人机系统的安全设计与评价１.ppt

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1、2023/6/13,第 1 页,第五章 人机系统的安全设计与评价,人机系统的安全设计的内容1、人机界面的安全设计2、作业环境设计3、安全防护装置设计4、人机系统的安全可靠性设计,2023/6/13,第 2 页,第一节 人机界面的安全设计,一、显示器的设计1、显示器的性能要求用简单明了的方式传达信息，使传递信息的形式尽量能直接表达信息的内容，以减少译码的错误。显示精度要适当，保证最少的认读时间，避免因精度超过需要，反而使阅读困难和误差增大。显示形式要符合操作者的习惯及操作能力极限，易于了解，避免换算，减少训练时间，减少受习惯干扰造成解释不一致的差错。根据作业条件（如照明、速度、振动、操作者的位置

2、、运动的约束等），运用最有效的显示技术和显示方法，要使显示变化速度与操作者的反应能力相适应，不要让显示速度超过人的反应速度。,2023/6/13,第 3 页,2、显示器设计的基本原则明显度高可见度高可读性好阐明力强简单明了确保安全使视力有缺陷者（如视弱、色弱者）也不会误认。显示器的显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致。,2023/6/13,第 4 页,3、视觉显示器的设计 视觉显示方式主要有数字显示和模拟显示两类：数字显示中有机械式，数码管式液晶式和屏幕式等。它直接用数码来显示有关参数和工作状态。模拟显示最常用的有刻度盘指针式和灯光显示式。它是用模拟量来显示机器有关参数和状态。手表表盘就是一

3、个典型的模拟显示。,2023/6/13,第 5 页,（1）指针式仪表的设计依刻度盘的形状，指针显示器可分为圆形、弧形和直线形（见表51）。设计指针式仪表时应考虑安全人机工程学的问题指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当；刻度盘的形状与大小是否合理；刻度盘的刻度划分、数字和字母的形状、大小以及刻度盘色彩对比是否便于监控者能迅速而准确地识读；根据监控者所处的位置，指针式仪表是否布置在最佳视区范围内。,2023/6/13,第 6 页,表51 指针显示器的刻度盘分类,2023/6/13,第 7 页,误读率比较:开窗型，由于指针不动，刻度数字动，窗中的数字易读，其误读率最小。与此相反，圆型，半圆型等，由

4、于需在仪表中寻找和确认指针的位置，所以在较短的揭示时间内比开窗型的误读率高，但因可以用指针的倾角来推测显示量，因此高于水平型和竖直型显示。水平型和竖直由于寻找指针位置最费时间，在提示时间短的情况下，误读率最高，但与竖直型相比，水平型的误读率偏低，这是因为眼球的运动快的缘故。,2023/6/13,第 8 页,1）刻度盘的设计 刻度盘的形状。刻度盘的形状主要取决于仪表的功能和人的视觉运动规律。以数量识读仪表为例，其指针值必须能使识读者精确、迅速地识读。实验研究表明，不同形式刻度盘的误读率亦不同（表52）,2023/6/13,第 9 页,表52 5种显示器读数准确度的比较（圆型仪表为100）,202

5、3/6/13,第 10 页,刻度盘的大小。刻度盘的大小取决于盘上标记的数量和观察距离。以圆形刻度为例，当盘上标记数量多时，为了提高清晰度，须相应增大刻度盘。但是，这必将增加眼睛的扫描路线和仪表占用面积。而缩小刻度盘又会使标记密集不清晰。刻度盘的最佳直径与监控者的视角有关。实验证明，最佳视角为2.55。因此，由最佳直径和最佳视角便可确定最佳视距，或已知视距和最佳视角便可推算出仪表刻度盘的最佳直径。,2023/6/13,第 11 页,怀特（WJWhite）等人对圆形刻度盘最优直径作过实验，将仪表安装在仪表盘上，然后测试反应速度和误读率。结果表明，圆形刻度盘的最优直径是44mm（表53）。关于圆形刻

