安全人机工程模拟题

第一篇：安全人机工程模拟题

中国地质大学（北京）继续教育学院2013年09课程考试

《安全人机工程》模拟题（补）

一．单项选择题

1．按照

A．人机系统组合方式

C．人机系统自动化程度 B．有无反馈控制作用 D．人机系统的规模大小

2．长时间单调、乏味、紧张的作业，持续的精神压力，对工作不感兴趣、工作中心情不愉 快等因素，会促使作业时C疲劳的发生和加重。

A．肌肉 B．神经 C．精神 D．关节

3．为防止产生不注意现象，可建立 1—2个人平行监视仪表的工作。

A．冗余系统

重要。

A．能量代谢率

A．开关式操纵器

A．闪光融合值测定 B．能量消耗量 B．转换式操纵器 B．空气含氧量测定 C．劳动代谢量 C．调节式操纵器 C．能量代谢率测定 D．基础代谢量 D．时间操纵器 D．心率测定 5．以下不是操纵器按操控功能分类的结果？ 6．下列

7．用脚操作主要是完成较重负荷的控制工作。脚的出力角度不同，产生的足蹬力不同。当 膝部屈曲大约C度时，可产生最大足蹬力。

A．90 B．120 C．160 D．180

8．控制器的编码就是使每一个控制器都有自己的特征和代号，以减少混淆。其中，形状编 码主要是使操作者通过A来区分不同形状的控制器。

A．触觉 B．视觉 C．平衡觉 D．听觉

9．某钢厂电机车在运行中遇到大雨，雨水溅入驾驶室，副驾驶在没有拉下集电弓断电的情 况下爬上车顶关闭天窗，最终因耳朵触电身亡，这说明B。

A．电机车向上可及的安全空间不足

B．操作人员安全意识不强，存在侥幸心理。

C．进入危区，必要时应关闭电源，停止设备运转

D．此时电机车属于危区，不可以进入

10．通常在定量调节和连续控制中，控制显示比值。

A．小困难较短

C．大困难稍长

二．名词解释

1．呼吸商肌体内产生的二氧化碳量与同一时间内氧耗量之比。

2．人为差错如在规定的时间内和规定的条件下没有完成规定的任务，就称为人为差错。

第1页（共4页）B．人机系统 C．安全系统 D．监控系统 4．人在工作或运动时的能量代谢量叫 B．小容易较短 D．大容易稍长

3．人机界面

人和机之间存在的一个相互作用的“面”，所有的人机交流的信息都发生在这个作用面上，通称称为人机界面，主要指显示和控制装置。

4．闭环系统是系统的输出又返回来控制系统本身的系统。自动化系统均为闭环系统。

5．差别阈限刚刚引起差别感觉的刺激之间的最小差别叫做差别阈限。

6．能量代谢率

劳动代谢量和基础代谢量之比，用来表示某种体力劳动的强度。

RMR=（劳动时总能耗量—安静时能耗量）/基础代谢量

7．控制显示比控制器的操作量与显示器的现实量之间的一种比例关系。

8．注意

注意是依附和伴随人的认识、情感、意志等心理过程而存在的一种心理现象，是心理活动对一定对象的指向或集中。

三．简答题

1．人机工程学主要研究人、机、环境三者之间的关系，简述这三者的含义。

a)人——指操作者或使用者；

b)机——泛指人操作或使用的物，可以是机器。也可以是用具、工具或设施、设备

等；

c)环境——是指人、机所处的周围环境，如作业场所和空间、物理化学环境和社会

环境等；

d)三者构成了一个系统，即人—机—环境系统，具体是指由共处于同一时间和空间的人与其所使用的机以及它们所处的周围环境所构成的系统。三者之间互相影响，系统中人是决定因素，机器是根据人的需要和意志设计的，完善的人机系统必须

具备良好的人机匹配，以充分的发挥人和机的特点。

2．按显示功能分类显示器的有哪些类型？

a)读数用仪表

b)检查用仪表

c)警戒用仪表

d)追踪用仪表

e)调节用仪表

3．简述矿井下作业空间的特点并说明相应的安全作业空间的要求。

1)

2)

3)

4)井下为封闭空间，为人工照明——改善井下的照明条件。井下深度大，常有粉尘、有毒气体等——通风空调。井下周围的岩石开采中容易松动——防止顶板冒落伤人。井下富裕空间在经济上和技术上有时较难实现——人机设计，追求好的工作秩序。

4．光环境设计中照明设计有哪些要求？

1）适宜的照度

5．工作服对人机系统安全性及效率起着哪些重要作用？

工作服对人机系统安全性及效率的重要作用主要有三方面：

1)保证人的生命得以正常维持，应考虑衣服的保温性能、隔热性能、透气性能及吸湿

性能。

2)为生产劳动提供最大的方便，有利于提高工作效率，相关因素包括衣服的厚度、硬

度、弹性和强度等。

3)保障操作系统安全。不同的控制系统对服装的技术和样式要求不同。避免过强的光线照明；阳光照明的优点是节约能源和费用；空气中的水蒸气和尘埃吸收光能并产生散射；灯泡的选择很重要；井下照明条件：背景要暗一些，有一定的对比度；避免眩光；注意光源的方向。2）光线质量

四．问答题

1．列举和解释常见的四种人的不安全心理状态，并说明其表现。

1)侥幸心理：人对某种事物的需要和期望受到群体效果的影响。

表现为明知故犯，是安全生产的大敌。

2)省能心理：这是人长期生活中养成的一种心理习惯。

变现为人总是希望以最小的能量获得最大的效果。还表现为嫌麻烦、怕费劲、图方便、得过且过的惰性心理。

3)逆反心理：某种条件下个别人在对抗情绪等心理状态下，产生与常态心理相对抗的心

理状态，做不该做的事情。

表现为好奇、好胜、寻根问底、对抗心理。

4)凑兴心理：人在社会群体中产生的一种人际关系的心理反映，多见于精力旺盛、能量

有余却缺乏经验的青年人。

表现为在为得到心理上的满足或发泄剩余精力时，所导致不理智行为。

2．列举疲劳的规律，阐述疲劳引起的事故并举例说明。

（1）疲劳的规律。

① 青年作业人员作业中产生的疲劳比老年人小得多，且易恢复

② 疲劳可以恢复

③ 疲劳有一定的积累效应

④ 人对疲劳也有一定的适应能力

⑤ 在生理周期中，发生疲劳的自我感受较重，相反在高潮期较轻

⑥ 环境因素直接影响疲劳的产生、加重和减轻

⑦ 工作的单调可以导致疲劳，尤其是现代的作业线依附于流水作业。

（2）疲劳引发的事故

① 睡眠休息不足、困倦引起的事故；如白天休息不充分的夜班工作者。

② 反应和动作迟钝引起的事故；疲劳状态下的工人在下班途中来不及躲避后边车辆。③ 重体力劳动的省能心理——反映在作业动作上，常因简化动作而违反操作规程。如

恶劣条件下的矿山，作业者的动作是粗放而简单的。

④ 疲劳的心理作用——心不在焉，注意力不集中。如建筑工地上的工人因休息不好，在抽取木杆时违背事先的约定，造成人员伤亡。

⑤ 环境因素加重疲劳的程度——寒冷的天气事故发生率高。天气寒冷的时候人的手脚

动作不灵活，可能引起操作的失误和延缓，造成事故。

⑥ 疲劳与机械化程度有关——半机械化作业时，事故的发生率最高。半机械化需要人

与机的配合，如果配合不当，极易产生误差。

3．请阐述人的不安全行为并分析其产生不安全动作的主要原因。

1）人的不安全行为包括：

a)

b)

c)

d)

