第三讲 人机工程学驾驶员视野分析
第三讲 人机工程学驾驶员视野精讲
(1)适合于美国人的A类车可调节座椅眼椭圆定位公式，有经验得出 12度， 人数据代入可有 水平面为定位基准计算公式为 X c 664 0.587 L6 - 0.176H30 - 12.5t Ycl W 20 32.5 Ycr W 20 32.5 Z c 638 H 30 H 30为座椅高度，t为变速器类型，有离合踏板为1否则为0
驾驶员视野
（1）驾驶员的眼睛位置范围大致呈椭圆形 分布，相应提出眼椭圆的概念 （2）眼椭圆代表了人体实际眼睛位置的范 围 （3）眼椭圆一般分为90百分位，95百分位 和100百分位，50%百分位，5%百分位等
1：二维正态分布
2 ：驾驶员眼睛转动角速度的坐标系
图3-2 眼椭圆
车身分类
车身分为a,b两类车型，a类车包括轿车、旅行车、多用 途车、轻型货车，b类车主要是指商用车，随着对车身 舒适性要求提高，设计多样化，这种区别越来越不明显。
驾驶员视野
驾驶员眼睛位置数据的分布检验 一般可用摄影法获得驾驶员眼睛位置在车身坐标系中 的分布，下图是从驾驶员侧面的照像机拍摄所得到的 眼睛位置散点图，该散点图反映了驾驶员左右眼在车 身侧视图上的分布情形，图上方格内的数字表示在该 位置上驾驶员的眼睛数，为查明数据分布的属性，对 散点图需进行统计分析。由于人体特征点在车身坐标 系中的分布往往具有正态性，因此可从二元正态分布 着手试验。
1:人—机—环境之间的关系：相互依存；相互作用；相互制约。
2:人机工程学的特点：学科边界模糊 3:学科内容综合性强；涉及面广。 4:人机工程学的研究对象：人—机—环境系统的整体状态和过 程。 5:人机工程学的任务：使机器的设计和环境条件的设计适应于 人，以保证人的操作简便省力、迅速准确、安全舒适，心情愉 快，充分发挥人、机效能，使整个系统获得最佳经济效益和社 会效益。 6：产品功能尺寸是指相对某项产品功能，对人体参量做修正 的尺度，而最佳产品功能能尺寸是指：人体尺寸参量 +功能修 正量+心理修正量。
人机工程学在汽车驾驶室显示装置上的应用分析
1．表盘设计
扫描路线短，误读率最低，因此优于其它四种形式。 圆形和半圆形次之，但由于它给出了两维空间的位 置刺激，并且符合长期来人们观察仪表所形成的习 惯，因此，圆形式和半圆形式优于直线式。由于人 眼睛的运动规律是水平运动比垂直运动速度快、准 确度高，故水平直线式又优于垂直直线式，五种形 式刻度盘的认读准确率如图3。
图2 发动机转速表指示
在汽车驾驶过程中，驾驶员进行仪表认读的时间比 较短，因此要求各种显示装置尽可能无误地传递信 息，使人能迅速地、准确地识别信息。对于模拟式 显示装置来说，解决这些问题的主要措施，就是设 计和选择好仪表刻度盘、字符、指针和颜色匹配， 使它们之间相互协调，以符合人对于信息的感受、 辨别和理解等的生理与心理特征，从而使人能迅速、 准确地接受信息。 针对仪表刻度盘的设计，主要可以通过其形状的不 同来进行不同的选择。其类型有：开窗式、圆形、 半圆形、水平直线型和垂直直线型。其读数认读效 果是不同的，开窗式认读范围小、视线集中、动眼
4．当眼睛偏离视中心时，在偏距相等情况下，人眼 对左上限的观察最佳，依次为右上限，左下限，右 下限。 考虑到以上几个方面，所以汽车仪表板的外形都设 计成横向长方形，这能够使驾驶员减少眼睛运动的 时间和疲劳度，提高认读、判断的准确率；汽车仪 表刻度方向的设计基本都从左往右或者顺时针的方 向进行数量和尺度的增加，以符合人的视觉习惯； 此外，考虑到人对各象限观察的效果不同，在布置 比较多的显示装置时，应将最重要的布置在人的视 中心偏左的位置，以便使用者在识别信息过程中头 部不用转动，只需眼睛的快速转动就能够快速的获