6、度盘的直径、观察距离和标记数量的推荐值请参见表54。,2023/6/13,第 12 页,表53 认读速度和准确度与直径大小的关系（视距750mm）,2023/6/13,第 13 页,表54 观察距离和标记数量与刻度盘直径的关系,2023/6/13,第 14 页,2）刻度与刻度线设计 刻度的大小 刻度盘上最小刻度线间的距离称为刻度。刻度的大小可根据人眼的最小分辨能力和刻度盘的材料性质及视距而确定。人眼直接读识刻度时，刻度的最小尺寸不应小于0.61mm。当刻度小于1mm时，误读率急剧增加。因此，刻度的最小尺寸一般在12.5Omm之间选取,必要时也可采用48mm。采用放大镜读数时，刻度的大小一般取1

7、X mm（X为放大镜放大倍数）。刻度线的最小值还受所用材料的限制，钢和铝的最小刻度为1mm；黄铜和锌白銅为0.5mm,2023/6/13,第 15 页,刻度的类型 常见的刻度类型有单刻度线、双刻度线和递增式刻度线（见图51）。递增式刻度线的形象特征可以减少识读误差。刻度线的宽度即刻度线的粗细 刻度线的宽度取决于刻度的大小，当刻度线宽度为刻度的10左右时，读数的误差最小（图1）。因此，刻度线宽度一般取刻度的515，普通刻度线通常取0.10.02mm；远距离观察时，可取0.60.8mm，精度高的测量刻度线取0.00150.1mm。,2023/6/13,第 16 页,图51 刻度线,2023/6/1

8、3,第 17 页,图1 刻度线宽度对误差的影响,2023/6/13,第 18 页,刻度线长度 刻度线长度选择合适与否，对识读准确性影响很大。刻度线长度受照明条件和视距的限制，见表1。当视距为L时，刻度线最小长度为：长刻度线长度L90 中刻度线长度L125短刻度线长度L200刻度线间距L600刻度线长度还受刻度大小的影响，不同刻度范围的刻度线长度按表55选取。,2023/6/13,第 19 页,表1 刻度线的长度,2023/6/13,第 20 页,表55 刻度线长度选择表（）,2023/6/13,第 21 页,刻度方向 刻度盘上刻度值的递增顺序称为刻度方向。刻度方向必须遵循视觉规律，水平直线型应

9、从左至右；竖直直线型应从下到上；圆形刻度应按顺时针方向安排刻度值。数字累进法 一个刻度所代表的被测值称为单位值。每一刻度线上所标度的数字的累进方法对提高判读效率、减少误读也有非常重要的作用。数字累进法的一般原则如表56所示。这是美国海军的研究成果。,2023/6/13,第 22 页,表56 数字累进法,一般应采取表中“优”的累进法，只是在不得已的情况下才使用“可”，而绝对不能使用“差”的累进法。人最易读取自然增加的数字。,2023/6/13,第 23 页,刻度设计注意事项 A、不要以点代替刻度线；B、刻度线的基线用细实线为好，图52 中采用的粗线不利于识读；C、刻度线不可很长而且很挤，如图53

10、所示；D、不要设计成间距不均匀的刻度，如图54所示。,2023/6/13,第 24 页,图52 准线太粗,图53 刻度线太长，排得太挤,2023/6/13,第 25 页,图54 不均匀刻度举例,2023/6/13,第 26 页,字符设计 字符的形体 字符的大小对于安装在仪表盘上的仪表，视距为710时，其字符高度可参考表57笔划宽与字高比值的推荐值如表58所示,2023/6/13,第 27 页,表57 仪表盘上仪表的字符高度（）,2023/6/13,第 28 页,表58 不同照明条件下字符笔划粗细取值,2023/6/13,第 29 页,标度数字的原则指针运动盘面固定的仪表标度的数字应直排（正立位

