汽車組合儀表人機(jī)工程設(shè)計(jì)研究

陳 創(chuàng)，龍 震

（東風(fēng)柳州汽車有限公司PV技術(shù)中心，廣西 柳州545000）

汽車組合儀表是汽車各類信息集中顯示的重要部件，駕駛員通過組合儀表獲取汽車運(yùn)行時(shí)燈光、油量、里程、故障等運(yùn)行參數(shù)，對(duì)駕駛員安全、經(jīng)濟(jì)地駕駛汽車有著重要的作用。在汽車行駛的過程中，駕駛員、汽車、儀表顯示等組成了人機(jī)系統(tǒng)，故組合儀表合理人機(jī)工程設(shè)計(jì)，是組合儀表布置的重要設(shè)計(jì)原則。本文擬通過對(duì)組合儀表可視性、易讀性、反光、成像四個(gè)方面人機(jī)工程設(shè)計(jì)要求，提出合理的組合儀表布置方案，為后續(xù)組合儀表的布置提供參考。

1　人機(jī)工程學(xué)介紹

人機(jī)工程學(xué)是20世紀(jì)70年代初迅速發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，是一門涉及人體的多領(lǐng)域科學(xué)，包括心理學(xué)、人體測量學(xué)、生物力學(xué)、生理學(xué)和心理物理學(xué)等。它涉及研究人的特性、能力和局限性，然后應(yīng)用這些信息來設(shè)計(jì)和評(píng)估人們使用的設(shè)備和系統(tǒng)。人機(jī)工程學(xué)的基本目標(biāo)是設(shè)計(jì)出盡可能滿足用戶（駕駛?cè)耍┖驮O(shè)備（車輛）之間的匹配，從而改進(jìn)用戶的安全（提供不受傷害和損失的自由空間）、舒適、方便、性能和效率（工作效率或不斷增加的輸出/輸入之比）的產(chǎn)品[1]。它從人的生理和心理出發(fā)，研究人—機(jī)—環(huán)境相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律，并使人—機(jī)系統(tǒng)工作效能達(dá)到最佳。在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用人體工程學(xué)，就是以人（駕駛員、乘客）為中心，研究汽車設(shè)計(jì)（包括布置和設(shè)備等）如何適應(yīng)人的需要，創(chuàng)造一個(gè)舒適的、操縱輕便的、可靠的駕駛環(huán)境和乘坐環(huán)境，即設(shè)計(jì)一個(gè)最佳的人—車—環(huán)境系統(tǒng)。

在人—車—環(huán)境系統(tǒng)中，人機(jī)工程的視覺優(yōu)化必須以駕駛員的眼睛作為定位基礎(chǔ)。由于駕駛員的身體、坐姿及駕駛習(xí)慣等方面的差異，所有汽車駕駛員的眼睛位置不可能是某同一固定點(diǎn)，而是呈某種形態(tài)的曲線。通過對(duì)數(shù)以千計(jì)的男女駕駛員進(jìn)行實(shí)測與統(tǒng)計(jì)分析，得出汽車駕駛員的眼睛位置分布范圍呈橢圓形的結(jié)論，即稱為駕駛員眼橢圓(見圖1)。眼橢圓可分為第90、95、99百分位等若干圖形，分別代表一定百分比的駕駛員眼睛位置[2]。眼橢圓代表了汽車駕駛員眼睛位置的范圍，利用眼橢圓可以較為滿意地設(shè)計(jì)出駕駛員的眼睛位置，從而對(duì)組合儀表的布置位置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，滿足組合儀表可視性、易讀性、反光、成像四個(gè)方面人機(jī)工程設(shè)計(jì)要求。

圖1　眼橢圓示意圖

2　某車型組合儀表人機(jī)工程設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1　組合儀表可視性設(shè)計(jì)

組合儀表可視性設(shè)計(jì)校核見圖2，透過方向盤觀察組合儀表時(shí)，組合儀表信息顯示區(qū)域位置：

1）處于單目盲區(qū)外：在駕駛員視野中央?yún)^(qū)域即可觀察到全部顯示信息；

2）處于單目、雙目盲區(qū)之間：在駕駛員視野周邊區(qū)域才可觀察到全部顯示信息；

3）處于雙目盲區(qū)外：駕駛員需調(diào)整頭部位置才可觀察到全部顯示信息。

圖2　組合儀表可視性設(shè)計(jì)校核示意圖

可視性設(shè)計(jì)校核要求：

1）組合儀表信息顯示區(qū)域位置應(yīng)處于單目盲區(qū)外；

2）組合儀表信息顯示區(qū)域位置如處于單目、雙目盲區(qū)之間，應(yīng)把不重要的信息布置在儀表盤顯示區(qū)域周邊，便于觀察；

3）為保證安全行駛，組合儀表信息顯示區(qū)域位置不應(yīng)處于雙目盲區(qū)之外。

設(shè)計(jì)校核方法：透過方向盤的視野盲區(qū)可用UG軟件總布置設(shè)計(jì)工具包模塊（見圖3）進(jìn)行繪制。使用“眼橢圓”功能，根據(jù)該車型SAE 95%2D人體參數(shù)（見圖4）制作出眼橢圓后，接著使用“儀表板可見性”功能，選取方向盤邊界，可自動(dòng)繪制出視野盲區(qū)（見圖2），再根據(jù)可視性設(shè)計(jì)校核對(duì)組合儀表信息顯示區(qū)域進(jìn)行布置校核。

圖3　總布置設(shè)計(jì)工具包模塊

圖4　SAE 95%2D人體參數(shù)