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

因循守旧，弃难就易图省力、走捷径而造成违章作业 忘记、看错、念错、想错造成记忆与判断的失误 选错操纵装置、记错操纵方向和错误调整而引起操作失误 体力不支、疲劳和异常状态下也易发生事故 缺乏对危险性的认识，由于安全教育训练不够、不懂危险，从而进行不安全作业 操作方法上不合理、不均衡或做无用功 准备不充分、安排不周密就开始作业，因仓促导致危险作业 作业程序不当，督导不严格、致使违章作业泛滥 取下安全装置，使机器、设备处于不安全状态 走捷径、图方便，忽略了安全程序 不安全的放置物件，使工作环境存在不安全因素 在运行的机器和设备上检修、清扫、注油等 2）产生不安全动作的主要原因如下： i)接近危险场所时无防护装置

第二篇：安全人机工程论文

公交司机的疲劳分析

专业：安全工程

姓名：朱珍珍

公交车司机的疲劳分析

摘要：了解公交车司机疲劳产生的原因、疲劳驾驶造成的后果及影响，以唤起整个社会对司机疲劳程度的重视。然后再根据公交车司机自身独具的特点，进行进一步地分析研究，并及时采取有效的措施，以减轻司机在驾驶过程中的疲劳程度，改善司机的生活，也造福整个社会。

关键词：公交司机疲劳职业病交通事故

当前，公共汽车凭借其廉价、方便的优势，已成为现代城市最重要的交通工具之一，因此公交司机的正常安全工作就显得尤为重要。但事实上，为很多人所不知的是，在行车过程中公交司机会经常性地感到疲劳，影响其正常工作。在一次次教训面前，我们清楚地看到，由疲劳驾驶引发的灾难又是相当严重的。因此，对公交司机的疲劳程度进行分析，并采取合理的措施就显得非常重要，下面就这个问题展开讨论。

近些年来，相关专家学者对疲劳也进行了一系列的研究。而随着对疲劳研究的不断深入，对疲劳本质的认识也在不断深化。目前，人们普遍认为：所谓疲劳就是人体发生可以概括为失去功能或打乱这样的变化，引起生理活动的活动的变化也就是发生机能变化、物质变化、自觉疲劳和效率变化的现象。而疲劳则更是体力与脑力效能的暂时减弱，各行各业的劳动者都会产生疲劳，当然公交司机也不例外。公交司机的疲劳即是指司机在长时间连续行车后，产生生理机能和心理机能的失调，而在客观上出现驾驶技能下降的现象。一般认为这种疲劳是脑力与体力同时参与的技术性疲劳，处于疲劳状态中的司机在驾驶时，不仅会给自身，也会给他人带来一些意料之外的伤害。

一．疲劳产生的原因：

事实上，经过对材料的搜集整理可知，引起公交司机疲劳驾驶的原因也是多方面的，具体如下：

1.工作时间长除了公交公司规定的正常的上班时间，每天早上发车前公交司机要检查汽车的安全状况，看看是否需要维修，是否需要加油，此外还需对车进行预热，打扫卫生等等，这都需要时间。这样算下来，司机每天需要工作十四五个小时，且有些地方每个月最多休息5天，这些数据让人震惊，不得不承认，司机从事的真是一项超常工作时间的职业。

2.驾驶过程中精神高度紧张，注意力高度集中考虑到公车独具的特点，基本上逢站必停，以及路上的红绿灯，十字路口，司机必须目不转睛地盯着前方，观察期每一细微变化，更要在站点处及时刹好车，并按下语音报站系统功能的按钮，还要注意到乘客的投币情况（对于无人售票公交车来说）。

3.持续、高分贝的噪声影响行车过程中，公交司机往往会听到来自多方面的噪声：公交车上乘客的谈话声，周边车辆的喇叭声，公路两边各商家为招徕顾客的音乐及叫卖声，这些因素都会加重司机的疲劳情绪，使其更容易感到烦躁与疲劳。

4.其他方面的原因此外，公交司机在行车过程中，难免地还会受到受到诸如高温引起的犯困、驾驶室内的废气及通风不畅、车身颠簸、座椅结构设计不合理及睡眠不足等多方面不良因素的影响，更会加剧司机的疲劳程度。

二．疲劳造成的后果：

疲劳往往会使人意识混乱、注意力不集中，而司机的疲劳驾驶则会造成如下主要的后果：

1.多种职业病由之前的分析可知，公交司机是一个典型的高强度、高精神压力的职业，由于过度疲劳，他们容易患一些有代表性的疾病——职业病。据有关调查结果显示：80%以上的公交司机的健康状况令人担忧，他们都不同程度地还有肩周炎、胃病、颈椎病、腰椎间盘突出等多种疾病，这些疾病都与他们特殊的工作性质和工作环境密切相关。此外，因疲劳过度导致司机猝死的案例也屡见报端，发人深省。

2.疲劳驾驶易引发交通事故处于疲劳状态时，司机往往无法集中注意力，甚至会出现瞌睡的情况，而这些都是非常危险的行为，极易引发事故。交警部门提供的资料表明，当前特大交通伤亡事故中，因疲劳驾驶造成的约占70%左右，且目前仍有增长的趋势。而每年因交通事故改变了成千上万人的生活。更给国家造成了巨大的经济损失。

三．减轻司机疲劳的措施及建议：

司机疲劳驾驶不仅会给自己，也会给乘客，更会给社会造成不可估量的损失，因此，我们应该采取有效的措施，尽可能的减轻司机驾驶过程中的疲劳。

1.政府应发挥其主导作用，制定并颁布相应的法律条文，把公交司机的工作制度及作息制度等写入其中，切实维护广大司机的合法权益，以法律的形式从源头上减轻司机的疲劳。

2.社会应做好宣传，教育人们尊重、体谅司机，珍惜他们的劳动成果，具体表现如不要乱扔垃圾，更不要在车上大声喧哗，给彼此营造一份良好的环境，同时也减轻司机的疲劳。

3.公交公司要及时对员工进行素质教育和业务培训，对疲劳驾驶更要高度重视，期间给员工讲明疲劳驾驶的危害，并教授员工一些简单易行实用的克服疲劳的方法；为减少司机的工作时间以达到减轻司机疲劳的目的，公交司机可采取有效的措施，比如分配专人每天负责检查汽车的安全状况，并做好记录；公交司机应尽量改善司机的工作环境，如在车上安装空调，这样，炎热的天气里，乘客更愿意乘坐公交车，司机也会因凉爽而使心情好起来，从而减轻司机的疲劳。

4.对公交司机而言，则需要合理膳食，加强营养，同时补充足够的水分。要坚持正常的作息时间，保证睡眠时间和睡眠质量，更要有良好的心态和生活习

惯，要定期进行体检，及时关注身体的健康状况（也可由公交公司统一安排进行），开车时不要急着赶车超车，可以播放一些轻缓的音乐来减轻疲劳，但音量不宜过高。

5.在公交相关站点设置疲劳检测仪，经过此处的司机必须进行检测，一旦发现处于疲劳状态，不允许其继续前行，直至司机完全恢复清醒为止。

6.研究者可对人体相关部位动作的舒适度展开研究，在理论的基础上进行实验，最终改进现有的公交车，尽量保证司机的活动在最有利范围之内，达到最佳舒适度，减轻司机驾驶中的疲劳。