11、）；盘面运动指针固定的仪表标度的数字应辐射定向安排；最小刻度可不标度数字，最大刻度必须标度数字；指针在仪表面内时，如果仪表盘面空间足够大，则数字应在刻度的外侧，以避免被指针挡住；指针在仪表外侧时，数字应标在刻度的内侧；开窗式仪表的窗口应能显示出被指出的数字及上下相邻的两个数字，标数应顺时针辐射定向安排。为了不干扰对显示信息的识读，刻度盘上除了刻度线和必要的字符外，一般不加任何附加装饰；一些说明仪表使用环境、精度的字符应安排在不显眼的地方。,2023/6/13,第 30 页,指针设计 指针设计的人机工程学问题，主要从下列几方面考虑：形状宽度 长度颜色零点位置色彩匹配,2023/6/13,第 31

12、 页,指针的形状指针形状要单纯、明确，不应有装饰。针身以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形的为好。图2为指针的基本形式。在设计指针箭头时可参考图3所示的各种箭头，以最右端的为最好。,2023/6/13,第 32 页,图2 指针的基本形状,2023/6/13,第 33 页,图3 各种箭头形状的比较,2023/6/13,第 34 页,指针的宽度指针针尖宽度应与最短刻度线等宽，但不应大于两刻度线间的距离。指针不应接触刻度盘面，但要尽量贴近盘面。精度要求很高的仪表，其指针和刻度盘面应装配在同一平面内。指针的长度指针的针尖不要覆盖刻度，一般要离开刻度记号1.6mm左右，圆形刻度盘的指针长度不要超过它的

13、半径，需要超过半径时，其超过部分的颜色应与盘面的颜色相同。指针的颜色指针的颜色与刻度盘的颜色应有较鲜明的对比，但指针与刻度线的颜色和字符的颜色应该相同。,2023/6/13,第 35 页,零点位置指针零点位置大都在相当于始终12点或9点的位置上。色彩匹配指针、刻度和表盘的配色关系要符合人的色觉原理，黑色配色的清晰度较高，但不是最高，见表4配色时要采取红绿等醒目色，以提高工作环境的美学效果。在现代生产中，要注意整体效果，即装在仪表板上所有仪表的颜色都要搭配好，使总体颜色看起来协调、淡雅、舒适和明快。,2023/6/13,第 36 页,表2 配色的级次,2023/6/13,第 37 页,（2）数字

14、显示器的设计数字显示是直接用数字和字符等显示参数或状态的仪表，除了少量机械式数字显示器外，显示器几乎全是电子显示器，其基本形式有两种：一种是以显示数字为主并有少量字符的显示器，多数为开窗式，如液晶显示器、数码管显示器等；一种是以显示参数、表格、模拟曲线或图形，以及数量较多的各种字符为主的显示器，多数为屏幕式，如各种监视器、计算机显示器等。,2023/6/13,第 38 页,电子显示的主要问题有两个：一是因字型由直线段组成，因而失去常态的曲线，带来认读的不方便；二是各字间隔会因字的不同而变化，忽大忽小；如图55所示。实验表明，由亮小圆点阵来构造字符（如图56），认读性好，使混淆的可能性大为减小。

15、,2023/6/13,第 39 页,图5-5 电子数码显示,图56 圆点阵显示,2023/6/13,第 40 页,数字式显示的优点使用数字式显示不但认读快，而且误读率低格雷瑟在1949年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，作为飞机高度计，显示飞机不同的高度，如图4所示。对受过训练的飞行员和大学生进行认读实验。发现飞机上原来采用的三针式高度计误读率最高并且认读时间最长。1958年4月晚一架子爵号飞机在准备向普斯威克机场降落时，机长将三针式高度计的2500英尺误读为12500英尺，结果飞机撞毁在地面上。,2023/6/13,第 41 页,图4 格雷瑟的实验仪表(1),2023/6/13,第 42

16、页,图4 格雷瑟的实验仪表(2),2023/6/13,第 43 页,模拟显示与数字显示的功能比较,2023/6/13,第 44 页,2023/6/13,第 45 页,（3）信号灯设计信号灯设计的原则清晰、醒目和必要的视距(见表2)合乎使用目的按信号性质设计信号灯位置与颜色的选择信号灯与操纵杆和其他显示器的配合,2023/6/13,第 46 页,表2 能见距离与空气透明度的关系,2023/6/13,第 47 页,（4）符号标记设计 符号标记的评价标准为：识别性、注目性、视认性、可读性、联想性。路标的具体评价依次是：标记的识别距离，文字的识认距离，认读时间，判断时间动作时间,2023/6/13,第

