人機工程在汽車設(shè)計上的應(yīng)用

何雙嬌

摘 要：如今汽車越來越普及，消費者對汽車的要求也越來越高，在滿足基本的代步要求以后，大家更追求駕乘的操作性，舒適性和安全性。駕乘室是人與汽車交互最多的地方，大量的人機工程應(yīng)用在其中。探究常見的儀表、方向盤、按鍵、踏板、座椅和操縱桿等部件上應(yīng)用的人機工程，供汽車設(shè)計師在設(shè)計時參考。

關(guān)鍵詞：汽車;人機工程;儀表;方向盤;座椅

近年來中國汽車發(fā)展突飛猛進，到今天中國已經(jīng)是汽車大國，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計分析，2016年，中國汽車產(chǎn)銷分別完成2811.9萬輛和2802.8萬輛;全年中國汽車產(chǎn)銷均超2800萬輛，連續(xù)八年蟬聯(lián)全球第一[1]。如此龐大的產(chǎn)銷量注定了汽車行業(yè)的激烈競爭，如何提高產(chǎn)品競爭力是一個擺在所有汽車企業(yè)管理層的嚴(yán)峻問題。除了提高各種高科技配置以外，汽車駕駛室內(nèi)部的人性化設(shè)計是吸引消費者，提高成交率，保證市場占有率的有效途徑。同時駕駛室內(nèi)的人性化設(shè)計也是減緩駕駛員疲勞，提高安全駕駛的保證。

1 人機工程的涵義

人機工程學(xué)是一門尚處于發(fā)展中的新興學(xué)科，著眼于人、機、環(huán)境三個要素的和諧統(tǒng)一。把人-機-環(huán)境系統(tǒng)作為研究的基本對象，運用生理學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科知識使之相互適應(yīng)，從而為人創(chuàng)造出舒適和安全的工作環(huán)境，使工效達到最優(yōu)的一門綜合性學(xué)科。

2 汽車上的人機工程

2.1 儀表

儀表是為駕駛員提供汽車各方面行駛信息，是駕駛員發(fā)出正確操作指令的基礎(chǔ)。因為汽車的高速行駛和路面情況瞬息萬變，所以要求儀表為駕駛員提供精準(zhǔn)信息的同時還要求提供的信息應(yīng)該易于識別，便于快速識別，且不易誤解。

駕駛負荷是認知資源的有限性問題，即認知過程中駕駛員的加工能力有限帶來的負荷。駕駛負荷是一個多維度的結(jié)構(gòu)，與駕駛環(huán)境下的多任務(wù)密切相關(guān)，受到任務(wù)、駕駛外部支持和個體因素的影響。從汽車人機界面設(shè)計的角度看駕駛負荷則應(yīng)維持在合理水平，過高和過低的負荷水平均不利于駕駛的績效[2]。所以儀表的界面設(shè)計背景色與數(shù)字顯示的分辨度應(yīng)該要高一些，實驗表明墨綠色和淡黃色儀表背景色配上白色和黑色的刻度時誤讀率最小;而黑色和灰黃色儀表背景色配上白色刻度線時誤讀率最高，不宜采用。在駕駛過程中，觀看儀表是很頻繁的動作，故而儀表的位置應(yīng)該設(shè)置在最佳視線之內(nèi)。根據(jù)人機工程學(xué)研究汽車儀表板的面板要在駕駛員的目視距離500毫米至700毫米之間。這個目視距離符合中國人的身材特點，也是結(jié)合多年的汽車儀表板的面板設(shè)計經(jīng)驗的結(jié)果而確定下來的[3]。儀表板的平面與視線成30°角是最合理的范圍。因為人視線的變化習(xí)慣從左到右，從上到下和順時針方向運動，儀表的刻度方向設(shè)計應(yīng)該遵循這個規(guī)律。當(dāng)眼睛偏離視中心時，在偏離距離相等的情況下，人眼對左上限的觀察最佳，故而儀表一般設(shè)計在視線中心左側(cè)。夜晚如果儀表燈光通過前風(fēng)窗玻璃反射到人眼里，那么儀表就會在前風(fēng)窗上成像，在行駛的過程中嚴(yán)重干擾駕駛員對前方路面信息的接收和分析，影響到行車安全。故而人機工程要求：光線不能通過風(fēng)窗玻璃的反射，射到駕駛員99%眼橢圓向外增加20mm偏距的眼橢圓內(nèi)。在白天，組合儀表里面的指示燈射出的光線不能造成駕駛員炫目[4]。

