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1、第三章人机工程布置与车室尺寸设计,1,2,3,4,5,6,返回总目录,第 3章目录,人操纵机器时所需要的活动空间，加上机器、设备、工具、用具、被加工对象所占有的空间的总和，称为作业空间。作业空间设计的内容:空间布置 座椅设计 工作台设计 环境设计,3.1 作业空间设计的原则,4,作业空间设计的人机工程学原则(1)作业空间设计必须从人的要求出发，保证人的安全、健康、舒适、方便。(2)从客观条件的实际出发，处理好安全、健康、舒适、高效、经济诸方面的关系。(3)根据人体生物力学、人体解剖学和生理学的特性,合理布置操纵装置和显示装置。,3.1 作业空间设计的原则,(4)按照操纵装置和显示装置的重要程度
2、进行布置。(5)按操纵装置的使用频率和操作顺序进行恰当布置。(6)按操纵装置和显示装置的功能，将功能相同或相互联系的装置布置在一起，以利于操作者进行操和观察。(7)作业面的布置要考虑人的最适宜的作业姿势、操作动作及动作范围。(8)注意安全及人流、物流的合理组织。,3.1 作业空间设计的原则,6,作业中常用的作业姿势有坐姿、立姿、坐-立姿。设计作业空间时，必须考虑人体尺寸的约束条件，以我国成年男性第 95 百分位身高为基准，女性约为男性的 0.9346 倍。作业空间设计时，人体测量的静态数据(结构尺寸)与动态数据(功能尺寸)都有用处。对大多数设计而言，因为要考虑身体各部位的关联与影响，所以必须基
3、于功能尺寸作出设计。利用人体测量数据时，数据必须充分反映设计对象的使用者群体的特征。,3.1 作业空间设计的原则,运用人体测量数据的步骤要点(1)确定对于设计至为重要的人体尺度(如座椅设计中，人的坐高、大腿长等)。(2)确定设计对象的使用者群体，以决定必须考虑的尺度范围。(3)确定数据运用准则：个体设计准则、可调设计准则、平均设计原则。,3.1 作业空间设计的原则,近身作业范围 操作者坐姿或立姿进行作业时，手和脚在水平面和垂直面内所能触及的运动轨迹范围，称为作业范围。作业范围是构成作业空间的主要部分，它有平面作业范围和空间作业范围之分。当需要连续和较长时间操作、需要精确而细致操作、需要手足并用
4、操作时，宜采用坐姿。如车辆、飞机驾驶员的操作。坐姿近身作业范围是指作业者在坐姿操作时，其四肢所及范围的静态尺寸和动态尺寸。,回到本章目录,3.2 作业空间范围,汽车驾驶员手伸及界面的空间曲面,回到本章目录,3.1 作业空间设计的原则,第 5 百分位的人体坐姿抓握尺度范围:男性 650 mm，女性 580 mm。,3.2 作业空间范围,手在水平平面内的作业范围,3.2 作业空间范围,男子坐姿操作时手和脚在垂直平面内的最优作业范围,正常的脚作业空间范围位于身体前侧、座高以下的区域，其舒适的作业范围取决于身体尺寸与动作的性质。,3.2 作业空间范围,手的空间作业范围（每格代表152 mm）,坐姿操作
5、时手的空间作业范围如图所示，图中圆弧实线表示正常作业范围，圆弧虚线表示最大作业范围，阴影线表示右手的最优作业范围。,3.2 作业空间范围,(1)作业空间布置的总则 a.重要性原则 b.使用频率原则 c.功能原则 d.使用顺序原则 进行系统中各元件布置时，不可能只遵循一个原则。通常，重要性原则和使用频率原则主要用于作业场所内元件的区域定位，而使用顺序原则和功能原则侧重于某一区城内各元件的布置。,3.3 作业空间设计,选择何种原则布置，往往是根据理性判断来确定，没有很多经验可供借鉴。在上述四种原则都可以使用的情况下，按使用顺序原则布置元件，执行时间最短。,面板布置原则与作业执行时间的关系,3.3
6、作业空间设计,人体上肢的最舒适作业区间是一个梯形区。作业面高度直接影响人体上臂的工作姿势。作业面太低，使得背部过分前屈；作业面太高，则须抬高肩部，超过其自然松弛位置，引起肩部、颈部疲劳。坐姿作业面高度如果能设计成可调的，操作者就可根据自身的条件调节至合适的位置。作业面的高度在肘部以下 50100 mm，可使肩部自然下垂，小臂接近水平。通常将作业面高度设计成固定的，而将座椅设计成可调的，以调节人与作业面的相对高度。坐姿作业时,操作者的腿部和脚 腿部也应有足够的自由活动空间,腿的最小活动空间应为人的第 95 百分位的臀部宽度值,最小深度应为人的第 95 百分位的膝-臀间距值。,坐姿作业空间设计,3
