人機工程學在汽車設計中的應用

孫 兵

（江鈴控股有限公司，江西 南昌 330052）

人機工程學，是把人的因素作為產品設計的重要參數，以人的安全、健康、舒適為目標的一種新的理論依據和方法。其核心研究內容是優化人與機器設備的關系。在當今的汽車設計中已普遍運用人機工程學的原理，將人機協調的理念滲入到具體的汽車結構設計當中，以改善駕駛員的駕駛環境、降低其勞動強度，并同步提升駕乘人員的舒適性，使車輛總體性能達到最優化。

1 人機工程學在汽車設計中的應用

（1）基于感管的設計應用。人是通過感覺器官來獲得各種信息，當周圍環境發生變化或人的自身狀態受到刺激時，感覺器官接收到刺激帶來的作用，人的神經終梢發生興奮，并傳送到大腦皮層，因此產生感覺。感覺是人腦對直接作用于感覺器官的客觀事物特殊屬性的反映，為人的認識活動提供原始資料，是人了解自身狀態和認識客觀世界的初階。

在汽車設計中，主要針對人的視覺、聽覺和觸覺進行適應性的設計，以求到達最佳的感官體驗。視覺是最重要的感官方面的體驗，而駕駛員視野作為一項重要的視覺要求，需要在滿足前方180°視野、A柱雙目障礙角、A/B/C柱直接視野障礙、后視鏡視野要求、前風窗視野要求等法規的基礎上，進一步優化設計，以確保車輛的安全性要求。同時，前風窗玻璃刮刷面積校核也是非常重要的環節，需對刮刷面積、玻璃的A/B區分項要求進行設計校核，使刮刷能有效地清除前擋玻璃影響視線的物質，讓駕駛員視線清晰，確保行車安全。另外，汽車產品的內外部造型也是很重要的環節，需要基于美觀的基礎上，同時考慮車輛性能、功能、舒適性和便利性的因素。

在聽覺方面，重點在于噪聲對人的影響。噪聲給人帶來的不舒適和精神狀態的負面影響是很直接的。可以通過降低噪聲源、隔斷噪聲傳播路徑和優化噪聲激勵方面重點采取技術手段加以控制。如在某款SUV車型開發中，為降低整車噪聲水平，對整車氣密性進行了多輪的優化，結合工藝實施和實施的難易情況最終確定采取方案三，將氣密性測試值由98cm2降至85cm2，整車噪聲水平得到明顯改善。氣密性提升方案如表1所示。

在觸覺方面，對零部件的材質、操作響應方面進行優化，使駕乘人員得到良好的操作感受。同時，對于整車的品質的感知方面，觸覺也起著不小的影響。

表1 某SUV氣密性提升方案

（2）基于人體形態的應用。在整車總布置設計過程中，首先需對坐姿進行人機校核。設計人員建立人體的數字模型后，按照盡量降低駕駛員的疲勞程度、提高車內空間利用率，兼顧內外造型的原則進行人性化設計，從而使駕駛員獲得舒適的駕駛姿勢。通常的設計原則是：根據踵點、踏板參考點、駕駛員設計H點、方向盤中線軸線來初步確定駕駛員坐姿，然后根據以往車型的設計數據進行修正。然后，要對駕駛室內的手部操控便利性進行校核，包括方向盤、換擋桿、手制動桿和各類按鍵、旋鈕等，要求在駕駛員伸手能及的范圍之內，且便于操作，不容易出現操作錯誤。在某SUV車型的座椅設計開發過程中，設計初期理論校核時，發現存在腿部操作離合器踏板時與座椅坐墊面干涉量大的問題。以95%百分位假人校核座椅壓縮量，初始狀態臀部座椅壓縮量32.4mm，腿部座椅壓縮量0mm；假人R點不動，將離合踏板踩至極限位置時，臀部座椅壓縮量27.3mm，腿部座椅壓縮量63mm。由于座椅最大壓縮量為40mm，人體腿部壓縮量至少為23mm。與其他同類車型對比，腿部壓縮量偏大，需要進行設計優化，具體如表2所示。根據人機工程的校核結果，對座椅型面進行了修改，最終將離合踩到底部座椅壓縮量降至45mm，經驗證滿足了舒適性的要求。

表2 座椅壓縮量對比表

作為人機工程的一項重要要求，下車方便性在汽車結構設計中須充分考慮。根據與上下車方便性相關的尺寸范圍和角度，對車身門框立柱、車門開口尺寸和位置，以及車身側壁傾斜度進行設計校核，以達到舒適、便利的要求。

（3）基于力學特性的設計應用。為降低駕駛員的疲勞程度，需要基于力學特性進行滿足人機工程的設計。充分考慮人體各部分的操作力，在控制操作力數值的同時，還要合理設計操縱時的用力方式。同時，可通過建立基于生物力學的駕駛和操作舒適度模型，按照人體活動的特點確定操作力的各項參數，從力學角度研究各種操作方式的設計參數與肌肉疲勞的關系。通過仿真試驗建立相關的數學模型，結合邊界限制條件，對研究參數進行計算分析，通過多組參數的結果對比，實現最佳人機操縱界面的匹配。

2 結語

人機工程是在汽車產品設計開發需要認真考慮的因素，它對于汽車駕乘人員的安全性、舒適性和便利性等有著重要的影響。隨著用戶對汽車產品要求的不斷提高，汽車產品設計人員必須充分將人機工程的理念融入到具體的設計中去，使產品更具人性化，而非傳統意義上的交通工具。

人機工程是一個還需要不斷深入研究的領域，它對于汽車產品的用戶體驗滿意度有著很大的影響。產品開發的最終目的是滿足市場和用戶的需求，所以不斷提升基于人機工程的設計開發水平是十分必要的。

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