车室内空间布置设计提供更加有力的支撑，确认汽车最小离地间隙应结合汽车本身的实际用途参考边石高度的道路建筑规范以及现行关系最小离地间隙标准的规定，综合确定车辆最小离地间隙，汽车离地间隙设计参考值如表1。

2.3踏板布置

由于踏板的使用性比较频繁，因此在布置踏板时要做好长时间操作的舒适性布置，加速踏板未踩下时，要确保踝关节角度大于等于87°，踩到底后踝关节角度要不大于105°。踏板中心高度应该使驾驶员脚部的拇趾点踩在踏板中心位置。加速踏板前后位置在考虑踩踏行程所需的空间后应尽量靠前，以节省空间，加速踏板布置对于操纵舒适性具有重要影响。为了保障驾驶员在踩踏踏板的过程中，踏板的表面能够与驾驶员鞋底有良好的贴合，要结合踏平面角具体确定踏板表面的倾斜角度。当布置完成完踏板之后，要对三种百分位驾驶员的下肢舒适性进行研究分析，在研究的过程中对于女性驾驶员要考虑到穿高跟鞋驾驶的情况[2]。

2.4驾驶员设计H点布置

由于驾驶员乘坐位置必须与整车尺寸相适应，以保证驾驶员良好的前方视野，在概念设计初期就需要将驾驶员乘坐方案确定下来。保障驾驶员前方视野是驾驶员座位设计的首要条件，确定具有极限人体尺寸驾驶员的乘坐极限位置，据此来确定驾驶员群体的乘坐位置分布范围。驾驶员乘坐位置设计不能脱离整车的外形、尺寸约束和性能要求。驾驶员H点布置方案应该包括驾驶员群体的乘坐位置分布范围。对于具有两向H点调节行程的座椅，正常驾驶时有两个重要的设计H点位置：最前位置和最后位置。对于轿车，身材高大的驾驶员乘坐位置通常偏后、偏下，以便于获得良好的前方上视野、降低顶盖高度和避免进出时腿部与转向盘干涉；身材矮小的驾驶员乘坐位置则偏前、偏上，以满足其前方下视野和操作转向盘要求。H点调节范围（包括水平调节量TL23和TLl8，以及垂直调节量TH17）根据5百分位女子和95百分位男子设计确定。如果调节轨迹为曲线，还要根据其他百分位驾驶员来设计H点位置确定调节轨迹形状。座椅调节机构设计需参照设计H点调节轨迹，其调节范围应大于正常驾驶时设计H点调节范围，例如：座椅调节机构前调极限位置可参照5百分位女子设计H点确定，后调极限位置参照95百分位男子设计H点确定。

对于具有四向H点调节行程的座椅，正常驾驶的设计H点调节行程需要根据最前最高位置、最前最低位置、最后最高位置和最后最低位置4个设计H点位置确定。六向调节行程座椅主要用于一些高级轿车上，其调节行程需要根据6个设计H点位置确定[3]。

3、我国人机工程在汽车总布置设计中的发展趋势

“以人为本、以人为中心”是当前汽车设计的重心，汽车设计追求的目标和主题是汽车的舒适性、安全性。而安全性与舒适性与人息息相关，所以，人机工程学在汽车总布置设计中的应用得到了越来越多的关注。目前，以美国为首的西方发达国家在这方面经过多年的探索，已经取得了丰硕的研究成果。现代我国主要车型基本都是国外引进，自主研发能力比较弱，国外的汽车设计不能完全适合我国国情，一味得模仿和引进国外的设计并不能满足国内的实际需求，我国的汽车设计应在学习和引进国外先进技术的同时结合我国的具体国情，设计符合中国人需求的汽车。因此，我国人机工程的发展要做好以下两个方面：一、对于人体尺寸的测量数据要全面掌握，其中人体尺寸数据不但要包含静态尺寸、动态尺寸，而且还要划分高矮、年龄，此外，对于人的腿长短、胖瘦等人体特征也要区分开来，并在此基础上汇总数据信息，建立中国人自己的人体模型数据库。二、研究分析中国人的活动能力大小，尤其是脚操纵力、手操纵力。

4、结语

随着科技的不断发展，数字化设计应用的日益广泛，未来人机工程在汽车总布置设计中也向精确化、智能化发展，注重人信息处理能力的提高和发展。人机工程对于人机环境的研究也更加深入，促使人机工程系统的综合效能更高，汽车更适合人类使用。（作者单位：沈阳航空航天大学）

参考文献：

[1]张冰.人机工程在汽车总布置设计中的应用[J].装备制造技术.2005（03）21-22

[2]任金东.汽车人机工程学[M].北京市：北京大学出版社，2010（08）.102-113

[3]郭秀荣，马雷主.汽车造型设计[M].机械工业出版社，2013.（01）.117-132