7、.3 作业空间设计,坐姿上肢的最舒适作业区,3.3 作业空间设计,典型的作业空间设计,立姿作业空间设计一般而言，人站立工作时较舒适的工作高度比站立时肘高低50100mm我国男性站立时的平均肘高为1020mm，女性为960mm对男性较合适的站立时的工作高度应为920970mm，女性为860910mm,典型的作业空间设计,立姿作业空间设计站立工作时工作台的高度与工作的性质密切相关精密的工作要求工作面距离眼睛近一些，以改善视力而重体力劳动则倾向较低的工作面，以便于手部用力,工作台是包含操纵装置和显示装置的作业单元,主要用于以监控为目的之作业场所。工作台设计的关键任务是将操纵装置与显示装置布置在操作者
8、的正常作业空间范围内,保证操作者方便而舒适地观察和操作,并为操作者长时间作业提供舒适稳定的坐姿。,回到本章目录,3.4 工作台设计,有的情况下,在操作者的前侧上方也有作业区,那种工作台同样必须保证所有的区域都在操作者可视可及范围之内。工作台的整体尺寸按面板上的操纵装置、显示装置的布置以及人体测量数据而定。,3.4 工作台设计,一种推荐的工作台作业面布置区域（依据第 2.5 百分位的女性操作者的人体测量数据得出）,3.4 工作台设计,汽车内部空间布置基础,23,硬点和硬点尺寸,1.布置硬点硬点是对于整车性能、造型和车内布置具有重要意义的关键基准；这些基准在总布置方案确定之后就固定下来，不能够随便
9、改动经过整车、底盘和人机工程学布置之后，就得到了一些作为造型设计输入的硬点，造型设计中必须严格遵守硬点所限定的尺寸和形状,24,硬点和硬点尺寸,1.布置硬点常用的硬点,25,Hp：胯点，也称为H点：躯干与大腿的关节点；Sp：肩点，上臂与肩的关节点；Kp：膝点，大腿与小腿的关节点；Ap：踝点，小腿与脚的关节点；AHp：踵点，脚跟的着地点。,2023/4/3,硬点和硬点尺寸,汽车实际H点：三维人体模型按规定的步骤安放于汽车座椅中时，人体模型上左右两H点标记连接线的中点。它表示人体在汽车上的实际位置。它是汽车内饰布置人机工程布置设计的基准点R点：座椅调整至正常驾驶位置范围的最后、最下时的胯点。是整车
10、内饰布置设计的开始点。,2023/4/3,硬点和硬点尺寸,R点和H点的区别,2023/4/3,座椅参考点(R):座椅参考点是指座椅上的一个设计参考点，它是座椅制造厂规定的设计基准点。考虑到座椅的所有调节形式（水平垂直和倾斜），座椅参考点确定了在正常驾驶或乘坐时座椅的最后位置。它表征了当第95 百分位的人体模型按规定摆放在座椅上时，实际H 点应与座椅参考点R相重合.,R点是主机厂给的座椅在调节到最后最下时两个胯部之间连线的中点，座椅以此点作为设计参考点，因此它是固定点。而H点是相对于座椅制造商来说的，H点也是两跨之间连线中点，但它是运动的他们实际做好座椅后，H点有一个平行四边形的运动范围，只有在
11、最后和最下位置时才与R点重合。而实际上制作出来的座椅不可能完全重合，所以需要用工具测量一下，允许有一个误差范围。,硬点和硬点尺寸,30,注意事项：1、踏板参考点与踵点的相对关系：踏板参考点（PRP）与踵点（AHP）的连线在Y方向上的投影长度为200mm，且与踏板在踏板参考点处相切。在Y方向上当BOF点与PRP点重合时，若脚模型与地板中通道发生干涉，则将脚模型沿Y方向平移至与地板中通道刚好不发生干涉的位置。2、踝角的定义：踝角是指小腿线与裸脚线的夹角，而不是小腿线与踏板平面的夹角，裸脚线与地板平面成6.5的夹角，为AHP点向上32.7mm的点与AHP向前286.9mm的点的连线。,6.2.3 硬
12、点和硬点尺寸,2.硬点尺寸硬点尺寸指连接硬点之间、控制车身外部轮廓和内部空间，以满足使用要求的空间尺寸,31,硬点和硬点尺寸,3.SAE J1100硬点尺寸硬点尺寸代号采用前缀+数字+后缀的形式表示后缀用“-1”、“-2”形式表示该尺寸为第一排、第二排，等等，依此类推,32,2023/4/3,33,表1-字母前缀含义表,Back,2023/4/3,34,表1续-字母前缀含义表,Back,2023/4/3,35,表2-数字范围含义（通用）,2023/4/3,36,表3-后缀的含义,2023/4/3,37,3.SAE部分尺寸介绍,长 度,宽 度,高 度,角 度,硬点和硬点尺寸,3.SAE J110