17、 48 页,为了防止色盲、色弱、色觉异常者（多为红绿色盲）对交通信号的误认，有的城市采用如图5-7所示的信号灯。,图57 改进的交通信号灯,2023/6/13,第 49 页,当所要显示的信息内容较复杂时，往往单个信号灯难以胜任，在此情况下，可采用多个信号灯的复合显示来实现。现代汽车尾灯的设计就采用了颜色编码。汽车的尾灯是给后方汽车驾驶员指示前方车辆行驶情况的，对避免前后相撞有重要意义，其复合灯光指示：有车、刹车、转弯等。白灯用于夜间行驶时倒车用，如下图所示,2023/6/13,第 50 页,4、听觉显示器的设计,（1）音响及报警装置的设计 音响和报警装置的类型及特点 蜂鸣器 常配合信号灯一起使

18、用，作为提示性听觉显示装置，提示操作者注意，或提示操作者去完成某种操作，也可用于指示某种操作正在进行。铃 铃因其用途不同，其声压级和频率也有较大差别。用做指示上下班的铃声和报警器的铃声，其声压和频率就较高，因而可用于具有较高强度噪声的环境中。角笛和汽笛 角笛常用作高噪声环境中的报警装置；汽笛较适合于紧急状态的音响报警装置。警报器 主要用作危急状态报警，如防空、救火报警等。,2023/6/13,第 51 页,2）音响和报警装置的设计原则 音响信号必须保证使位于信号接受范围内的人员能够识别并按照规定的方式作出反应。因此，音响信号的声级必须超过听阈，最好能在一个或多个倍频程范围内超过听阈10 dB以

19、上。音响信号必须易于识别，特别是有噪声干扰时，音响信号必须能够明显地听到并可与其它噪声和信号区别。因此，音响和报警装置的频率选择应在噪声掩蔽效应最小的范围内。例如，报警信号的频率应在500600Hz之间。其最高倍频带声级的中心频率同干扰声中心频率的区别越大，该报警信号就越容易识别。当噪声声级超过110 dB时，最好不用声信号来作报警信号。,2023/6/13,第 52 页,为引起人注意，可采用时间上均匀变化的脉冲声信号，其脉冲声信号频率不低于0.2Hz和不高于5 Hz，其脉冲持续时间和脉冲重复频率不能与随时间周期性起伏的干扰声脉冲的持续时间和脉冲重复频率重合。报警装置最好采用变频的方式，使音调

20、有上升和下降的变化，例如紧急信号，其音频应在1 S内由最高频（1200Hz）降低到最低频（500Hz），然后听不见，再突然上升，以便再次从最高频降低到最低频。这种变频声可使信号变得特别刺耳，可明显地与环境噪声和其它声信号相区别。显示重要信号的音响装置和报警装置，最好与光信号同时作用，组成“视听”双重报警信号，以防信号遗漏。,2023/6/13,第 53 页,（2）语言传示装置的设计 语言的清晰度 语言清晰度（室内）与主观感觉的关系（见表510）。设计一个语言传示装置，其语言的清晰度必须在75以上，才能正确传示信息。语言的强度 语言传示装置的语言强度最好在6080 dB之间。（见图5）噪声对语言

21、传示的影响 当噪声声压级大于40dB时，这时噪声对语言信号有掩蔽作用，从而影响语言传示的效果。,2023/6/13,第 54 页,表510 语言清晰度的评价,2023/6/13,第 55 页,图5 语音强度与清晰度的关系,2023/6/13,第 56 页,5、仪表盘总体布局设计,（1）仪表盘的识读特点与最佳识读区 以视中心线为基准，在其上下各15的区域内误读概率最小，视角增大差错率增高(表511)。当视距为800时，若眼球不动，水平视野20范围为最佳识读范围，其正确识读时间为s。当水平视野超过24以外范围的仪表时，需通过头部区域，然后再观察右部区域，所以24角以外区域的左半部正确识读时间比右半