程度。对于定量读数的显示，选择电子式数字显示。 对于定性读数的显示，由于它不要求具体的数字，且 模拟显示更为灵敏、方便，因此选用指针式显示。 汽车行驶时，驾驶员需要随时获得汽车的形式状况才 能保证更好的驾驶，仪表板是精确反映行驶车况的唯 一装置，所以，如何设计好仪表板的各项功能并合理 布置是非常重要的。
汽车驾驶室的人机工程学分析
２０２０年第２７卷第１期汽车驾驶室的人机工程学分析张 帅，张艳欣（沈阳理工大学艺术设计学院，辽宁沈阳１１０１５９）摘 要：汽车驾驶室特别是驾驶员的操作空间设计，必须符合人机工程学。
人机工程学中的人体尺寸参数和人体结构特征使设计的产品更利于人体健康和操作舒适。
而基于汽车生产的特性，要求设计必须符合各种人群的人机关系。
分析了汽车驾驶舱内具有可调节性的配置，借此研究通用设计与汽车驾驶室的联系。
关键词：汽车驾驶室；人机工程学；通用设计ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２０．０１．０７３ 汽车驾驶室空间与人机工程汽车驾驶室作为人自主操作的典型工作空间，在人机工程学中一直是重要的研究方向。
汽车驾驶室空间狭小，活动范围有限，对驾驶员来说，长期处于驾驶状态，如果人机关系不能匹配，就会造成肌肉疲劳和驾驶风险。
良好的人机关系是驾驶舒适性、安全性的重要保证。
通过人机工程学的相关理论对驾驶室进行适合人体工作的设计优化后，可以减缓肌肉疲劳，也可以降低驾驶人员在长期驾驶过程中造成的驾驶危险。
对驾驶室的人机工程研究，主要是在车辆大构架尺寸固定的情况下，以不同身材的人的舒适性为前提，通过人体尺寸、人体生理、心理的特点考量，对已有驾驶舱设计进行分析完善，归纳总结不同功能区设计的最佳尺度，最大限度地创造舒适、健康的工作环境。
对汽车驾驶室而言，人机工程学的重要性可想而知。
人机工程学通用设计应用汽车驾驶室是一个活动范围很小的工作空间，操作空间有限，导致人的工作姿势受限。
其工作特点是：工作时间长、以静态坐势和反复性工作姿势为主、负荷小。
由于长时间处于静态姿势和重复操作姿势，长期肌肉疲劳会导致骨骼肌肉方面的疾病。
汽车的驾驶舱设计就要考虑到驾驶者的身体健康因素，为其创造一个舒适的驾驶环境。
从人的角度上看，人机工程学可以改善驾驶室的人机环境，提高驾驶员的生理、心理舒适度。
除此之外，在经济角度上讲，人机工程学也为驾驶室设备的尺寸设计、空间布置提供了一个参数范围，可以使驾驶室最大限度地满足不同身形和性别的驾驶者，降低了经济成本。
汽车人机工程学概论
驾驶员视野设计
仪表板视野
图9 仪表板视野测量示意图
驾驶员视野设计
眼椭圆
☆ 汽车驾驶员眼椭圆是指不同身材的驾驶员以正常驾驶姿势坐 在座椅上,其眼睛位置在车身中的统计分布图形。由于图形呈椭 圆状,故称之为“眼椭圆”。在车身设计中一般采用眼椭圆样板 来描述驾驶员的眼睛分布范围。 ☆ 国际标准ISO4513 中,对应于一定的座椅水平调整行程,提供 了各种百分位的驾驶员眼睛分布位置,即侧视图和俯视图上的相 应眼椭圆样板,并适用于下列尺寸范围的车身:
人体尺寸与人体模型
H点人体模型
图1 H点人体模型
人体尺寸与人体模型
汽车实际H点 汽车实际H点是指当H点三维人体模型按规定的步骤安放在汽车
座椅上时，人体模型上左右两H点标记连接线的中点。
☆ 汽车实际H点是与操纵方便性极坐姿舒适性相关的车内尺寸 的基准点； ☆ 汽车实际H点是确定眼椭圆在车身重位置的基准点； ☆ 汽车实际H点也是确定座椅参考点R（H点与R点重合）的基 准； ☆ 汽车实际H点的位置影响到驾驶员的手伸及界面。
上下车方便性
通道尺寸