13、0硬点尺寸室内尺寸1,38,硬点和硬点尺寸,3.SAE J1100硬点尺寸室内尺寸2,39,硬点和硬点尺寸,3.SAE J1100硬点尺寸室内尺寸3,40,硬点和硬点尺寸,3.SAE J1100硬点尺寸室内尺寸4,41,硬点和硬点尺寸,3.SAE J1100硬点尺寸外部尺寸,42,硬点和硬点尺寸,汽车公司设计的车型要用一系列硬点尺寸来体现,43,2023/4/3,2023/4/3,45,长度1,2023/4/3,高度,H69 后排出口高度测量方法：后排座椅H点所在平面向上移动483mm与门密封条框线交点P1，通过P1与YZ平面平行的平面在水平方向向前254mm切门密封条框线得到最低点到座椅H点
14、所在平面的距离即为H69,H61 头部空间测量方法：在通过座椅H点与竖直方向成8度角的直线上座椅H点到顶棚的距离再加上102mm,2023/4/3,后排乘客截面,前排乘客截面,宽度,角度,2023/4/3,2023/4/3,汽车分类,美国对汽车的分类美国汽车工程师学会（SAE）标准根据驾驶员乘坐空间尺寸的差异将汽车分为A、B两大类A、B类车乘坐空间尺寸范围,55,汽车分类,2.美国对汽车的分类A类汽车：主要指乘用车，包括轿车旅行车多功能车（MPV）轻型货车B类汽车主要是商用车，包括中、重型货车大客车,56,2023/4/3,汽车室内空间设计需要考虑哪些人体包络尺寸？,头廓包络面,头廓包络生成原
15、理将平均头廓线样板上的眼点沿着眼椭圆轮廓上半部分运动，平均头廓线随之平动，描绘出的各个位置平均头廓线的包络就是头廓包络线,3.6.1头廓包络线,通过对人的头部尺寸进行测量和统计，SAE制定了平均头廓线，来描述侧视和后视方向头廓的平均尺寸,59,1.头廓包络面的尺寸行程可调节座椅的情况,60,3.6.1头廓包络线,A类车头廓包络,1.头廓包络面的尺寸行程不可调节座椅的情况,61,A类车头廓包络,2.头廓包络面的定位1）头廓包络面倾角适合A类车、行程可调节座椅的头廓包络面只在侧视图有向前下方12的倾角，其它视图方向的倾角为零。对于固定座椅，在各个视图方向倾角均为零,62,A类车头廓包络,2.头廓包
16、络面的定位头廓包络面中心位置（行程可调节座椅）,63,和头部相关的几个尺寸要求 1.H61 头部空间 2.W27 斜头部空间 3.L38 前额到遮阳板间隙,1.H61,2.W27,3.L38,头廓包络的应用,头廓包络的应用,当作出头廓包络之后，参照对标尺寸H61，并选择合适的L38、H41、L39等尺寸，就能够将头部空间和顶盖不同部位的高度确定下来,65,H41头廓包络线到顶盖的最小距离,L38驾驶员头部（头廓包络线）到前风窗及其附件的最小距离,L39最后排乘客头部（头廓包络线）到后窗内饰的最小距离,L38 额头到遮阳板板间隙测量方法：在座椅位置中心线截面上，95人体模型头椭圆到水平方向上最低
17、点 的距离（最低点的寻找可以用水平直线去切顶棚上的饰板，饰条等）,头廓包络的应用,在后视图上选择合适的W27、W35和H35等尺寸，就能够将宽度方向顶盖不同部位的高度确定下来这样就为造型和结构设计提供了依据和要求,67,H35后视图上，头廓包络线垂直移动到与顶盖零件接触时，头廓包络线中心移动的距离,W27过侧视头廓包络线最高点x平面内，头廓包络线自其对称线和y-y定位线交点斜向上30方向移动到遇到障碍物时的距离,W35过侧视头廓包络线最高点的x平面内，头廓包络线后视图的最小水平向外方向移动量,W27 斜头部空间 测量方法：95%人体模型头椭圆沿斜向上向外30度方向移动到触碰顶内饰位置所走过的距
18、离,驾驶员膝部包络线的生成,左右膝部包络线分别为两条圆弧。左膝部包络线（离合器踏板）的圆弧半径为103.25mm。右膝部包络线（加速踏板）的圆弧半径为113.25mm,69,驾驶员膝部包络线的定位,驾驶员膝部包络线定位步骤确定定位基准线和定位基准点；确定驾驶员男女比例；利用公式计算出膝部包络线圆心的位置,70,L48 膝部空间测量方法：在座椅H两侧127mm范围内，膝关节转动中心到座椅靠背的最小距离减去51mm。如果膝关节转动中心和座椅靠背干涉，则该值为负数。,3.6.3 驾驶员胃部包络线的生成,驾驶员胃部包络线对于确定转向盘与驾驶员座椅之间的空间尺寸，以及确定座椅安全带结构方案具有重要参考作