22、部正确识读时间短。视线与盘面垂直，可以减少视觉误差。当人坐在控制台前时，头部一般略向前倾，所以仪表盘面应相应后仰1530，以保证视线与盘面垂直。,2023/6/13,第 57 页,表511 不同视线角度与误读概率,2023/6/13,第 58 页,（2）仪表盘的总体设计为了保证工作效率和减少疲劳，一目了然地看清全部仪表，一般可根据仪表盘的数量选择一字形、弧形、弯折形布置形式。一字开布置的结构简单，安装方便，是目前控制室仪表盘的较少的小型控制室。弧形布置的结构比较复杂，它既可以是整体弧形，也可以是组合弧形。这种弧形结构改善了视距变化较大的缺点，常用于10块盘以上的中型控制室，弯折式布置由多个一字

23、形构成，其结构比弧形式简单，又使视距变化较大的缺点得到克服。因此该种布置形式常用于大中型控制室。,2023/6/13,第 59 页,（3）仪表盘的垂直立面布置,2023/6/13,第 60 页,二、控制器的设计,控制器是操作者用以控制机器运行状态的装置或部件，是联系人和机的重要部件之一生产中的许多事故是因控制器的设计未能充分考虑人的因素所致费茨（PMFitts）和琼斯（REJones）1947年在分析飞行驾驶中出现的460个操作失误中，发现其中68的错误是由于控制器设计不当引起的。这足以说明控制器设计的重要性,2023/6/13,第 61 页,1、控制器的类型（1）按操纵的动力装置分，有三类：

24、手控装置 如按钮、开关、旋钮、曲柄、杠杆及手轮。脚控装置 如脚踏板、脚踏钮、膝控制器等。其它 如声控、光控。（2）、按控制器的功能分，有四类：开关控制器 用于简单的开或关，启动或停止的操纵控制。常用的有按钮、踏板、手柄等。转换控制装置 用于系统当中不同状态之间的转换操纵控制。如手柄、选择开关、转换开关、操纵盘。调整控制装置 用于调整系统中工作参数定量增加或减少的操纵控制。如旋钮、手轮、操纵盘等。紧急停车控制装置 用于紧急状态下启动或停止的操纵控制。如制动闸、操纵杆、手柄。,2023/6/13,第 62 页,2、控制器设计的一般原则（1）控制器设计的一般要求控制器设计要适应人体运动的特征，考虑操

25、作者的人体尺寸和体力。(表5-12、13)控制器操纵方向应与预期的功能方向和机器设备的被控制方向一致。控制器要利于辨认和记忆。尽量利用控制器的结构特点进行控制（如弹簧等）或借助操作者体位的重力（如脚踏开关）进行控制。尽量设计多功能控制器，并把显示器与之有机结合，如带指示灯按钮等。,2023/6/13,第 63 页,表512 常用操纵机构所允许的最大用力,2023/6/13,第 64 页,（2）、设计控制器时应考虑的因素1）控制信息的反馈来自人体自身反馈信息的部位：眼睛观察手脚的位移；手、臂、肩或脚、腿、臀感受的位移或压力信息。来自机反馈的信息：仪表显示、音响显示、振动变化及操纵阻力四种形式。光

26、显示。即在控制器上装有灯光显示，如图1所示。将按钮做成透明体，内设小灯，当按钮到位时，按钮即发光。这样不仅可以表明操作控制器的到位，还可以显示按钮的位置状态，提示操作者注意。还可以在控制按钮以外的相应位置上用不同色光的联动装置来表示操作控制器到位的情况。,2023/6/13,第 65 页,表513 平稳转动控制器的最大用力,2023/6/13,第 66 页,振动变化。可以反映在控制器上，也可反映在体觉上（如机动车辆）。振动也常常转化为噪声的形式传递给操作者。音响显示。在控制器上设置到位音响装置（如“卡嗒”声），这种音响常由控制器定位机构中自动发出也可以装设专门的联动音响装置。,2023/6/1