2.2　組合儀表易讀性設(shè)計(jì)校核

組合儀表易讀性設(shè)計(jì)校核見圖5，合理的儀表與駕駛員距離、儀表角度，駕駛員可以更容易地對(duì)儀表顯示信息進(jìn)行讀取，讓駕駛員更舒適地駕駛車輛。

圖5　組合儀表可視性設(shè)計(jì)校核示意圖

易讀性設(shè)計(jì)校核要求：

1）眼橢圓中心點(diǎn)到組合儀表顯示面的距離L應(yīng)小于750 mm；

2）眼橢圓中心點(diǎn)與組合儀表顯示面中心的連線與水平面的角度A1應(yīng)在20°～30°之間；

3）眼橢圓中心點(diǎn)與組合儀表顯示面中心的連線與儀表顯示面的角度A2應(yīng)在85°～95°之間。

設(shè)計(jì)校核方法：如本文的第2.1部分制作出眼橢圓后，根據(jù)易讀性設(shè)計(jì)校核要求進(jìn)行組合儀表布置校核。

2.3　組合儀表反光設(shè)計(jì)校核

組合儀表反光設(shè)計(jì)校核見圖6，從車外照入到車內(nèi)的光線經(jīng)組合儀表反射后，不應(yīng)射入駕駛員眼睛，否則會(huì)造成駕駛員刺眼情況，嚴(yán)重影響行車安全。

圖6　組合儀表反光設(shè)計(jì)校核示意圖

反光設(shè)計(jì)校核要求：

1）從前風(fēng)窗射入的光線經(jīng)組合儀表反射后，不應(yīng)射入95%駕駛員眼橢圓內(nèi)；

2）從天窗射入的光線經(jīng)組合儀表反射后，不應(yīng)射入95%駕駛員眼橢圓內(nèi)。

設(shè)計(jì)校核方法：如圖6所示，以前擋黑邊或天窗邊界作為入射光線源，以組合儀表罩為鏡子繪制出反射光線，反射光線不應(yīng)射入駕駛員眼橢圓內(nèi)。

2.4　組合儀表成像設(shè)計(jì)校核

組合儀表成像設(shè)計(jì)校核見圖7，夜間行駛時(shí)組合儀表點(diǎn)亮后，在前風(fēng)窗、前車窗的成像區(qū)域，不應(yīng)影響駕駛員的正常行駛視野。

圖7　組合儀表成像設(shè)計(jì)校核示意圖

GB11555規(guī)定的B區(qū)域（見圖8）為駕駛員前方視野主要范圍，其由下述4個(gè)平面所圍成的風(fēng)窗外表面的面積，且距風(fēng)窗玻璃透明部分面積邊緣向內(nèi)至少25 mm，以較小面積為準(zhǔn)。

1）通過V1點(diǎn)，與X軸成7°仰角且與Y軸平行的平面一；

2）通過V2點(diǎn)，與X軸成5°俯角且與Y軸平行的平面二；

3）通過V1和V2點(diǎn)，與X軸的左側(cè)與X軸成17°角的鉛錘平面三；

4）以汽車縱向中心平面為基準(zhǔn)面，其與平面三對(duì)稱的平面四。

其中V1、V2點(diǎn)相對(duì)駕駛員H點(diǎn)位置，由三維坐標(biāo)系的X、Y、Z坐標(biāo)確定，見表1和表2.表1給出的是設(shè)計(jì)靠背角25°時(shí)的基本坐標(biāo)，若設(shè)計(jì)靠背角不是25°時(shí)，則按表2對(duì)X、Z坐標(biāo)進(jìn)行修正。

表1　設(shè)計(jì)靠背角25°時(shí)V1、V2點(diǎn)基本坐標(biāo)（單位：mm）

表2　設(shè)計(jì)靠背角不是25°時(shí)V1、V2點(diǎn)基本坐標(biāo)（單位：mm）

成像設(shè)計(jì)校核要求：

1）組合儀表發(fā)出光線在前風(fēng)窗的成像區(qū)域，不應(yīng)該在B區(qū)域內(nèi)；

2）組合儀表發(fā)出光線在前車窗的成像區(qū)域，與駕駛員看外后視鏡時(shí)通過前車窗的視野區(qū)域重疊量應(yīng)小于10%.

設(shè)計(jì)校核方法：可用UG軟件總布置設(shè)計(jì)工具包中“反射數(shù)據(jù)”功能，根據(jù)軟件提示要求選擇眼點(diǎn)、儀表信息顯示區(qū)域?yàn)橐瓷涞那€、反射對(duì)象為前風(fēng)窗或前車窗，可自動(dòng)繪制出儀表信息顯示區(qū)域在前風(fēng)窗或前車窗的成像，接著根據(jù)成像設(shè)計(jì)校核要求進(jìn)行組合儀表進(jìn)行布置校核。

圖8　B區(qū)域示意圖

3　結(jié)束語

本文通過對(duì)組合儀表可視性、易讀性、反光、成像四個(gè)方面人機(jī)工程設(shè)計(jì)校核研究，是在保證組合儀表功能的前提下，提出合理的組合儀表布置方案，以達(dá)到人機(jī)工程的一般原理要求。設(shè)計(jì)一個(gè)最佳的駕駛員—儀表—環(huán)境系統(tǒng)，防止組合儀表對(duì)駕駛員的視覺干擾，從而提高汽車的主動(dòng)安全行駛。

參考文獻(xiàn)：

[1]畢 斯.汽車設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]羊拯民，高玉華.汽車車身設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.