综上，公交司机的疲劳是多种因素共同作用的结果，提高司机的职业道德观念是减轻其疲劳的一个重要环节，但不是唯一的，它应该引起全社会的普遍关注。与此同时，也需要更多的专家学者参与其中，对此进行深入的专业的调查研究。对公交司机的疲劳进行的研究要做的还有很多，我们行进在路上。

第三篇：人机工程课堂作业

1、人机工程学的定义和应用领域是什么？

答： 人机工程学是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与产品、人与环境以及产品与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、安全、舒适，人—机—环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的学科。

人机工程学的应用领域有电话、电传、计算机控制台、数据处理系统、高速公路信号、汽车、航空、航海、现代化医院、环境保护、教育等，人机工程学甚至可用于大规模社会系统

2、我国人机工程学的研究主要集中在那些高校？主要研究方向是什么？

清华

武汉大学

中国地质大学

武汉理工等

3、研究人机工程学的意义和作用。

人机工程学因素往往是企业提高其竞争力的手法之一。若说“人性化产品”是与“人”合为一体的产品设计，人机工程因素”则是设计工业产品时的人机界面所必须考虑的因素

4、简述人机工程学的主要研究方法。

观察法、实测法、试验法、模拟和模型试验法、计算机仿真法、分析法、调查分析法。

5统计全班同学的身高和臂长，计算其均值和方差，作出其分布图，看是否复合正态分布，同时，分析均值和方差与全国平均值的关系，分析其产生差异的原因(必作）。

身高：

均值= 1720mm 方差 =4299。利用EXCEL中“数据分析”中的“描述统计”计算得到其均值为1720.9，方差为4299.4，与上述值相同。臂展：

均值= 1664mm 方差 =5058。利用EXCEL中“数据分析”中的“描述统计”计算其均值为1663.6，方差为5057.7，与上述值相同。从上两图及计算可以方差很大，并不能判断是否符合正态分布。与全国平均值比较可以看出其身高和臂展的均值与方差都过大。其主要原因一方面是统计的人主要是学生统计人数有限所以其方差比较大。另一方面由于同学来自不同的地方，且分布不均匀，这就造成统计误差。

6、按照人体尺寸的基本数据，说明宿舍门和双层床的高度设计原则，测量宿舍中门和床的尺寸，给出双层床设计中，床的高度、宽度数据和设计的依据。

床宽1000mm下床高450mm上床高1500mm 设计依据

床宽：实验表明，人的熟睡程度与床的宽度有密切关系，狭窄的床熟睡程度就差。因此基本尺寸取男性最大肩宽数据，同时考虑侧卧时胸厚及膝部突出尺寸、被子折叠尺寸和适当的心 理修正量。下床高度：该尺寸主要取决于小腿加足高数据，下床太高坐着时腿部悬空，太低则起坐吃力。

7、按照人机工程学的观点，设计你宿舍客厅的结构和布局，说明理由。

1两个单床长边之间的距离1m。2两床床头之间的距离0.10m。3两排床或床与墙之间的走道宽度 1.50m。

4、宿舍有储物空间每人净储藏空间不宜小于0.50立方米

5、门窗和阳台(1)宿舍门窗的选用应符合国家相关标准。(2)宿舍的外窗窗台不应低于0.90m，当低于0.90m时应采取安全防护措施。(3)宿舍的门宜有安全防范措施，严寒和寒冷地区宿舍的门宜具有保温性能。(4)宿舍阳台进深不宜小于1.20m，顶部阳台应设雨罩，阳台宜做防水。

8分析石油大学、报校、成人学院50年专刊的封面，说明如何利用视觉特性增强广告的效果的。

首先目标与背景应有一定的对比度，人眼可看清楚其形状。校报等封面以红色为底，文字以蓝色或白色为主，或者以白色为底，文字为红蓝，有一个很好的视觉效果，突出了其内容

9请给出一种万用表的表头设计，分析其设计的技巧,绘制其三维造型图，给出尺寸（必作）。

10分析计算机显示器设计和布置的合理性，并说明依据

1可调分辨率，以人眼观察最清楚为宜

2、可调亮度，亮度调节取决于作业环境，明亮的环境中可调的暗一些，反之调的亮一些 3位置适宜，屏幕在视野的正前方偏下位置比较合适，有利于工作。

11、请给出一种汽车仪表的设计简图，并说明仪表设计的合理性。

合理性：

1、有颜色亮度区分

2、指针长宽适宜

3、左下侧对0，适合人眼

12、请说明汽车电喇叭和气喇叭的差别和应用范围的不同，为什么。

汽车喇叭只发出单音调，它的构造与音响喇叭（扬声器）是不同的。音响喇叭靠纸盘膜片振动发音，而汽车喇叭是靠金属膜片振动发音。汽车喇叭分有电喇叭和气喇叭两种，电喇叭通过电磁线圈不断的通电和断电，使金属膜片产生振动而产生音响，声音悦耳。电喇叭外形多是螺旋形和盆型，广泛应用在各种汽车上。轻型乘用车都用电喇叭。气喇叭利用压缩空气的气流使金属膜片产生振动，外形多是长喇叭形（筒形），声音大且声调高，传播距离远，多用在跑长途的大、中型汽车上，城市内是禁用的。

13给出用手操作的室内暖气水管阀门的设计要求，分析其原理，给出其造型设计，并分析其优缺点（必作）。

设计要求

1、直径小于38mm,边上有棱

2、调节范围大于360度，形状为圆形或者锥形

原理：要符合人手的基本尺寸要求；可以360度旋转，操作力要小

14、为什么女士开车不能穿高跟鞋，是性别歧视吗？ 不是，高跟鞋影响脚对刹车、油门及离合的控制，易出现危险。

15、指出教室的座椅是否合适，并给出不合适的原因，给出改进的方向,按照你对石油大学同学身体尺寸测量分析的结果，设计一把学生计算机房上机用椅，并给出尺寸和造型图（必作）

不合适。

1、材质过硬—选用适宜的木料，或者在椅子表面装饰一层垫子 2 移动不方便—增加使椅子可移动的装置。

3没有考虑同学们身高不同带来的差异性问题，同时有的座椅位置安排得也不够恰当。（1）确定目标：要要设计出符合成年人即大学生的身体尺寸的课桌和椅子，并提供合理的数量。

（2）分析系统的功能：有了以上思想的指导，根据教室大小，人数的多少，进行座椅系统轮廓的设计。

（3）设计条件：根据所有的桌椅设计方案，选择出最符合实际和人机工学的设计方案。（4）系统设计：准备适用桌椅人机工程的数据，提出设计标准，然后对桌椅设计的具体方面进行细化。

１

6、试评价我们校讲堂群的学习环境，指出可改进的地方(必做）。

1人与热环境

对于讲堂群而言，各个教室中都有风扇，夏天可以去热。教室中还有暖气片，可以在冬天提供暖气，防止教室过冷。但效果效果并不好。

据统计，四教在冬天的温度一般为6℃，在夏天的温度一般为29℃，由此可知，温度环境不符合人的学习环境，因此，我们应在教室中安装空调，夏季降低温度，冬季也可将温度调至10℃左右，提高学习效率。2人与光环境