19、用。它被拟合为一圆弧，半径为157.45mm,72,驾驶员胃部包络线的定位,定位公式驾驶员男女比例为50:50时 驾驶员男女比例为75:25时 驾驶员男女比例为90:10时,73,乘员空间布置和人机界面设计,乘员空间布置最主要的依据是人体尺寸对于驾驶空间，由于目标驾驶员群体中个体尺寸的差异，要求乘坐和操纵件必须具有一定的调节范围，才能适应群体中的大多数驾驶员驾驶和乘坐要求,74,乘员空间布置和人机界面设计,常见有四种调节方式,75,乘员空间布置和人机界面设计,1.踏板布置1）加速踏板与人体操纵姿势加速踏板布置必须考虑长时间操作的舒适性加速踏板未踩下时，踝关节角度A46不小于87，踩到底后A46
20、不大于105,76,乘员空间布置和人机界面设计,1.踏板布置1）加速踏板与人体操纵姿势应该使驾驶员的拇趾点（BOF）踩在踏板中心位置；为此，需要计算踏平面角度和踏板中心高度,77,乘员空间布置和人机界面设计,1.踏板布置1）加速踏板与人体操纵姿势踏板表面的倾斜角度参照踏平面角来确定，使驾驶员鞋底脚掌处很好地与踏板表面贴合必须分析不同百分位驾驶员下肢的舒适性，尤其要考虑女性驾驶员穿高跟鞋驾驶的情况,78,乘员空间布置和人机界面设计,1.踏板布置2）制动和离合踏板布置制动和离合踏板的位置可参照加速踏板位置进行布置通常制动踏板和加速踏板表面错开一定距离,79,6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计,
21、1.踏板布置2）制动和离合踏板布置确定所有，包括离合踏板与驾驶员中心线的距离、制动踏板与驾驶员中心线的距离、以及制动踏板与加速踏板之间间距,80,6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计,1.踏板布置2）制动和离合踏板布置踏板侧向的位置轿车：应保证踏板中心线之间的距离在100150mm之间商用车：还应使制动和离合踏板到转向柱外壳之间有足够的间隙，以保证驾驶员的鞋距离转向柱外壳仍有少许空间,81,乘员空间布置和人机界面设计,1.踏板布置3）踏板行程和踏板力踏板行程的确定应该保证在踏板踩下后，踝关节角始终处于78105的舒适范围内行车过程中由于频繁踩踏，加速踏板要求操纵轻便在保证操纵轻便的同时，也要
22、保持一定的力反馈，即：保持合适的操纵力梯度,82,乘员空间布置和人机界面设计,2.驾驶员H点布置乘员座椅布置通过确定不同百分位乘员设计H点位置来实现驾驶员座椅：确定设计H点的位置和行程确定合理的设计H点调节方式和调节轨迹,83,乘员空间布置和人机界面设计,2.驾驶员H点布置1）适宜乘坐姿势人体乘坐的舒适程度与坐姿关节角度有关。舒适关节角度通常因车型而异,84,乘员空间布置和人机界面设计,2.驾驶员H点布置1）适宜乘坐姿势不同类型汽车，驾驶室地板高度和驾驶室高度不同，驾驶员乘坐姿态也要与之相适应,85,乘员空间布置和人机界面设计,2.驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置座椅调节行程主要包括三种：
23、两向调节行程、四向调节行程和六向调节行程,86,乘员空间布置和人机界面设计,2.驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置对于具有两向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,87,乘员空间布置和人机界面设计,2.驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置轿车：为保证驾驶员乘坐区域能容纳95%驾驶员乘坐，应以95th百分位男子设计H点作为正常驾驶时最后H点，以5th百分位女子设计H点作为正常驾驶时最前H点,88,乘员空间布置和人机界面设计,2.驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置设计H点调节范围（包括水平调节量TL23和垂直调节量TH17）根据5th百分位女子和95th百
24、分位男子设计H点位置确定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,89,6.3.1 乘员空间布置和人机界面设计,2.驾驶员H点布置2）驾驶员设计H点布置对于具有四向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四个设计H点位置确定：最前最高位置最前最低位置最后最高位置最后最低位置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六个设计H点位置确定,90,91,座椅调节形式,乘员空间布置和人机界面设计,3.转向盘布置转向盘布置包括确定中心位置及调节范围确定倾角确定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，从而降低疲劳程