☆对于后座的上下车方便性（图14、15），H131（后门槛至 地面的垂直距离）、HY2（R点到后车门上沿的垂直距离）、 L19（后入口的足部空间，后门最大开度时内边缘或在门槛之 上102mm的立柱与前座椅最小距离）、LX1（前车门X方向最 大开度）、LX2（前车门对角最小距离）、LX3（后车门X方 向最大开度）有直接影响。一般而言，高度方向上的上下尺寸 不因级别而异，而长度方向的尺寸则因级别的不同而有不同的 要求，级别越高，尺寸越大。推荐值如下：L19>250mm H131<400mm HY2>750mm 。
头廓包络线
人体工程学的作业范围03
1、肢体活动角度
人体上部及上肢固定姿势活动角度范围
2、肢体活动范围
肢体活动范围:
人的肢体围绕关节转动而划出的范围，也就是肢体活动占有的空间范围， 称为肢体活动范围。
立姿上身及手的可及范围、坐姿上身及手的可及范围
单腿跪姿上身及手的可及范围
仰卧姿势手及腿的活动空间
3、手的作业域
1、水平作业域：是人位于台面前，在台面上左右运动，手形成的轨迹范围。 2、垂直作业域：手臂伸直，以肩关节为轴上下运动所形成的区域，称为垂直 作业域。
第五章 图形思维理论
第五章 人体工程学与室内功能 一、起居室 F=35.6~40.0 G=76.0 H=45.7 I=53.0~66.0
第五章 图形思维理论
第五章 人体工程学与室内功能 一、起居室 A=35.0min B=71.0min C=61.0min D=132.0min E=30.5~45.7 F=30.5 G=101.6 H=45.7 I=76.0
二、餐厅 一、起居室
A=66.8 B=45.7 C=22.9 D=76.2 E=53.3
F=40.6 G=12.7 H=61.0 I=228.6 J=182.9
第三节 住宅的功 能与人体尺度
第五章 图形思维理论
第五章 人体工程学与室内功能
二、餐厅 一、起居室
A=66.8 B=45.7 C=22.9 D=76.2 I=228.6
室内环境设计
第五章 人体工程学与室内功能
F=30.5~45.7
G=76.2~91.4
D=40.6~45.7
第五章 图形思维理论
室内环境设计
第三节 住宅的功能与人体尺度
第五章 人体工程学与室内功能
I=152.4~172.7 一、起居室
驾驶员的视觉特性与反应特性
驾驶员的视觉特性与反应特性汽车驾驶员在行车中，有80%-90%以上的住处是依靠视觉获得的。
驾驶员的眼睛是保证平安行车的重要的感觉器官，眼睛的视觉特性与交通平安有亲密关系。
L视觉生理（1）视野人的眼睛凝视前方，头部的视线固定时，所能看到的范围称为视野（静视野）。
如仅将头部固定，眼球自由转动时能够看到的全部范围称为动视野。
视野也可分为单眼视野和双眼视野。
人眼的视野可采用视野计进行检查。
假如驾驶员的双眼视野过，不利于行车平安。
当驾驶员驾驶汽车高速行驶时，会感到车外的树木、房屋等固定物体的映像在人眼视网膜上停留的时间太短，人眼来不及认真辨别物体的细节，因此，随着车速的提高，驾驶员眼睛的有效视野会越来越狭窄。
（2）驾驶视力视力也叫视敏度，是指辨别细小的或遥远的物体或物体的微小部分的力量。
在肯定条件下，眼睛能辨别的物体越小，视觉的敏锐度越大, 视敏度的基本特征在于辨别两点之间距离的大小，因此，也可以把它看作视觉的空间阈限。
①静视力静视力是指人和视标都在不动状态下检查的视力。
在报考驾驶员时都要经过视力检查。
我们我国通用E型视力表栓驾驶员的两眼视力（中心视力），被试者距视力表5m 远，在标准照明条件（200±1001x）下，两眼视力（包括矫正视力）各为0.7 以上即允许报考。
用这种方法检查的视力反映驾驶员在静止状态下视力，即静视力。
②动视力动视力是指人和视标处于运动（其中的一方运动或两方都运动）时检查的视力。