照明的目的大致可以分为以功能为主的明视照明和以舒适感为主的气氛照明，学习场所的照明，明视性虽然重要，而环境的舒适感，心情舒畅也是非常重要的。我们得南教采光设计较好。向阳面采用了大的玻璃窗，阳光充足，当光照较强时还可以拉上窗帘阻挡，北被阳面与向阳面的距离较大，中间设计成了朗诵大厅，天窗采用了透阳的玻璃。背阳面可以从天窗中得到阳光，天窗还可以为朗诵大厅遮雨。3人与声环境

讲堂群位于学校北侧环境比较吵闹并有许多车辆经过，所以噪声较大，不利于学习。我觉得应设置隔音板，对上课听课效果的影响。

17、按照合理光环境的要求，评价我校教学楼的光环境和窗帘的设计。

照明的目的大致可以分为以功能为主的明视照明和以舒适感为主的气氛照明，学习场所的照明，明视性虽然重要，而环境的舒适感，心情舒畅也是非常重要的。要达到合理光环境，需要遵循以下几项原则：

1、合理的照度水平，保留必要的阴影。

2、不直射眼睛，防止眩光和晃眼。

3、色调协调满意，和环境协调。

4、合理控制成本。

南教楼的窗帘只有一层蓝色的布窗帘，遮光性不是很好，当阳光较强的时候，投影仪的投影就会显得很淡，不利于教学的进行。所以建议应在蓝色布窗帘与窗户间再加一层黑色的遮阳布，加强遮阳效果。当室内光强度很高时，将两层窗帘同时拉上。当室内光强度较弱时，可以只拉蓝色布窗帘，或者不拉窗帘。视情况而定。

１

8、分析我国矿难接连发生的原因和对策。

人为因素：

（1）违章操作、工人文化水平低、安全意识不强

（2）管理混乱，安全监管不到位，相关责任人没有具体落实，社会经济因素：

（1）经济发展水平不够高，井下作业机械化水平低；（2）小煤窑越层越界开采

（3）安全生产和经济成本之间的矛盾

措施：加强监管，提高工人素质和危险意识，给与工人足够的社会保障，责任人要保持积极负责的态度，加强教育和引导。

19、以教室课桌和椅子设计为例，说明人机系统设计的步骤；

以教室课桌和椅子设计为例，说明人机系统设计的步骤：（1）确定目标：要要设计出符合成年人即大学生的身体尺寸的课桌和椅子，并提供合理的数量，舒适的环境。

（2）分析系统的功能：有了以上思想的指导，根据教室大小，人数的多少，进行座椅系统轮廓的设计及每个桌椅的分布设计。

（3）设计条件：根据所有的桌椅设计方案，选择出最符合实际和人机工学的设计方案。系统设计：准备适用桌椅人机工程的数据，提出设计标准，然后对桌椅设计的具体方面进行细化，最后，还要进行具体的修改。

第四篇：人机工程论文

浅谈人机工程学在日常生活中的应用

学号： 姓名：

摘要：本文通过对人性化产品设计具体案例的分析来说明工业设计中所包含的人机工程学因素，并指出中国未来的产品设计必须符合人机工程学，使人性化的设计真正体现出对人的尊重和关心

关键词：人机工程学，工业设计，人，舒适性

随着科技生产的不断进步，作为一门研究“人—机—环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系，解决系统中人的效能、健康问题提供理论与方法的科学—人机工程学在我们日常生活中应用越来越广泛了。随着人机工程学在我们使用的生活物品中越来越多的应用，为我们的生活带来了很多方便，也使我们的生活更加舒适。随着社会发展，人们的生活水平不断提高，对于很多物品不仅仅只要求其功能性，逐渐地开始追求使用的舒适性方便性，所以人机工程学的研究对于未来很多事物的设计有着重要的指导意义和现实意义。人机工程学是采用科学的方法研究人、机、环境三大要素之间的关系。将人机工程学应用于物品设计中，由于符合人的生理学和心理学规律，使我们的生活更加舒适。现在仅从工业设计这一范畴来看，大至宇航系统、城市规划、建筑设施、自动化工厂、机械设备、交通工具，小至家具、服装、文具以及盆、杯、碗筷之类各种生产与生活所创造的“物”，在设计和制造时都必须把“人的因素”作为一个重要的条件来考虑。若将产品类别区分为专业用品和一般用品的话，专业用品在人机工程上则会有更多的考虑，它比较偏重于生理学的层面；而一般性产品则必须兼顾心理层面的问题，需要更多的符合美学及潮流的设计，也就是应以产品人性化的需求为主。下面以具体例子分析说明人机工程学在产品中的应用；

1.座椅中的人机工程学

1.1 人们在生活和工作时，离不开座椅，特别是以坐姿进行工作的人，每天都有1/3以上的时间在与座椅打交道，因此座椅设计除了材料运用得当及造型大方美观以外，更重要的是要符合人机工程学设计原则。根据人类工效学原理，座椅的功能、尺度与人体生理特点密切相关。由于座椅的用途不同,对座椅的功能要求也各异。这些功能要求是人们工作和休息的重要条件。不恰当的功能、尺度会影响人们的工作效率和身体健康。好的座椅可以减轻人的劳动，使人感到心情愉快，而好的座椅得益于正确地使用人机工程学

A

B

1.2从人机工程学原理出发考虑，一个性能优良的座椅应当符合的基本要求如下：为人们提供一个舒适的坐姿，符合舒适坐姿的生理特性，减轻人们的肌肉酸痛和疲劳。以上A图中的座椅符合人机工程学，B图中的为普通座椅。A中符合人机工程学的座椅的结构和尺寸设计使人们的脊柱形态接近于正常自然状态，可以减少腰椎的负荷以及腰背部肌肉的负荷，座椅的设计符合压力分布不均匀原则，让不宜承受重压的大腿等部微微高于可以承受重压的坐骨结节处，可以防止人们的疲劳发生。B中的普通座椅坐垫为平面的，长时间的坐着会使人感到疼痛，而靠椅不是人们的脊柱形态的正常状态，会使靠在上面的人感到肌肉酸痛。综上，符合人机工程学原理的座椅比普通更加舒适。

1.3人机工程学在座椅的设计中的应用也逐渐成熟，利用人机工程学原理来进行座椅设计是座椅设计发展的必然。符合人机工程学原理的人性化设计最实在，同时也是最前沿的潮流与趋势，是一种人文精神的体现，是人与座椅完美和谐的结合，使人性化的设计真正体现出对人的尊重与关怀。因此，我们必须加大对人机工程学原理在座椅设计中的应用研究。

2.手工工具中的人机工程学

2.1手工工具例如钳子、简单等是人们在日常生活和某些特定的工作中经常要用到的一些工具。它们的主要的作用区域是手腕臂以及上肢部分，如果设计不当，给使用者带来的累计损伤疾病是十分严重的。通过应用人机工程学原理对手工工具的使用方式，使用状态以及造成累计损伤疾病原因的分析，一方面可以提高工作效率和质量，另一方面可以提高安全性，减少疲劳和压力，增加工作的满意度和改善生活的质量。

符合人机工程学

普通剪刀

2.2在上图中左边的剪刀属于改进的人机工程学产品，它抬高了大拇指工作时的位置，使得大拇指的掌骨与腕骨之间的关节弯曲，减少了骨与骨之间的运动的摩擦，对保护手指关节是有利的，同时，它的下半部的施力处为一平面，这样也可以减少施力时手指部位的受力，对食指，中指，无名指也起到了保护作用。右图所示的剪刀是早期的样式。这种剪刀的手部作用空间比较打，除了大拇指的其余四只手指受力比较均匀，但是大拇指的受力比较明显。大拇指的远节指骨和中节指骨间的关节伸展，长时间地保持这一姿势对关节处的韧带不利。其次，受力部位由手指转移到了手掌内侧的部位，长时间作用或是高强度的作用都会对肌肉组织产生影响。