25、度具有重要意义,92,乘员空间布置和人机界面设计,3.转向盘布置1）转向盘位置要保证转向盘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最小距离不宜小于250mm；足够的转向盘与躯干间隙是安全的重要保证转向盘前后位置在保证与驾驶员之间安全距离的情况下，还要保证驾驶员打转向时的伸及性转向盘高度的确定要考虑驾驶员上肢的舒适性太高会造成“端胳膊”的感觉，容易加快疲劳太低则容易与腿干涉（尤其是操作制动或离合踏板时）,93,乘员空间布置和人机界面设计,3.转向盘布置1）转向盘位置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，转向盘位置一般设计成可调节的，使
26、得大多数人都能够通过调节获得舒适的转向盘操作位置,94,乘员空间布置和人机界面设计,3.转向盘布置2）转向盘倾角转向盘倾角（A18）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；还要与手部抓握轴线的方向相适应,95,乘员空间布置和人机界面设计,3.转向盘布置2）转向盘倾角为获得较大的操作力，转向盘倾角A18取较大的值，但最大转速减小了。应该根据汽车的使用情况合理选择转向盘倾角,96,乘员空间布置和人机界面设计,3.转向盘布置3）转向盘尺寸轿车转向盘直径通常小于450mm。太小则操纵不稳定，且影响仪表视野；太大则会浪费布置空间现代轿车和很多商用车都装有
27、转向助力装置，不必采用加大直径的办法来减小操舵力。转向盘轮缘截面应尽量采用圆形，直径取1928mm为宜,97,乘员空间布置和人机界面设计,3.转向盘布置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,98,乘员空间布置和人机界面设计,4.仪表板布置仪表板是汽车操纵控制与显示的集中部位，是汽车的操纵中心和信息传递中心，随时反映汽车的运行状态和接受驾驶员操控；它还是车室内部最引人注目的装饰部件仪表板布置必须以驾驶员为中心，满足驾驶员对视野、操纵和空间的要求,99,乘员空间布置和人机界面设计,4.仪表板布置1）仪表板主断面设计仪表板高度制约
28、因素高个驾驶员腿部空间矮小驾驶员前方下视野作前方下视野控制线Ld，使仪表板上方最高点和转向盘轮缘都低于下视野线Ld,100,乘员空间布置和人机界面设计,4.仪表板布置1）仪表板主断面设计仪表视野作辅助线L1、L2、L3仪表盘应布置在L1 和L2之间，L3 应平分L1、L2 之间的空间,101,乘员空间布置和人机界面设计,4.仪表板布置1）仪表板主断面设计仪表观察距离L3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应该在650760mm之间选取，对于普通家庭轿车，建议取为710mm左右,102,乘员空间布置和人机界面设计,4.仪表板布置1）仪表板主断面设计仪表平面角度仪表盘平面要有
29、恰当的倾角仪表盘平面与直线L3 的夹角一般控制在9010范围内,103,脊柱的构造,坐姿状态下，支撑身体的是脊柱、盆骨、腿和脚。脊柱是人体的主要支柱，由 24 节椎骨以及 5 块骶骨(已连成一体)和 4 块尾骨(已连成一体)连结组成。,3.5 工作座椅的静态舒适性设计原理,人体在各种不同姿势下的腰椎弯曲形状,曲线 B 表示人体松弛侧卧时，脊柱呈自然弯曲状态；曲线 C 是最接近人体脊柱自然弯曲状态的坐姿；曲线 F 是当人体的躯干与大腿的夹角呈 90时情形，此时脊柱严重变形，椎间盘上的压力不能正常分布。,3.5 工作座椅的静态舒适性设计原理,因此，欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然弯曲形态,躯干与大