27、3,第 67 页,操纵阻力主要有静摩擦力、弹性力、粘滯力、惯性力四种形式。其特点见表5-14。阻力大小与控制器的类型、位置、移动的距离、操作频率、力的方向等有关。表5-15列出了不同控制器的最小阻力。,2023/6/13,第 68 页,表514 摩擦、弹性、粘滯性、惯性等控制器的阻力特性,2023/6/13,第 69 页,表515 不同控制器所要求的最小阻力,2023/6/13,第 70 页,2）控制器的运动由于控制器的主要目的是控制系统的变化，因此，应尽量使控制器的操作方向与系统过程的变化方向相一致，这样可以使控制器的操作形象化，又可使控制器的操作和系统的变化之间产生一定的逻辑关系，有利于操

28、作人员记忆和辨认，提高操作效率。下图给出几种操纵控制器与系统反应的对应方向的关系。,2023/6/13,第 71 页,3）控制器上手或脚的使用部位的尺寸和结构 手或脚操作的控制器尺寸，首先取决于控制器上手或脚使用部位的尺寸，其次需根据操作时是否戴手套，或作业时鞋的形式来决定放宽的尺寸。显然对不同的控制器，由于压或握的用力方式不同，操纵件尺寸和形状也不同。手或脚使用的部位还决定于控制器的重量分配。必须在保证空位时操纵者可以离开控制器自由活动，工作位时，不会因负担控制器的重量而引起疲劳。如果是手用工具，又不是利用重力工作的，就应尽量使工作的重心落在手握的部位上，以免手腕肌肉承担较大的静力负荷而引起

29、疲劳。,2023/6/13,第 72 页,握把部位不宜太光滑或太粗糙，若过于光滑，操纵时不易抓稳或握住，特别是手上有油或水的情况下更加不利，易发生失手事故，或因长时间过大的静力负荷而使手疲劳，故一般选用无光泽的软纹皮包层为宜。手柄的形状应尽量使手腕保持自然状态，使手与小臂处于一条直线上，如果使手腕向某一方向弯曲，就会使骨骼肌产生静力疲劳。因此设计原则是“宁肯弯曲手柄也不要使手臂弯曲”。对手动工具也是这样，更需要使握力充分发挥出来。影响握力的主要因素是手柄直径，手柄直径为50mm时欧洲人握力最大，对亚洲人而言手柄直径可取4050mm之间。,2023/6/13,第 73 页,由于脚对动作和压力的敏

30、感度均较低，因此脚用按钮或踏板应有足够大的行程，以减小误踏时产生误动作的可能。脚用按钮还应有足够大的接触平面，以便于寻找和踩稳。脚踏板应有增加摩擦力的网纹。将控制器进行合理编码，使每个控制器都有自己的特征，以便于操作者确认不误，是减少差错的有效措施之一。控制器编码一般有6种方式：形状、位置、大小、操作方法、色彩和文字符号编码。可根据需要，采用一种或几种方式的编码组合。,2023/6/13,第 74 页,形状编码 图59 给出了常用旋钮的形状编码实例。,2023/6/13,第 75 页,连续旋转钮（控制范围超过360o）,2023/6/13,第 76 页,部分旋转钮（控制范围不超过360o）,定

31、位指示旋钮（控制范围有固定的边界限范 围有固定的边界限制）,2023/6/13,第 77 页,下图（左）是美国空军常用的操纵杆的形状编码。下图（右）为海军雷达系统中常用的控制钮。,2023/6/13,第 78 页,大小编码 以相同形状而不同大小来区别控制器的功能和用途，这种形式的编码应用范围较小，通常在同一系统中只能设计大、中、小三种规格。由于大小编码的视觉和触觉感知度小的原因，常与其他形式编码一起使用。位置编码 在人机操纵系统中，利用控制器相对于人的不同位置进行编码。汽车上的离合器、制动器和加速器的踏板，就是以位置编码的。通常，位置编码的控制器数量不多，并须与人的操作顺序和操作习惯相一致，这