2.3 目前人机工程学的原理已经应用到很多工具中了，大大的提高了人们工作时的舒适性。所以在未来的手工工具的设计时，仅仅考虑手的要求是不够的，还要了解人体各部位的生理特点，设计适合的工具，以减少对人体的损伤，同时提高工作效率。

参考文献

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网址：http://wenku.baidu.com/view/037396d43186bceb19e8bbbd.html

第五篇：汽车人机工程论文

摘要

目前汽车尤其是乘用车设计强调以人为中心，舒适性一直是汽车设计的主 体和追求目标。商用车是汽车工业产品型谱中的重要组成部分,在我国国民经济建设和社会发展中发挥着巨大的作用。近年来随着我国国民经济的快速发展、高等级公路的大量修建以及物流业的迅速发展,我国商用车发展迅速。国内商用车企业虽然具有一定的自主研发和科技创新能力,但在商用车人机工程设计开发方面与国外相比还有一定的差距。运用人机工程学原理对商用车驾驶室进行科学合理的设计,改善驾驶员工作环境,对于提高商用车主动安全性,保证驾驶员行车安全和身体健康具有重要意义。

本文结合所承担的“十一五”国家高技术发展计划(863计划)项目“重型汽 车集成开发先进技术(2006从110105)”,对重型商用车人机工程设计与评价方法 和关键技术进行了深入、系统研究,论文完成的主要研究工作如下:对重型商用车驾驶室人机工程学设计的主要内容和过程,以及采用的统计学方法进行了研究总结,建立了重型商用车人机工程设计方法。

研究了根据人体测量学数据建立用于商用车人机工程设计和分析数字人体模型的关键技术,包括人体测量学参数描述、运动学和动力学建模、人体肢体运动驱动和姿势求解的正向和反向运动学问题、几何建模和外观可视化、性能建模等,建立了三维数字化人体模型,开发了具有自主知识产权的重型商用车人机工程设计评价系统(SHOVED)。

利用该系统对某商用车驾驶室座椅H点位置、前后方视野、A柱盲区、仪表视野和平均观测距离、手伸及性,踏板舒适性,操纵方便性、风窗刮扫面积和上下车方便性等人机性能进行了设计、分析与评价。结果表明,该车型的人机性能满足国内外标准要求,并给出了进一步改善驾驶室人机性能的建议。提出了一种改进的人体姿势舒适度评价方法,即采用人体肌肉负荷作为姿势舒适性的客观量度,而肌肉负荷从宏观上根据关节载荷计算;通过仿真分析获得姿势空间内姿势舒适性的分布;对姿势舒适性分布数据进行统计分析,建立姿势舒适性评价模型。

本文将商务车驾驶室作为一个特殊、复杂的人机系统，运用人机工程学理论，借助计算机仿真技术，实现了装载机驾驶室人机系统设计的计算机化。该方法为 缩短装载机新机型的开发周期，降低开发成本，也为进行驾驶室设计和性能检验 提供了一种有效手段。

关键字：人体测量学，驾驶室，人机工程学，数字人体模型

ABSTRACT Nowadays，the modem vehicle especially the car emphasis on that men is the center，and the designing of Vehicle is the main content and target to Heavy-duty commercial vehicle is important part in automobile product catalog, and plays an important role in our national economical construction and social development.In recent years, with rapid development of the Chinese national economy, extensive construction of highway, and development of logistics industry, Heavy-duty truck industry develops rapidly in China.Although domestic commercial vehicle enterprises have the abilities of self-R&D and science and technology innovation, but domestic commercial vehicle enterprises lag behind oversea automobile companies in ergonomic design.From the Point of view of vehicle design, the most direct way to improve the active safety of vehicle and Working environment of drivers’ safety and health, is to design the cab scientifically by using the ergonomic theories.Based on national’863’high-tech development Project” Advanced Technology of Integration and development for Heavy-duty Truck”(No.2206AAll0105), The profound and systematic research works are carried out in this dissertation focusing mainly on the key techniques of Heavy-duty commercial vehicle cab ergonomic design and evaluation method.The major research contents are finished as follows: A summation is conducted for the ergonomic design contents, Processes and Statistical method of commercial vehicle cab.A ergonomic design method for Heavy-duty truck is established.In this dissertation, key techniques of modeling of digital human used for Heavy-duty commercial vehicle ergonomic design and analysis are studied, including anthropometry Parameters description, kinematics and dynamics modeling, direct and reverse kinematics for limbs driving and Posture calculation, geometric modeling and visualization, Performance modeling, etc.A 3D digital human model is built up.By integrating these functions, together with vehicle modeling and ergonomic analysis features, a Heavy-duty commercial vehicle ergonomic design and evaluation system SHOVED(System for Heavy-duty Commercial Vehicle Ergonomic Design)is developed.By using SHOVED, cab concept can be constructed based on the cab parameters inputted, test samples of target population for ergonomic analysis can be generated, comfort of upper and lower extremities can be evaluated considering steering, shift and pedal operations, front and back vision field, A-Pillar dead ground, dashboard vision field and mean observation distance, windshield sweep area, and convenience for up-and down truck can be analyzed and evaluated.Results show that ergonomic Performance of target vehicle satisfied domestic and SAE standard requirements.A few suggestions are proposed for improving ergonomic performance of the cab further.In this study, loader cab Was taken as a special and complex man machine．By the aid of the theory of man·machine engineering and computerized simulation the CAD method of loader cab Was realized．With the new design method。The development cycle and cost were decreased．And it provides an effective way for loader cab design and performance tests．

Keywords：Anthropometry Heavy-duty Commercial Vehicle Cab

第一部分 前言

1.1论文研究背景

商用车发展的潮流是行驶安全性越来越好,技术含量越来越高,驾驶越来越舒适和人性化。在人们生活水平大幅提高的我国,随着汽车工业技术水平的不断提升和消费者的不断成熟,会对商用车的舒适性和安全性有着越来越高的要求,使得进一步研究和改善商用车的人机性能十分必要。在驾驶室布置设计中,人机工程学的研究及应用是提高舒适性、安全性最直接的措施,特别是对驾驶和乘坐环境的改进尤为显著。良好的人机工程设计会充分考虑操作者的生理、心理等因素与人一车一环境系统的状态,是实现汽车人性化设计的重要方面。人机工程布置还会影响整车内外造型的尺寸,进一步影响整车的总体性能和市场竞争力。从某种意义上讲,人机工程设计的好坏直接决定了汽车设计水平的高低。

近几年,汽车安全性也成为人机工程学研究热点之一。国外汽车工业重视“以 人为本”的同时,加大了汽车安全驾驶的研究力度,强调通过合理设计和车身结构的改进来减少汽车碰撞损失和加强行人保护（1）。目前仍然有许多问题要借助人机工程学手段做传统的汽车设计过程是从概念设计到初步设计、详细设计和分析反复进行的过程,其中概念设计和初步设计中都包含了车身布置设计的内容,它是进行造型和详细设计的基础。随着并行工程、计算机集成制造系统技术和计算机技术在汽车设计中的不断应用和发展,现代汽车设计流程已将造型设计、布置设计、结构分析等内容同步进行。但为减少协调的时间和保证设计效率,在设计初期就以布置设计的要求为依据下达造型等工作的任务书,并不断在布置和其它设计内容之间进行协调,最后完成设计。因此,布置设计是概念设计过程中很重要的内容进一步研究解决。