30、腿之间必须有大约 135的夹角,并且座椅的设计应使坐者的腰部有适当的支撑,以使腰曲弧形自然弯曲,腰背肌肉处于放松状态。人坐着时,大腿和上身的重量必须由座椅来支承。人体结构在骨盆下面有两块圆骨，称为坐骨结节。这两块小面积能够支持大部分上身的重量。覆盖在它们外面的皮肤能获得丰富的动脉血液供应，就象脚底一样；而在臀部的边缘部分，血液循环则大不一样，在这部分静脉较多(包含较少的氧)；当人坐着的时候，覆盖着坐骨结节的皮肤能够更好地经受住持久的压力。,3.5 工作座椅的静态舒适性设计原理,使股骨处于正常位置的平坦座面,3.5 工作座椅的静态舒适性设计原理,座面上的臀部压力分布应是：在坐骨结节处最大,由此向
31、外,压力逐渐减小,直至与座面前缘接触的大腿下部,压力为最小。不同用途的座椅,两点支承的作用不一样。休息用的座椅,体、腿夹角较大(舒适角度约为 115),坐着时身体向后倾斜,只要肩胛部分支承稳靠,没有腰靠也能得到舒适的坐姿,因此是以肩靠起主要作用。一般操作用座椅,由于操作的要求,身体需要略向前倾,肩胛骨部分几乎接触不到靠背,因此,只有腰靠起支承作用,一般无需设置肩靠。,3.5 工作座椅的静态舒适性设计原理,腰靠支承是使背疼和疲劳减到最轻的主要措施。腿的主动脉紧靠着大腿下表面和膝盖的后面,在这个部位上，任何持续的压力都会给人造成极端的不舒适和肿胀感觉。借助于适当减短座深、把座垫前缘修圆和采用较软的
32、泡沫塑料座垫等措施可防止发生这种情况。正确的坐姿应当是支持脊柱使之逼近这一自然弯曲弧形。,脊柱支持在正常弯曲弧形,3.5 工作座椅的静态舒适性设计原理,斗形座面将股骨推向上方，使股骨处于受载状态,3.5 工作座椅的静态舒适性设计原理,为了使操作者脚踩着地板，同时上身靠在靠背上舒适地进行操作,地板搁脚的部位应当朝前上方倾斜,与水平面的夹角约为 20。对于某些运输车辆，特别是地板搁脚部位倾斜度不够的车辆，建议将座面设计成稍稍倾斜,沿座深方向前高后低,相差约 25 40 mm。操作者操纵脚踏板时，小腿与大腿间的舒适夹角应为 110120，脚与小腿的舒适夹角应为 85 90。,操纵脚踏板时大腿、小腿与
33、脚面之间的夹角,3.5 工作座椅的静态舒适性设计原理,概括起来，舒适的坐态生理，应保证腰曲弧形处于正常自然状态，腰背肌肉处于松弛状态，从上体通向大腿的血管不受压迫，保持血液正常循环。因此，最舒适的坐姿，是臀部稍离靠背向前移，使上体略向后倾斜，保持体腿夹角在 90115之间，小腿向前伸，大腿与小腿、小腿与脚面之间也有合适的夹角。,舒适坐姿的关节角度,3.5 工作座椅的静态舒适性设计原理,概括起来，好的驾驶座椅设计必须保证驾驶员在连续几个小时操作的情况下，身体能够得到很好的支持。这就要求座椅各个部分的位置是可调节的，以适应从第 5 百分位的女驾驶员到第 95 百分位的男驾驶员范围内所有人的不同需要
34、。,3.5 工作座椅的静态舒适性设计原理,设计者在确定驾驶座椅在车辆上的安装位置之前，必须先确定坐着的驾驶员与座椅结构的相对位置。为了提供人体测量数据，美国汽车工程师协会 SAE 已将车辆驾驶座椅设计的参考点标准化(SAE J1163)，这个参考点称为座椅标志点(Seat Index Point，简称 SIP)。人体身躯与大腿的转动中心为 H 点,SIP 点和大个子男人的 H 点重合,座椅标志点 SIP 的位置由两个基准平面,即靠背基准平面和座椅基准平面确定，两平面相交在座椅基准点(Seat Reference Point，简称 SRP),知道了 SRP 点，即可找出 SIP 点。,人体坐姿校
35、核,人体H点与座椅标志点之间的关系,人体坐姿校核,为便于实际应用，SAE 把 SIP 点到靠背基准平面的距离 135 mm,SIP 点到座椅基准平面的距离 97 mm 定为标准尺寸。这个标准尺寸适合第 97.5 百分位的男子，而对于第 2.5 百分位的女子，其身躯与大腿的转动中心 H 点同 SIP 点并不重合，有 25 mm 的差距，这个差距就被忽略了。SAE 明确规定，任何驾驶座椅的座椅基准平面和靠背基准平面只能用 SAE 的标准人体模型或下图所示的测量装置来确定。这样，座椅制造者和车辆设计工程师就有了一个共同的标准定位点。,3.5人体坐姿校核,SAE座椅标志点测量装置,3.5人体坐姿校核,