汽车驾驶员在行车中的视力为动视力。
讨论结果表明，驾驶员的动视力随着车速的变化而变化，一般来说动视力比静视力低10%~20%,特殊状况下比静视力低30%、40%。
例如，以60km∕h的速度行驶的车辆，驾驶员可看清前方24Om处的交通标志；可是当车速提高到80km∕h时，则连16Om处的交通标志都看不清晰。
值得留意的是，虽然静视力好是动视力好的前提，但是静视力好的人不肯定就会有好的动视力。
静视力为LO的277人，其中动视力等于和上于0.5 的有170人，占总人数的61%。
汽车人机工程学ppt课件
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这2款汽车座椅在设计上也符合人机工程学座椅设计的原则，座椅并非是斗型， 所以不会另驾驶员在驾车时感到不适。
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完 6
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脊椎骨依靠附近的肌肉和腱连接，椎骨的定位正是借助与肌腱的作用力。 一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组织就会受到相互压力的作用，使肌肉活动度增 加产生疲劳。肌腱组织受力时产生一种活动电势。在挺直坐姿下，腰椎部位肌 肉活动度高。因为腰椎向前拉直使肌肉组织紧张受力。在提供靠背支撑腰椎后 活动力则明显减小。
人机工程学与汽车驾驶室的关系
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分析：
1.人机工程学与汽车驾驶室的关系
人在驾驶车辆时几乎所有的动作都是在坐姿状态下完成的，因此驾驶室是坐 姿活动空间。在汽车的坐姿活动空间设计时，放松坐高是确定驾驶室主要高度的 主要参考依据，在设计时也要综合考虑座椅的倾斜，座椅垫的弹性，衣服的厚度 以及人坐下和站起来活动等重要因素。坐姿眼高是确定视线和最佳视线区域所考 虑的重要因素。臀部宽度和臀部至腿宽长度综合考虑来确定座椅的面积尺寸。
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当坐姿腰弧曲线正常时，椎间盘上得受力均匀而轻微，几乎无推理作用于韧带，韧带不拉 伸，这样的状态下腰部就很舒服。见下图a：
但是当人体处于前弯坐姿时，椎骨之间的间距发生变化，相邻两椎骨前端间距缩小，后端 间隙增大，见上图b椎间盘在间隙缩小的前端受推挤跟摩擦，迫使他向韧带作用推力，从而 引起腰部不适感长期积累作用可造成腰椎盘病变。 综合来看从坐姿生理学角度，应保持腰弧曲线正常，从坐姿生物力学角度，应保持肢体免 受异常力作用，依据两方面的要求研究人体作业的舒适坐姿。如图c是汽车驾驶员驾舒适驾 驶姿势。因此在汽车设计时汽车座椅应满足驾驶员各种生理需求。
摩托车变速箱的驾驶员人机工程学
摩托车变速箱的驾驶员人机工程学摩托车变速箱作为摩托车的重要组成部分，对驾驶员的驾驶和操控体验起着至关重要的作用。
驾驶员人机工程学是研究人类与机器交互以提高操作效率、安全性和舒适性的学科领域。
在摩托车变速箱设计和开发过程中，人机工程学的原理和方法被广泛应用，以确保驾驶员的操作能够更加准确、高效和安全。
首先，摩托车变速箱的操控方式应该符合人类的生理特点和行为习惯。
人体工程学的理论指导下，变速箱的设计应考虑到驾驶员的身体活动范围、手指的灵活性和肌肉力量。
例如，操纵手柄的位置应该能够自然地与驾驶员的手臂姿势和手指弯曲角度相适应。
手柄的形状和大小也应该符合人类手部的解剖结构，以便驾驶员能够轻松地进行变速操作。