32、样可以使人不用眼看，就可能正确地进行操作。,2023/6/13,第 79 页,操作方法编码 色彩编码 利用不同颜色来区别控制器的功能。色彩编码一般不单独使用，常与形状编码、大小编码等合并使用。由于色彩只能靠视觉辨认，有时也配以不同的色光照明，以增加视认度。同时色彩编码的色相种类不宜过多，颜色过多，会降低对控制器的视认度。文字、符号编码,2023/6/13,第 80 页,3、控制器的设计,（1）手动控制器设计 1）旋钮功能 2）按钮设计 按钮直径 按钮阻力 移动距离,2023/6/13,第 81 页,3）按键,2023/6/13,第 82 页,扳动开关,2023/6/13,第 83 页,杠杆,2

33、023/6/13,第 84 页,转轮、手柄和曲柄,2023/6/13,第 85 页,补充内容-方向盘的设计方向盘的要用于机动车辆的转向。方向盘设计中的主要问题有：方向盘平面间的夹角a、方向盘的直径D和方向盘的构造三个问题，夹角的大小取决于不同车型驾驶员的位置，直径的大小取决于司机施力的舒适性限度。1a、D的取值范围对于卡车及公共汽车，为了得到司机舒适位置，a角可取为15o30o,D值可取为400mm左右。这也是一般车辆的取值范围。对于大型载重车辆，需要较大的操作力矩，为了施力的需要，可将方向盘的a值取到接近0o，直径D可取450500mm。对于小卧车，小卡车等因司机座椅较低，方向盘的操纵力也较

34、小，a可取45o60o,D值取为350400mm。以上所述就是各种方向盘与驾驶员之间的舒适相对位置，这是设计时要注意的。,2023/6/13,第 86 页,2方向盘的构造手握轮缘截面为圆形，直径在1928mm之间。轮辐截面为椭圆形，如图1所示。重型车辆的驾驶盘为便于用力常在轮缘下部作出波浪形，其节距为19mm左右。图2为两条轮幅的方向盘形状。,图1 方向盘的椭圆形截面轮辐,图2 两条轮辐的方向盘,2023/6/13,第 87 页,汽车方向盘最大转角为120o，这样可以保证在急转弯时，驾驶员能双手握住方向盘而不必倒手。汽车方向盘与车轮转动角度的比值可取1.53.0，如图3所示（方向盘与车轮）。,

35、2023/6/13,第 88 页,为驾驶中省力，同时也为车辆自动保持直线前进，转向机构应设有自动归复到保持直线前进位置的复位装置。有些小型车辆设计了可调整方向盘角度的结构，方向盘立柱的倾角可调，一般可调范围在15o以内。调整方向盘的角度，一是为了应不同体形驾驶员的舒适度需要；二是为了使方向盘不遮挡观察仪表的视线，如图4（可调节方向盘）。,2023/6/13,第 89 页,3安全设施发生撞车事故时方向盘对司机最为危险，方向盘的安全设计：轮缘外层应用软体材料，驾驶部位的仪表及台面及台面均应较软的包敷材料；立柱应低于手轮平面，以免撞车时插到司机的胸部，对于高速汽车需要低得多些；高级轿车在方向盘中央设

36、置了一个空气袋，平时折合在立柱顶端的一个圆盆中，一旦汽车发生碰撞使汽车骤然停止时气袋就会自动充气，以保护司机的面部和胸部，如图5。同时还应保证快速排气，及时排气，以免造成司机窒息。,2023/6/13,第 90 页,（2）脚动控制器的设计,1）脚动控制器的形式（见图5-13）,2023/6/13,第 91 页,各种踏板效率比较（见图5-14）,2023/6/13,第 92 页,表5-17 脚踏板与操纵方式,2023/6/13,第 93 页,2）脚动控制器的适宜用力,2023/6/13,第 94 页,3）脚动控制器的设计,2023/6/13,第 95 页,3）脚动控制器的设计,2023/6/13