36、驾驶员SAE95%人体坐姿舒适性校核根据踵点，踏板参考点，驾驶员设计H点、方向盘中心位置及座椅靠背角确定驾驶员坐姿，对以下尺寸进行测量：H30-1 R点到踵点的垂直距离L53 R点到踵点的水平距离A40-1 靠背角A42-1 躯干与大腿夹角A57-1 大腿与水平面夹角A44-1 膝盖角A46-1 踝角H61-1 头部有效空间H47-1 头部包络线与顶蓬的最 小间隙,3.6驾驶员坐姿校核,119,驾驶员SAE95%人体坐姿舒适性校核,轿车驾驶员人体坐姿舒适推荐值,对于驾驶员人体坐姿除应满足上表中的推荐值外，还应与参考车型进行对比分析。,3.6人体坐姿校核,120,驾驶员SAE95%人体坐姿舒适性
37、校核,SAE95%人体模型尺寸,3.6人体坐姿校核,驾驶员SAE5%人体坐姿舒适性校核根据踵点，踏板参考点，驾驶员设计H点、方向盘中心位置及座椅靠背角确定驾驶员坐姿，对以下尺寸进行测量：H30-1 R点到踵点的垂直距离L53 R点到踵点的水平距离A40-1 靠背角A42-1 躯干与大腿夹角A57-1 大腿与水平面夹角A44-1 膝盖角A46-1 踝角,3.6人体坐姿校核,驾驶员SAE5%人体坐姿舒适性校核,轿车驾驶员人体坐姿舒适推荐值,对于驾驶员人体坐姿除应满足上表中的推荐值外，还应与参考车型进行对比分析。,3.6人体坐姿校核,驾驶员SAE5%人体坐姿舒适性校核,注意事项：驾驶员SAE5%人体
38、模型H点位置的确定：按照以下公式确定H点曲线，该曲线与设计H点位置沿座椅前后运动轨迹的交点为SAE5%人体模型H点的位置。,H点曲线方程，其中X为H点与踏板参考点的水平距离，Z为H点与踵点的垂直距离,3.6人体坐姿校核,驾驶员SAE5%人体坐姿舒适性校核,驾驶员SAE5%人体模型H点位置的确定：,3.6人体坐姿校核,一种轿车驾驶室的推荐设计,3.6人体坐姿校核,7.后排乘员乘坐空间布置乘客座椅多为行程不可调节座椅乘客H点布置需将选定的人体模板根据地板线（考虑压塌量）和前排座椅定位,126,乘员空间布置和人机界面设计,7.后排乘员乘坐空间布置一般将乘客的脚布置在前座下面，并使乘客的膝盖与前排靠背
39、后面保持必要的间隙采用阶梯地板布置可保证前排座椅下部留有足够的搁脚空间，且前后座椅间距变小，有利于小型轿车布置座椅靠背厚度对乘坐空间影响很大，应根据车的级别合理选择不同类型的车，对乘坐空间要求不同，应选用合适的人体模板,127,128,后排乘客SAE95%人体坐姿舒适性校核根据踵点，地板平面，后排乘客设计H点位置及座椅靠背角确定后排乘客坐姿，对以下尺寸进行测量：H30-2 R点到踵点的垂直距离 R点到踵点的水平距离A40-2 靠背角A42-2 躯干与大腿夹角A57-2 大腿与水平面夹角A44-2 膝盖角A46-2 踝角H61-2 头部有效空间H47-2 头部包络线与顶蓬的最 小间隙,后排乘客S
40、AE95%人体坐姿舒适性校核,轿车后排乘客人体坐姿舒适推荐值,对于后排乘客人体坐姿除应满足上表中的推荐值外，还应与参考车型进行对比分析。,2009年12月,130,后排乘客SAE95%人体坐姿舒适性校核,注意事项：后排乘客踵点位置的确定：将后排乘客的脚模型尽可能的向前布置，直到与前排座椅刚开始发生干涉的位置，若此时后排乘客的踝角小于130，则取此位置的踵点位置为后排乘客踵点的位置，若此时后排乘客的踝角大于130，则将脚模型向后移动至使后排乘客的踝角等于130的位置，此时的踵点位置为后排乘客的踵点位置。,乘员空间布置和人机界面设计,7.后排乘员乘坐空间布置轿车第二排乘员H点布置：将前排座椅定于最
41、后最低位置，并选定人体模板；画出D点高度线；保持A46不大于130条件下，将人体模板脚沿地板线前移，并保证D点始终位于D点线上的同时躯干也相应前移，直至脚或小腿与前排座椅接触,131,乘员空间布置和人机界面设计,8.乘员头部空间和顶盖布置前后座SgRP位置确定后，可将头廓包络面定位根据H61-1、H61-2的经验值，考虑头部间隙尺寸L38、H41-1、L39、H41-2 确定顶盖高度,132,乘员空间布置和人机界面设计,8.乘员头部空间和顶盖布置确定头部空间尺寸时要考虑戴帽子、汽车颠簸、乘员头饰和正常活动等所需的空间,133,乘员空间布置和人机界面设计,9.汽车宽度方向乘员布置对于小型乘用车，
42、乘员在宽度方向的布置要考虑乘员之间，以及外侧乘员头部与侧窗和顶盖、肩部与车门、肘部与车门之间的间隙,134,乘员空间布置和人机界面设计,9.汽车宽度方向乘员布置一般每名乘员宽度方向最大需要占据450470mm左右的空间对于前排（或后排）具有两名乘员的情况，考虑乘员头部空间要求（受限于顶盖宽度和侧窗）和布置操纵杆（变速杆、手制动杆）等，以及踏板横向布置的要求，通常将乘员SgRP到汽车纵向对称面的距离（W20）控制在310360mm左右,135,乘员空间布置和人机界面设计,9.汽车宽度方向乘员布置驾驶员宽度方向位置还会影响其视野当后排具有三名乘员的时候，考虑到外侧乘员头部空间要求，以及提高侧碰安全