此外，变速器的档位提示标识和显示器等信息界面应设计清晰、易读并符合人眼的可视特性，以提高驾驶员对档位的识别准确性。
其次，摩托车变速箱的操作力度和机械传动感应应该经过合理的调整，以减轻驾驶员的疲劳和增加操作的准确性。
在人机工程学中，该原则被称为"操作力和感觉"的匹配。
变速箱的操纵机构应该设计成驾驶员能够轻松地进行档位切换，同时还能提供一定的阻力和机械感受，以让驾驶员感觉到档位的锁定和变速器内部的工作状态。
这种设计不仅可以传达驾驶员操作的信息，还可以与驾驶员的视觉和听觉输入相互协调，提高驾驶员对摩托车动态、道路状况和车速的感知。
另外，摩托车变速箱的换档过程应尽可能地平滑和快速，以减少变速冲击和提高驾驶员的驾驶舒适性。
使用人体工程学的原则，调整变速器的换档路径和设计换挡机构，使其能够适应驾驶员的手臂和手指运动，以最大程度地减少换挡时的力气和时间。
同时，摩托车变速箱的传动系统也应考虑到档位之间的错位和错位感，以确保驾驶员能够准确地选择所需的档位。
最后，摩托车变速箱的声音和振动特性也应受到人机工程学的考虑。
车辆发出的声音和产生的振动不仅会影响到驾驶员的听觉和触觉感知，还会直接关系到驾驶员的舒适性和疲劳程度。
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驾驶员视野
2：H点和R点 （1） H点是人体身躯和大腿的交接点， H点人体 模型是一种确定车身实际位置的人体模型，H点人 体模型包括背板部，座板部和足部 。R点是座椅设 计的参考点(SgPR) ，即将座椅调至最后最低时的 人体胯点。以R点作为设计参考点设计，制出样车 后，将座椅调至最后最低的位置，再测胯点，此时 的胯点为H点 。 （2）我国的标准为GB/11559，国际标准为ISO6549 。 （3）将H点人体模型放在汽车座椅上，模型上H点 实际位置就是汽车实际H点的位置。
图3-5 H点人体模型 1—脚量角器 2—小腿砝码 3—大腿砝码 4—横向水平仪 5—胯部量角器 6—靠背量角器 7—靠背角水平仪 8—躯干砝码及挂轴 9—头部空间控针 10—背板 11—臀部砝码 12—坐板 13—H点驱轴
人机工程学人体关键参数定义
HOS：H点装置鞋跟端点，用于定义AHP和FRP AHP：脚跟与地板表面的交点 BOF：鞋底表面一点，与踵点相距200mm。 地板参考FRP点，将H点装置的鞋按照规则定位后，HOS 与地板的交点。（不适用于右脚） 踏板参考点PRP，鞋定位后，加速踏板表面和BOF的接触 点 实际H点，将HPM按照步骤放在实车座椅上所测出的H点 D点：坐姿状态下装置臂部的最低点 K点，大腿和小腿的交接点 躯干线：定义躯干的线段 腿线：定义腿部的线段 座垫线：定义座垫角度的直线
大腿为456，小腿长度为459。
驾驶员视野
视切比P
O
视线
Ⅰ区 Ⅱ区
区含眼睛数 p= 区含眼睛数+区不含眼睛数
95%眼椭圆
图3-3 眼椭圆的意义
图3-4 眼椭圆轮廓线的画法
人体样板定位
HPM和HPD用以建立乘员布置关键点和尺寸，下面以HPD来涉及乘员
位置为例(usa : 95th)：可参照SAEJ 826
1）确定关键目标值；
2）定位鞋，将鞋底的中心线和自由状态加踏板对齐，鞋底BOF与踏板
表面接触(接触点PRP），鞋底HOS和压塌的地毯表面接触(接触点AHP）
此时鞋底面与水平面的夹角定义为踏板倾角( A47);
驾驶员视野
（1）驾驶员的眼睛位置范围大致呈椭圆形 分布，相应提出眼椭圆的概念 （2）眼椭圆代表了人体实际眼睛位置的范 围 （3）眼椭圆一般分为90百分位，95百分位 和100百分位，50%百分位，5%百分位等