2.2 方向盤

方向盤的角度，高度，尺寸和材質(zhì)的合理與否直接影響到行車安全和駕駛員的疲勞程度。人機工程學(xué)已經(jīng)研究出來當(dāng)手臂彎曲到70°處時可產(chǎn)生最大的力量，故而方向盤的設(shè)計位置要讓手臂處在70°彎曲處。方向盤的輪廓直徑D最小限定為180mm。手握部位的尺寸d最小限定為20mm，最大為50mm。駕駛員坐姿時，方向盤設(shè)置在距離座椅基點前400～475mm為宜，該距離能保證駕駛員發(fā)出較大的扭距[5]。汽車方向盤的材質(zhì)也有講究，冬天太冰操作不舒服，夏天手心冒汗方向盤會打滑，方向盤的材料選擇要考慮這兩方面。

2.3 按鍵

按鍵的尺寸，力度、行程決定了按鍵的靈敏度和駕駛者的疲勞程度。按鍵的位置排序按以下4個原則進行：（1）按按鍵的重要性排位置，越重要越靠近手邊。（2）按頻次排位，經(jīng)常使用的按鍵優(yōu)先排在操作舒適區(qū)里。（3）按功能排位，把功能相似的放在一起，比如4個窗戶的升降控制按鍵，一般設(shè)置在駕駛座側(cè)的門框上。（4）按使用順序來排位，比如空氣循環(huán)和溫控開關(guān)，一般放一起。

近年來，觸屏按鍵越來越流行，大有取代傳統(tǒng)按鍵之勢。觸屏和傳統(tǒng)按鍵各有優(yōu)劣勢，觸屏不如傳統(tǒng)按鍵有那么明顯的反饋，觸感比較弱。但是觸屏有其自身優(yōu)勢，它不像傳統(tǒng)按鍵那樣只能擔(dān)任一個功能，按鍵數(shù)量繁多。特別是因為電控技術(shù)的發(fā)展，汽車上的舒適性和安全性越來越重要，汽車內(nèi)部增加了很多可以針對駕駛員個性化設(shè)置的按鍵，這個時候如果還是使用傳統(tǒng)按鍵，就會使得按鍵數(shù)量激增，車內(nèi)操作面雜亂無章，增加駕駛員的操作難度，增加誤操作的概率。

2.4 座椅

座椅的設(shè)計與駕駛舒適性和安全性息息相關(guān)。最舒適的坐姿是保證腰曲弧線和腰背肌肉處于正常狀態(tài)。科學(xué)合理的坐姿保證了前后方視野、提高讀取組合儀表數(shù)據(jù)和踩踏三踏板的便利性，提高行車安全。如圖1是汽車駕駛員最舒適駕駛姿勢。設(shè)計師可以根據(jù)這張姿勢圖設(shè)計出最舒服的汽車座椅。

汽車座椅在行駛中免不了上上下顛簸左右搖晃。同時還要滿足不同身體尺寸的駕乘人員的需求，保證每個人可以保持放松的駕駛姿勢。故而需要滿足的要求也比較多：（1）駕乘人員坐上汽車座椅的時候能夠有一個良好的體壓分布，貼合身體尺寸，包括后背、臀部和腿部尺寸。（2）座椅需要一定的橫向穩(wěn)定性。當(dāng)汽車拐彎的時候，座位上的駕乘人員不可避免的會因為慣性而隨汽車左右搖晃，這個時候如果座椅的橫向穩(wěn)定性不夠，就有可能導(dǎo)致駕乘人員從座椅上滑出，造成傷害。當(dāng)汽車急剎車的時候，駕乘人員還可能因為慣性從座位上向前滑出。綜合考慮，一般座椅會做成左右和前沿高，中間略微凹陷的形狀。（3）要求有背靠對駕乘人員的腰部和背部進行有效支撐，緩解長時間不變的坐姿引起的疲勞。第一支撐在5～6胸椎之間，保證駕駛員的肩部有所依靠，頸部不會變形。第二支撐在腰曲部位，讓駕駛員在駕駛的姿勢下也能保證正常的腰曲弧度[6]。（4）要求軟硬度適中，觸感良好。硬一些的座椅比軟一些的座椅更有效緩解疲勞，但與人體尺寸貼合度不夠好的硬座就會對身體造成壓迫。所以軟硬度應(yīng)該保持在一個合理的范圍。（5）減震效果。車上人員坐在椅子上并不會覺得很顛簸，主要依靠汽車的懸架系統(tǒng)和座椅的減震效果來達成的。（6）駕駛者可以根據(jù)自身狀態(tài)對座椅的尺寸與位置進行調(diào)整。（7）外形上要保證美觀，要與整車內(nèi)飾的裝飾協(xié)調(diào)統(tǒng)一，看起來整潔舒服，給駕乘人員一個舒服的心理感受。