43、性，会将外侧乘员布置得略微靠近内侧一些例：两名外侧乘员SgRP的横向距离控制在630mm左右，基本上能够满足舒适乘坐要求；多余的空间用来布置车门内板上的一些结构,136,乘员空间布置和人机界面设计,9.汽车宽度方向乘员布置将乘员布置得尽量靠近车门方向，有利于提高整车侧倾稳定性对于较大型的车辆，宽度方向尺度较大，乘员宽度方向布置更多地考虑进出和入座、以及与底盘零部件布置相关的操纵件（转向盘、踏板和操纵杆）的布置方便性,137,W3 肩部空间测量方法：在腰线和座椅H点上方254mm的测量范围内门内饰板之间的最小距离,W5 臀部空间测量方法：在座椅H点向下25mm向上76mm,前后各76mm这个10
44、1x152范围内门内饰板之间的距离，如果在这个范围内部分倍座椅遮挡，则忽略座椅 的影响；若该范围完全被座椅遮挡，则测量没有被遮挡的最靠近座椅H点的门内饰板之间的距离,W31 肘部空间测量方法：有肘靠的车辆测量肘靠最高点所在水平面上方30mm处门内饰板之间的距离，若无肘靠则测量座椅H点上方180mm处门内饰板之间的距离,30mm,180mm,SgRP,Armrest,W 31,W 31,图 1 有肘靠,图 2 无肘靠,驾驶员人机工程学性能优化,6.罩盖校核在设计罩盖（发动机罩、行李仓盖）开启机构的时候，需要充分考虑人的能力极限，包括伸及性和操作力两方面当这些罩盖未开启的时候，应能够轻松地开启，要
45、求开启力不能太大当开启到最大位置的时候，必须能够容易地伸及，并且开启后的罩盖所包容的空间适合安全、舒适地进行各种操作还要考虑开启后的罩盖不要影响零部件维修和行李取放的方便性,141,驾驶员人机工程学性能优化,6.罩盖校核借助人体设计模板或数字人体模型对开启后罩盖位置的伸及性和空间进行分析伸及性分析所采用的人体数据等级应为与适应度对应的致信区间的下限，例如：适应度为95%，则选取5th百分位人体数据空间分析应采用与适应度对应的致信区间的上限，如95th百分位人体数据,142,驾驶员人机工程学性能优化,6.罩盖校核对于带有助力装置的行李仓盖，例如：大客车侧面的行李仓盖，助力机构应合理设计，以避免开
46、启速度和助力过大，容易碰伤人，或者易造成关闭困难,143,驾驶员人机工程学性能优化,7.进出方便性分析乘员（尤其是驾驶员）进出方便性也是衡量产品人性化设计好坏的重要因素影响进出方便性的因素有：侧围立柱和车门布置车内座椅与侧围立柱的相对位置车门上下框的侧向位置车门和立柱上的扶手位置车梯踏板布置等因素,144,驾驶员人机工程学性能优化,7.进出方便性分析侧围立柱、车门和座椅的相对位置对乘员进出时的横向空间影响较大对于四门车身，车门立柱保持适当斜度可大大改善入座方便性，而立柱后端下移将会减小座垫前部到立柱的距离，使乘员进出困难,145,驾驶员人机工程学性能优化,7.进出方便性分析车门开度，以及打开后
47、的车门内饰到座垫的距离影响乘员进出时的腿部空间,146,L18 前排入口足部间隙 测量方法：在门开到最大极限位置处，通过门槛加强筋向上102mm作水平截面在该截面取上座椅发泡支持架构等到门内饰板或A柱下饰板的距离中较校的一者,L19 后排入口足部间隙测量方法：a.四门车同L18b.两门车该尺寸的测量为前排座椅靠背翻起、门开到最大角度的情况下，在距门槛加强筋和向上102mm高度范围内取前排座椅和锁柱、内饰板或者后排座垫的最小距离,102mm,View A,驾驶员人机工程学性能优化,7.进出方便性分析门洞上下框相对位置对乘员进出有较大影响例：门洞上框的宽度位置比下框设计得小些，乘员上车时身体略微倾斜即可并且在同样车门开度情况下能增大开启后的入口宽度,149,驾驶员人机工程学性能优化,7.进出方便性分析对于驾驶室地板较高的车辆，乘员进出车内必须借助车梯和扶手，合理选择车梯设计参数（各级踏板高度、宽度、深度）和扶手的空间排列非常重要,150,驾驶员人机工程学性能优化,7.进出方便性分析关注残疾人上下车方便性的无障碍设计理念。主要通过一些特殊设计方案（例如：超低入口地板）方便进出，并采用一些特殊装置（例如：轮椅固定装置）来增强安全性,151,本章结束,谢谢大家！,