1.2人体模型

驾驶室设计需要利用人体模型来尽可能的模拟现实中的人，从而缩短与人体 有关的零部件的设计与评价周期。以人体参数为基础建立的人体模型是描述人体 形态特征和力学特征的有效工具，是研究、分析、评价、试验人机系统不可缺少 的重要辅助手段。科学、合理的建立人体模型是人机工程设计的基础。对于像装 载机这样比较复杂的设计对象，应用人体模型是一种重要的辅助手段，它既可以 表现设计结果，也可以用来调整设计，以确定最终设计尺寸。

人体模型按构造方法可以分为物理仿真模型和数学仿真模型两类。我们在 人机工程设计领域常用的人体模型有二维人体模板、三维人体模型、人体数学模 型和数字人体模型，最后一类人体模型以计算机技术为基础，能够与设计对象的 数字模型进行交互，使人机系统三维显示在设计师的面前。其特点是反映的信息 量大，便于解决相关的复杂计算，是产品的设计更加直观、快速和可靠。

人体模型在装载机驾驶室设计中作为一种辅助手段，它既可以表现设计结 果，也可以用来轻松调整设计方案，从而确定最终设计尺寸。将人体模型引入到 通过CAD技术建造虚拟的三维作业空间模型中（2），可以对比、分析、评价作业空间 的多种设计方案。计算机中产生的三维图形可以使设计师更加方便、快捷的调整 人—机—环境之间的相互关系。通过多个设计方案的对比、分析、评价，最终能够优选出最合理的作业空间。1.3商用车人机设计方法

人机工程设计通常始于概念设计初期。此前,先要明确产品开发的目标；并通过对标分析，确定人机工程设计的基本概念、目标和约束条件(如:驾驶室长、宽、高，座椅高度,前方地面盲区长度等)。此外,还要了解目标驾驶员群体特点（男女比例、地区、年龄特点等)和人体尺寸,作为人机工程设计的依据，商用货车具有底盘高，驾驶室为平头,驾驶室内部高度方向空间大、长度方向空间紧凑等特点。此外，重型商用货车的驾驶员群体多数为男性。对于全新开发车型,重型商用货车人机工程设计主要内容和流程。最终的布置结果必须满足如下要求：（1）乘员坐姿符合乘员群体舒适乘坐要求；

（2）保证必须的空间,以保证驾驶员操作灵活准确,增强舒适性和安全性；（3）操纵装置的布置位置和作用力大小符合人体操纵范围和操纵力特点；（4）驾驶员视觉信息系统适合人眼视觉特性和驾驶员视野要求,且能及时获得 正确的驾驶信息。

从总体上讲，汽车人机工程学设计分为初步设计和后期校核两个阶段。初步设计的任务是建立乘员和室内主要部件的布置方案。传统的人机工程初步设计或者对于全新开发所进行的初步设计,参考的资料和数据相对较少，通常可以按照一定的设计流程来建立一个初步的设计方案。由于设计内容是从驾驶员乘坐和驾驶环境设计参数定义开始,然后过渡到驾驶室、乃至整车的设计参数定义,因此,这种设计过程又称为从内到外的设计，从内到外的设计过程中,为了方便进行乘员布置、表达设计意图、进行视野校核、以及工程制图等,通常借助一些设计工具辅助完成。初步设计是整个设计过程中至关重要的阶段。初步设计的结果为后续的详细设计确定了基本的基调。本节对重型商用车驾驶室人机工程学初步设计方法进行了研究总结，并应用于本公司的某款车型的开发中，取得了良好的效果（3）。

装载机驾驶座椅主要参数的人机工程要求。

1.4驾驶座椅主要参数的人机工程要求

驾驶座椅属于工作用座椅，通过以往的设计经验和相关实验，对工作用座椅的主要参数有相应的人机工程设计要求，见表1-1。

表 1-1 座椅主要设计部位及设计要求

1.5 人机工程设计原则

人机系统中，操纵装置是将人的信息输送给机器，用以调整、改变机器状态的装置。操纵装置将操作者的信号转换成机器的输入信号，是人机信息交互的重要组成部分，其设计是否合理，直接关系到整个人机系统能否正常安全运转。遵循人机工程设计原则，这就要求保证操纵装置的操纵有效性，同时要考虑到以下几个方面：(1)操纵器的形状适应人的生理特点；(2)操纵器的形状便于触觉对他进行识别；(3)尺寸应符合人体尺度的需要。根据人与物接触部位不同，操纵器可以分为手控操纵器和脚控操纵器，这两种操纵装置在装载机驾驶室中都存在。

装载机工况和作业要求复杂，因此其操纵装置除了常规的踏板和操纵杆，还有不同于普通车辆的动臂操纵杆和铲斗操纵杆，这就要求在操纵装置的人机工程设计中，要充分考虑驾驶员的生理特点，也要考虑操纵装置的使用功能和使用情况。而且装载机的操纵装置使用频繁，其在驾驶室内的布置及操作顺序要符合人的生理、心理特点和运动习惯。

第二部分 工作原理

2.1 汽车人机工程设计 国外对汽车人机工程学的研究起始于上世纪五十年代,主要集中在北美地区, 尤其是推出了很多标准，有的已被国际标准组织所采用,如:三维H点装置、眼椭圆等。这些研究为科学地从事汽车人机工程设计奠定了良好的理论基础和方法条件。

在国内,温吾凡、刘金秋等人都曾对人机工程学应用于汽车驾驶室设计中的关键问题进行过研究。葛如海专门研究了重型商用牵引车驾驶室设计的人机工程问题。经过对人机工程学在汽车内部布置方面应用和相关国内外标准进行消化吸收的基础上,一些人研究如何将领域知识凝练到软件中,以快速地完成人机工程设计和分析。例如:宋宝玉、李维斗等人研究开发了驾驶室人机工程设计软件。

在人机设计方案评价方面,许多企业和高校也在不断研究。有的研究了一种主观评价内部布置的方法,选择一定数量的有经验的驾驶员,根据驾驶经验、舒适性感受等主观判断,对驾驶室各部分进行主观打分,从而实现主观评价。有的系统研究了汽车驾驶室设计的人机界面评价过程,包括从厂商的项目提出到最终的综合人机评价等个步骤，研究了汽车坐姿不舒适性主观评价方法,并研究了通过易读性、量表信度和表面效度的显著性水平来简化问卷指标的方法。

2.2 踏板布置

加速踏板的安装位置和驾驶员座椅高度决定了驾驶员的基本乘坐姿态,对驾 驶员坐姿舒适性和各项功能操作具有重要影响(4)。此外,加速踏板位置还决定了驾驶室其它部件（其它踏板、转向盘等）的布置位置,是车内布置的重要参考元 素。加速踏板布置分析主要关注以下问题:（1）踏板中心高度。会影响驾驶员踩关节舒适性。由于加速踏板踩踏频繁,其布置必须考虑长时间操作的舒适性。加速踏板未踩下时,应保证跺关节角度A46不小于870,踩到底后A46不大于105“,以保证驾驶员踩关节舒适；

（2）踏板表面倾斜角度要合适,否则会影响踏板表面和脚底面的贴合；（3）要保证驾驶员脚底施力位置始终处于踏板中心附近；

（4）踏板转动中心位置要合适。不合适的转动中心位置,不能保证在踩踏行程范围内脚底施力点位置始终位于踏板中心附近,或者踏板表面与脚底面的贴合；（5）制动和离合踏板的位置可参照加速踏板位置进行布置。为保证紧急制动时,驾驶员不会误踩到加速踏板,通常制动和加速踏板表面错开一定距离；