37、,第 96 页,调节踏板 调节踏板有以鞋跟为转轴的（见图1）和脚悬空的两种。以鞋跟为转轴的踏板典型例子如汽车的油门踏板等，踏板下的舒适角不大于20o，一般控制在15o左右，每脚与人的中线叉开10o15o为宜（见图2）。,图1 以鞋跟为转轴的踏板,图2 脚的舒适叉开角度,2023/6/13,第 97 页,踏板开关设计 脚踏开关多用于定位操纵，要很好地安排它的位置，使操作者在不影响稳定性的情况下即能使用，还要避免发生误踏的危险。给出了踏板开关的形状和尺寸，踏板的转角不宜超过10o,转角太大需将脚抬离地面才能操作，操作者单脚承重，很不安全。如果要求双脚均能踏动，或操作者连续不断改换位置时也能踏动，最

38、好采用踏动标杆，踏动标杆距地面不应超过15cm，但伸长度不要大于15cm。,2023/6/13,第 98 页,踏板开关操纵,2023/6/13,第 99 页,4、控制器的选择机器设备的不同运行状态决定了控制器的功能。如系统工作状态的启闭，选择按钮开关就比较方便；系统的定量调节，宜选用旋钮和手轮的形式；计算机的数据输人则必须使用键盘等等。表l列出各种控制器适用不同功能的情况，表2为各种控制器的使用情况比较。（见教材1145页表5-19，20）,表l 各种控制装置的使用功能,2023/6/13,第 101 页,表2 各种控制装置的使用情况比较,2023/6/13,第 102 页,表5-20 不同工

39、作情况下选择控制器的建议,2023/6/13,第 103 页,在操作过程中，只有在用脚动控制器优于用手动控制器时才选用。一般在下列情况时考虑选用：1）需要连续进行操作，而用手操作又不方便的场合；2）无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵力超过50100N的情况下；3）手的控制工作量太大，不足以完成控制任务时。脚动控制器主要有脚踏板，脚踏钮和脚动开关等。当操纵力超过50150N，或操纵力小于50N，但需要连续操作时，宜选用脚踏板。对于操纵力较小，且不需连续控制时，宜选用脚踏钮或脚踏开关。,2023/6/13,第 104 页,5、显示器和控制器配置设计,（1）运动相合性,2023/6/13,第 1

40、05 页,2、空间相合性,2023/6/13,第 106 页,3、控制显示比,2023/6/13,第 107 页,2023/6/13,第 108 页,三、可维修性设计,1、维修性与可维修性设计（1）维修性在规定的时间、条件、程序和方法等约束下完成维修地能力称为维修性。所谓“规定地条件”，主要是指维修地机构和场所以及相应地资料条件（包括维修人员、设施、设备技术资料等）。所谓“规定的程序和方法”，是指按规程规定的维修工作类型、步骤和方法等。而“维修”作为维修与检修的统称，则是为保持、恢复或改善设施或设备的规定技术状态而进行的全部活动。,2023/6/13,第 109 页,（2）可维修性设计可维修性

41、设计就是在产品（包括系统、设施或设备）设计中除了满足其他设计要求外，还要使设施或设备具有实现“安全、及时、快速、有效、经济”的维修能力。其任务是一旦设施或设备发生故障，要保证能安全地尽快修理好，甚至能在未出故障前就已经采取措施来消除故障产生的条件。从安全人机工程学的角度考虑维修性设计，从“便利于人维修”和“安全地维修”出发来进行设计，这就是可维修性设计的主要要求，它使维修工作系统中“人-机-环境系统”整体协调，以有利于提高人的维修工作绩效、减少维修差错、实现维修安全。,2023/6/13,第 110 页,2 可维修性设计的一般指导原则（1）确保维修安全（2）尽可能简化以减轻维修人员负担（3）改善维修和检测时的可达性（4）尽量采用模块化（5）尽量实行标准化和通用化（6）增强易识别性和防错容错能力（7）尽可能采用有效的综合诊断手段,