1：二维正ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分布
2 ：驾驶员眼睛转动角速度的坐标系
图3-2 眼椭圆
车身分类
车身分为a,b两类车型，a类车包括轿车、旅行车、多用 途车、轻型货车，b类车主要是指商用车，随着对车身 舒适性要求提高，设计多样化，这种区别越来越不明显。
H点行 内部尺 程高度 寸 尺寸
行李箱 货车等尺 尺寸 寸
人机工程学关键装置定义
H点装置用于测量车内布置的关键参考点和尺寸，有两种装置来 定义H点，即H点测量装置HPM以及H点设计装置HPD，在两 种装置上定义了设计和人机关系的参考线，包括H点D点K点躯 干线、腿线、座垫线等。 H点：人体大腿和躯干的铰接点，不同场合表现形式不一样。 设计H点：借助HPD按照程序建立的H点，用来表达乘坐的位 置 乘坐参考点：对于指定乘坐位置而言，这是一个特殊的设计H 点：在设计初期就定义的参考点 虽然在可调座椅的H点调节轨迹上有很多设计H点，但只有唯一 的一个SgRP点 设计参考点用于定位一些不知工具，定义许多关键尺寸 实际H点，将HPM按照步骤放在实车座椅上所测出的H点
A40 5-40 11-18
H30
TH17
TL23 >100 >100
W9 <450 450-560
127-405 0-50 405-530 0
硬点标注说明
前缀
含义 编号
L
长度 1-99
W
宽度
H
高度
A
角度 400-599
TL
TH
100-199 200299 外部尺 寸
分别为H点行 程长度尺寸 和高度尺寸
驾驶员视野
驾驶员眼睛位置数据的分布检验 一般可用摄影法获得驾驶员眼睛位置在车身坐标系中 的分布，下图是从驾驶员侧面的照像机拍摄所得到的 眼睛位置散点图，该散点图反映了驾驶员左右眼在车 身侧视图上的分布情形，图上方格内的数字表示在该 位置上驾驶员的眼睛数，为查明数据分布的属性，对 散点图需进行统计分析。由于人体特征点在车身坐标 系中的分布往往具有正态性，因此可从二元正态分布 着手试验。
1:人—机—环境之间的关系：相互依存；相互作用；相互制约。
2:人机工程学的特点：学科边界模糊 3:学科内容综合性强；涉及面广。 4:人机工程学的研究对象：人—机—环境系统的整体状态和过 程。 5:人机工程学的任务：使机器的设计和环境条件的设计适应于 人，以保证人的操作简便省力、迅速准确、安全舒适，心情愉 快，充分发挥人、机效能，使整个系统获得最佳经济效益和社 会效益。 6：产品功能尺寸是指相对某项产品功能，对人体参量做修正 的尺度，而最佳产品功能能尺寸是指：人体尺寸参量 +功能修 正量+心理修正量。
3）定位SgRP, 确定H点的轨迹线，SgRP对于PRP位置为：
SgRP 913.7 0.67231( H 30) 0.0019553( H 30) 2
4)定位HPD，将HPD的H点与SgRP重合，保持HPD的座垫角A27 - 1，躯干
角A40 1，腰部支撑角L18 - 1，和侧向中心线位置W20 - 1与目标值一致，选
驾驶员视野
1：百分位概念 （1）群体数量小于或低于某个相对指标的概率 （2）人体身高符合高斯分布规律 （3）将高斯分布图按横坐标尺寸划分成100等份，等分项相对应 的概率为某百分位 （4）比如有低于1730mm的人口占总人口50%， 50%的百分 位为1730
图3-1 人的身高分布状况
1730 （50%）
汽车人机工程学研究的方向归纳如下：
1:工作负荷研究，包括体力活动、智力活动、工作紧张等 因素引起的生理负荷和心理负荷。
2:工作环境的研究，包括各种工作环境条件下的生理效应 ，以及一般工作与生活环境中振动、噪音、空气、照明等 因素的人机工程学的研究。 3:工作空间、工具装备、安全性能、舒适性能人机工程学 的研究。