（6）确定所有踏板高度和前后位置之后,还要确定侧向的位置和间距,包括离 合踏板与驾驶员中心线、制动踏板与驾驶员中心线、以及制动踏板与加速踏板之间的间隙。

根据上述原则,可以对踏板的布置方案进行分析和评价,乃至给出合理的布置 建议。踏板布置相关尺寸参见图2-1。

图 2-1 SAE定义的踏板布置尺寸

2.3 H点方案设计

2.3.1人体设计样板法

人体设计样板法是采SAEJ826中定义的H点二维人体设计样板[58]来布置定位 H点位置,如图2-2所示。

图2-2 H点二维人体模板

在踏板位置方案确定之后,将第95百分位的男子人体模板按要求摆放在驾驶室内。将其加速踏板踵点AHP与踏板附近指定的地面上的一点重合,整个脚掌绕AHP旋转至脚掌与踏板面贴合;调节背部角到要求的角度然后锁定,从而定位躯干;再调整模板小腿和大腿的角度,则这时的设计H点为最后H点。按同样步 骤将第5百分位的女子人体模板摆放在驾驶室,所得到的设计H点为最一前H点。根据第5百分位女子和第95百分位男子H点来确定H点的上下、前后调节行程。这种确定H点的方法简单可行,在内部正向设计初期是一种很重要的方法。但是人体模板虽然是用统计意义上的人体数据所创建的,但是并不具有实际代表意义,因为它只是两个人体模板,只是两个个体,并且这种统计意义上的人体模板在现实生活中是很少会存在的。所以利用这种人体模板设计出来的H点适应度是不够的。虽然应用的是95百分位的男性人体模板和5百分位的女性人体模板,但是实际上设计出的H点并不一定能够保证良好的适应性。2.3.2 SAE适意H点位置曲线法(5)

1985年,SAE推出了SAEJ1517标准,用来辅助进行驾驶员H点布置。SAEJ1517中推荐了不同百分位的一组适意驾驶位置时H点的位置线哗],其中每一条曲线都表征了H点位置与定位参考点之间的水平XH和垂直方向ZH的位置关系。对于B类车,zH与xH呈线性关系,参见表2-1。图2-3给出了B类车的一SAE适意H点位置线。给定不同百分位的H点高度就能够得到最后、最前以及其它百分位的设计H点,座椅的行程和升程可根据最后和最前H点来确定。

表2-1 SAEJ1517中推荐不同百分位的一组适意驾驶位置的H点位置线

图2-3 B类车SAE适意H点位置曲线

SAE适意线是根据早先的美国人体数据,经统计分析之后得出的,对于不同 时代、不同国家的人体统计数据不一定适用。计算对应某一百分位的H点时只能得到一个点,灵活性较差。同时,SAE适意线法没有将目标驾驶员群体的统计特 性,尤其是国别、身材、男女比例、百分位等作为参数,因此,不能针对任意给的驾驶员目标人群都适用。SAE适意线比较适合于在从内到外的车身布置方法中使用。因此,很多人也研究了其它的H点布置方法。2.3.3 面向指定驾驶员群体的H点布置方法

驾驶员座椅的布置通过确定不同身材驾驶员乘坐位置(H点位置)来实现,这 些H点分布呈现一个范围。对于重型商用货车,用一个矩形表示驾驶员群体中一 定比例个体H点位置的分布范围,称为H点调节窗口160],其位置和尺寸反映了设计方案对于目标群体的适应程度,通常要求适合90%的驾驶员;此外,在保证驾 驶员下肢舒适的前提下,将座椅位置布置得适当靠前一些,以保证良好的驾驶员 前方下视野。H点的布置是驾驶室内其它布置设计的基础,并且关系舒适、安全 等多方面性能,因此,在最基本的驾驶员乘坐方案中,必须科学、准确地设计H点调节窗口。

已知条件为地板和加速踏板参考点PRP位置,参见图2-4。在布置坐标系尤02下,某一个体驾驶员的H点位置坐标,驾驶员上半身越倾向直立。硬点尺寸H30为座椅高度，是乘坐参考点到加速踏板踩点的垂直距离,反映了群体命分布的状况。对于带有高度方向调节功能的座椅，应位于H点调节窗口的右边界中点处。设计中通常根据对标分析或设计目标给出刀30,再据此确定H点在水平和垂直方向的分布范围,即硬点尺寸TL23、升217和L53。上述硬点尺寸和术语的定义参见文献,这里的刀30、L53指的是汽车设计参数。

图2-4 重型商用车H点布置

商用车主要考虑男子群体。根据我国成年男子身高、坐高的均值和标准 差,计算覆盖群体范围90%的群体身高Hs和坐高从的分布边界,见图2-5;在边 界上生成分布均匀的8个样本点,其人体尺寸参见表2-1。在布置坐标系口刃Z中，大腿长度L3、小腿长度L4、以及跺关节到踩点的距离Lg有关。通过分析得知，与乘坐位置有关的变量L3、L4和Lg的分布只存在一个很显著的主成份,可根据它的单调性来设计H点调节窗口。鉴于下肢长度的单调性与该主成份是一致的,有理由选取样本点中下肢长度最长和最短的两个作为设计样本。通过对比可知,下肢最长的样本点是P5,最短的样本点是P6。

图2-5覆盖群体分布的样本点

表2-2样本人体尺寸

根据已知条件(PRP、地板和万30),以及商用车驾驶员肢体活动范围,计算H 点分布范围,计算公式如下2-1：

分别计算两个样本点的H点分布区域,如图2-6所示。

图 2-6 H点调节窗口

在图中画出了不同舒适程度的区域,以不同的颜色表示。在这两个区域中分别选取一点作为最前最低H点(图中Pl)和最后最高H点(图中P2),由这两个点形成H点调节窗口。所选的H点应尽可能具有较好的舒适性。如前所述,sgRP位于H点调节窗口的右边界上,所以,选取这两个H点的时候,还要使H30尽可能与设计目标值一致;并在保证H点调节窗口左下角和右上角落入相应H点分布范围的同时尽可能减小TL23和Z日17,以减小座椅调节机构设计难度。

2.4 布置工具图形定位

布置工具图形是进一步进行仪表板、操纵件布置,保证目标驾驶员群体中的大多数人具有良好的驾乘舒适性有力工具(7)。2.4.1 SAE眼椭圆

B类车椭圆标准的内容自1987年以来一直没变。尺寸参见表2-3。B类车定位时以ATRP，驾驶室布置工具图形定位基准点作为基准点。由于操作B类车的驾驶员中，具体车型的不同,驾驶员群体中男女比例可能会有较大的差异,因此,眼椭圆定位时需要考虑驾驶员群体中男女比例。此外,在侧视图上,眼椭圆关于其中心有向前下方11.6度的转角；在俯视图上，左右眼椭圆关于其中心有向右侧5.4度的转角。