2.5 操縱桿

汽車操縱桿是使用頻率非常高的部件。如果設(shè)計的不合理，長期使用會讓駕駛員產(chǎn)生痛覺，出老繭甚至變形，并影響駕駛情緒，危及安全。操縱桿除了外形、大小、長短、重量及材料等應(yīng)滿足操作要求外，還應(yīng)符合手的結(jié)構(gòu)、尺寸和觸覺特征。

設(shè)計操縱桿的時候不能把操縱桿手把紋絲合縫地貼著掌心。掌心長期受壓受振容易導(dǎo)致疲勞，從而容易導(dǎo)致操作不當(dāng)，甚至引起難以治愈的痙攣。如果車上有多個操縱桿，設(shè)計時要加以區(qū)分，讓每個操縱桿手把都有不同的形狀，以便駕駛員精準(zhǔn)確認并操作，確保不會引起混淆和誤操作。在長度，粗度和觸感等方面上通常手把的長度接近或者超過手幅的長度，使手在握柄上有個選擇的余量。手把的徑向尺寸必須與正常的手握尺度相符或者小于手把尺度。如果太粗，握不住手把。如果太細，又會造成手部肌肉緊張而容易疲勞。手把的形狀要保證手呈現(xiàn)自然放松的握持狀態(tài)。據(jù)上述特點設(shè)計操縱桿時，操作角度一般小于90°，通常為30°～60°。對于操作幅度，前后方向最大位移一般為350mm，左右方向最大位移950mm。操縱桿的長度由操作角度、位移及操作力來確定，當(dāng)操縱桿的端部裝有球形手柄時，球體直徑一般為12.5～25mm，當(dāng)操縱桿的直徑小于7.5mm時會引起肌肉緊張而容易疲勞[5]。操縱桿的操作力大小要適中，太小不易控制，太大容易引起疲勞。

3 汽車上人機應(yīng)用給我們帶來的好處

汽車上的人機應(yīng)用是為了讓我們在駕乘時更舒適，心情更明亮輕快，減緩駕駛疲勞，提高行車安全，同時根據(jù)人體感知特征，生理特征設(shè)計更方便我們與汽車進行信息交流的界面。同時促進汽車技術(shù)在舒適性方面的探索和發(fā)展，最終讓整個人類享受到科技帶來的福利。

4 結(jié)語

現(xiàn)在汽車的作用已經(jīng)遠遠超過了簡單的代步，人們對于駕駛過程，乘車過程的操作性，舒適性，安全性要求越來越高。汽車企業(yè)想要提高產(chǎn)品競爭力，必須在方方面面上考慮的更人性化，讓汽車成為一個貼心的出行伙伴。實際上汽車上的人機工程體現(xiàn)在我們看到的每個小細節(jié)上，特別是駕駛室作為人與汽車主要的接觸空間，尤為重要。

參考文獻：

[1]中國汽車工業(yè)協(xié)會.中國汽車產(chǎn)銷量全球第一江蘇整車產(chǎn)量占7.8%http：//www.caam.org.cn/hangye/20170921/1005211790.html.

[2]譚浩，等編.汽車人機交互界面設(shè)計研究[J].汽車工程學(xué)報.2012（5）：315-321.

[3]王少杰，王偉.汽車儀表板的設(shè)計及分析[J].中小企業(yè)管理與科技.2016（4）：182-183.

[4]劉斐，孫宇.基于人機工程的汽車組合儀表設(shè)計研究[J].遼東學(xué)院學(xué)報：2010.17（2）：124-128.

[5]劉金秋.人機工程在汽車駕駛室設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].汽車技術(shù)：1989（2）：4-12.

[6]陳杰.汽車座椅的人機工程學(xué)分析[J].包裝工程.2015（22）：145-148.