表2-3 B类车椭圆尺寸

图2-7 B类车眼椭圆

表2-4 定位公式

眼椭圆中心相对于Al,RP点的定位公式列于表2一4。表中,万为椭圆中心相对于ATRP的水平距离;玖、殊分别为左、右眼椭圆中心相对于ATRP的侧向距离;z为圆中心相对于ATRP的垂直距离。眼椭球绕其中心旋转:在俯视图中向内侧偏5.4度,侧视图中向前下偏转0.6度。ArRP是驾驶室布置工具图形定位基准点,是SAEJ1516标准中定义的、用于定位布置工具图形的基准点(8)。对于A类车,根据95th百分位H点位置曲线和H点高度计算ATRP。对于B类车,根据50th百分位驾驶员H点位置曲线、H点高度和驾驶员男女比例来计算户a,RP。ATRP位置根据下式计算:

2.5转向盘布置

转向盘布置，包括确定中心位置、倾角和轮缘直径。合理地布置转向盘, 对于改善驾驶员操纵姿势、减小操舵力,从而降低驾驶疲劳程度具有重要意义。确定转向盘的位置要考虑与仪表板和驾驶员之间的距离合适。转向盘轮缘到驾 驶员躯干的距离不宜小于250mm,这个间隙是安全的重要保证。转向盘前后位置还要保证驾驶员打转向时的伸及性。转向盘的高度的确定应考虑驾驶员上肢的舒适性,太高会造成“端胳膊”的感觉,容易加快疲劳。由于不同身材驾驶员乘坐位置和肢体尺寸的离散性,上述要求不容易对于大多数人都满足,因此,转向盘的位置一般设计成可调节的,使得大多数人都能够通过调节获得舒适的转向盘操作位置。

转向盘倾角的选定应该使转向盘轮缘所在平面尽量与驾驶员观察仪表时的接近视线垂直,以获得最佳的仪表视野;同时,还要与手部抓握轴线的方向相适应。商用车转向盘直径通常大于450mm。太小则操纵不稳定,且影响仪表视野。转向盘直径太大会浪费布置空间。很多商用货车都装有转向助力装置,不必采用加大直径的办法来减小操舵力(9)。

最终所确定的转向盘中心位置、倾角和转向盘直径,是通过反复进行驾驶员 人体、座椅、转向盘布置和位置校核后得到的。现代转向盘上还集成了许多操纵钮键,如雨刮器开关,风挡玻璃洗涤器喷水开关,大灯、转向灯、小灯开关,喇叭按钮,巡航按钮等。布置这些的时候要考虑手指操作的伸及性。适当选择这些钮件的形式和操作顺序,保证操作方便性。

2.6仪表板布置

2.6.1仪表板主断面设计

仪表板主断面位于驾驶员中心对称面处。仪表板主断面的设计是驾驶员坐环境概念设计的重要内容。参见图2-8。

图2-8仪表板断面设计原理

根据驾驶员前方地面盲区要求作前方下视野线切,与眼椭圆下方相切,则切 与水平面所成的角度即为驾驶员前方下视野角a。为保证前方下视野的要求,应该使仪表板上方最高点、前风窗玻璃下边缘和转向盘轮缘都低于下视野线切。作转向盘轮缘最高处截面下方和眼椭圆上方的公切线L1,作转向盘轮毅上方和眼椭圆下方的公切线L2,则仪表盘应该布置在Ll和L2之间。连接仪表盘中心和眼椭圆中心的直线L3,它应平分L1、L2之间的空间;直线U与水平面的夹角应该在30“范围内。仪表盘平面到眼椭圆中心的距离R最大为75Omm,推荐距离为710~。仪表盘平面与直线L3的夹角一般控制在80度到100度范围内。2.6.2仪表布置

仪表盘和仪表在宽度方向的位置应布置在可视区域内。为此,应该作出不受方向盘阻挡的可视区域。在可视区中心附近应该布置最常用、最主要的仪表,如: 车速里程表(10)。在最重要的仪表周围布置一般性仪表,如:发动机转速表、燃油表、发动机水温表等。有些汽车仪表盘上还集成了发电机状态、灯光、变速档位、环境温度、路面倾斜度等仪表。这些仪表排列顺序应与其认读顺序相一致,同时考虑它们彼此之间逻辑上的联系。相互联系越多的仪表应布置得越靠近。当仪表很多时,应按照它们的功能区分排列,区与区之间颜色搭配应有明显的区别。性质重要的仪表区,在仪表板上要有引人注目的背景。2.6.3仪表罩布置

仪表罩要有足够的深度,以遮住射向仪表玻璃的光线。设计时应进行眩目检查。

如果入射光经过仪表面反射后不会与眼椭圆相交,就不会产生眩目现象。仪表罩的布置不能影响前方下视野,其断面应该布置在前方下视野线Ld以下、公切线Ll的上方。仪表罩最前端与转向盘要保持一定的距离，免发生干涉。

第三部分 结论

本文是对商务汽车驾驶室设计方法构架及其相关参数评价方法的有益探索，以人机工程学为基本原理，借助计算机辅助技术，对装载机驾驶室进行人机工程设计，能够提供给驾驶员舒适的驾驶姿势，良好的视野和合理的操纵装置布局，以实现安全、舒适、健康、高效的人机系统设计目标。研究过程中借鉴了其它工程车辆和汽车设计中较为先进、成熟的技术，并取得了良好的效果。本课题的主要研究工作和成果如下：

（1）在驾驶室人机工程设计方法研究中,根据重型商用车和驾驶员群体的特点, 研究了人机设计的前期条件、设计要求、设计流程、具体设计原理和基于统计学的设计工具,建立了适用于重型商用车任意目标驾驶员群体的通用人机工程设计方法。

（2）数字人体模型在汽车人机工程方案设计和工效分析中发挥着越来越重要的 作用。在数字人体建模方面,本文研究了根据人体测量学数据进行数字人体参数 化建模的关键问题,研究并筛选了合适的人体测量学参数,建立了人体运动学和 动力学模型,研究并实现了人体肢体运动驱动和姿势求解的正向和反向运动学功 能,研究了人体几何建模和外观可视化问题,以及常见人体性能,建立了三维数 字化人体模型。将上述功能和汽车建模、工效分析等功能集成,开发了专用于重 型商用车人机工程设计评价系统SHOVED,能够根据输入的汽车参数建立驾驶室 的概念描述,生成人机工程分析的人体模型样本,对转向、变速、踩踏板等操作 的上肢和下肢舒适性进行分析,进行视野分析和伸及性分析等(11)。

（3）深入研究了驾驶员驾驶和乘坐姿势的舒适性。提出了采用人体肌肉负荷作 为姿势舒适性的客观量度,而肌肉负荷从宏观上根据关节载荷计算来评价舒适度 的方法。进行了驾驶员姿势舒适度仿真分析,获得了姿势空间内舒适性的分布;对姿势舒适性分布数据进行统计分析,建立了姿势舒适性评价模型。克服了以往 所建的模型主观因素准确性低,模型粗糙的不足。并将所建姿势舒适度模型,用 于某重型商用车H点布置方案的优化设计中,收到了良好的效果。

（4）某重型商用车样车的人机性能进行了客观评价,分析了该车型手操纵件伸 及性和舒适性、仪表视野、前方视野、后视野、前风挡玻璃刮扫区域、驾驶室进出方便性和乘坐空间等方面的人机工程性能。

（5）提出了一种重型商用车人机性能的主观评价方法,对所开发的重型商用车 的手操纵件伸及性和舒适性、A立柱盲区、仪表视野、前方视野、后视野、前风挡玻璃刮扫区域、驾驶室进出方便性和乘坐空间等人机工程性能进行了主观评价(12)。

结果表明,所研究车型的人机工程设计方案比较合理,但仍存在一定的人机性能 方面的提升空间。

第四部分 参考文献

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