车辆人机工程学理论课件(第7章)
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人机工程学讲义7
人与作业器具共同完成任务是在一定的作业空间进行的。
人、机所占的空间称为作业空间.按作业空间包含的范围，可把它分为近身作业空间、个体作业场所和总体作业空间.近身作业空间指作业者在某一位置时，考虑身体的静态和动态尺寸,在坐姿或站姿状态下，其所能完成作业的空间范围.近身作业空间包括3种不同的空间范围：个体作业场所指操作者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域，如汽车驾驶室.在作业场所的设计中,除了要保证近身作业空间外，还要考虑到信息显示器、操纵控制器的安排设置，以使操纵者能够适宜地获取信息、进行操作.作业的相互关系,如一条生产线、一间办公室等。
作业空间设计，从大的范围来讲，就是组织生产、生活现场，把所需要的机器、设备和工具，按照生产任务、工艺流程的特点和人的操作要求进行合理的空间布局。
给人、物等确定最佳的流通路线和占有区域,提高系统总体可靠性和经济性.从小的范围来讲，就是合理设计工作岗位，以保证作业者安全、舒适、高效工作。
人们所从事的工作内容和性质往往有很大差别。
性质和内容不同的工作，对作业空间的要求也会间大得多。
总之，作业空间的大小尺寸与构成特点，都必须首先服从工作需要,要与工作性质和工作内容相适应.有时要以使用者总体的第5百分位数的人体尺度为依据，如楼梯踏级宽度；有时要以使用者总体的第50百分位数或平均人体尺度为依据，例如工作面高低；有时要以使用者的第95百分位数的人体尺度为依据，如座位宽度、门框大小等。
有的作业空间则必须参照功能人体尺度来设计.有些特殊作业空间吗，还需根据特定人体尺寸来设计。
需要注意的是，人体尺度一般是在不着衣或只穿单衣的条件下测量的，而人们在工作中往往要穿上工作服和防护服，设计时须予以考虑。
如车辆检修、设备维修等，有时采取卧姿、跪姿或俯姿进行工作。
显然,采用不同的姿势需要占用的空间不同。
因而在设计作业空间时，必须对操作者的作业姿势有所考虑.性,专供女性使用的作业空间可比男性专用或男女通用的作业空间设计得小一点;不同年龄阶段使用的作业空间应有不同要求；黄种人躯干对四肢长度的比值大于白种人,但在身体骨架大小、体重、肢体力量等方面不如白种人，因此为不同人种使用的作业空间设计，上下左右空间应按美国人体尺寸设计,而对坐高的设计应以中国人体尺寸为依据。
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用数第字5特0征百：分均位值人μ体，尺标寸准作差为σ产。品尺寸“设计按的”依据。减12mm 、“推”和“搬”减25mm，“取”（卡、票等） 确定了正常驾驶或乘坐的座椅最后位置减；20mm 。
➢ 心理修正量
考虑心理因素（如压抑感、恐惧感、美观等）而加的尺寸修正量。
产品功能尺寸的设定
产品最小功能尺寸＝人体尺寸百分位数＋功能修正量
车辆 人 机 工 程 学
人体尺寸在设计中的应用举例 城市客车扶手横杆高度的确定：
1.按乘客“抓得住”设计 男女通用，小尺寸设计（ⅡB型产品尺寸设计），选P5女， 由GB/T 13547查得“双臂功能上举高”(18~55岁）为1741mm， 加穿鞋修正量20mm，横杆高度应小于1761mm。
2.按乘客“不碰头”设计 男女通用，大尺寸设计（ⅡA型产品尺寸设计），选P95男， 由GB/T 10000查得“身高”(18~60岁）为1775mm， 加穿鞋修正量25mm、横杆半径15mm，横杆高度应大于1815mm。
车辆 人 机 工 程 学
GB/T 12985《在产品设计中应用人体尺寸百分位数正量：考虑穿鞋、戴帽、穿衣后的尺寸变化量。 考 模虑拟心胸理 部因 的素 部（ 分如 尺压 寸抑 、感质、 量恐 及惧 皮感 肤如、 的美 力：观 学着等 响） 应衣而 特修加 性的 。正尺量寸修：正坐量。姿的坐高、眼高、肩高、肘高加6mm,胸厚加 只用代表“小个”的人体尺寸百分位数10作m为m尺,臀寸下膝限距值的加设2计0依m据m。。
满模穿足拟鞋度 人 修可体正由坐量设姿：计的立依姿H点据的位的身置人高。体、百眼分高操位、作算肩得高4修4。、m正肘m高量、。：手功考能虑高、不会同阴高操等作，男动子作加2（5m如m，用女手子加指20、mm手。掌、手臂操作）引
车辆人机工程学
各国量产车内饰色彩
德国奥迪A6的内饰色彩设计有黑色、浅灰、米色。黑色显得沉稳，浅灰稍显低调，米色显得高 贵大气。而奥迪A8内饰色彩有梧桐灰色和大理石灰色两种搭配。 日系车新逍客红黑内饰搭配使内饰空间更加灵活、时尚和精致。新天籁内饰均采用了黑色，彰 显高贵和大气。 美国雪佛兰爱唯欧内饰色彩有两款颜色：保守银灰色和彩色砖红色，配合个性时尚的中控和仪 表造型，特别强调科技感，彩色内饰搭配了砖红色，使人感觉更有活力，符合年轻人的审美。 目前中国的汽车内饰色彩选择比较单一，如长安逸动就只有一款米色的内饰颜色。
这款概念车运用了液态金属蓝，使其轮廓更加明显。
保时捷PST金属蓝车身
内饰颜色整体都是棕红色，真皮座椅和方向盘以棕红色为主，形成鲜明的 立体感，棕红色和亮银色金属双色包围着驾驶室，塑造出保时捷特有的美感， 内饰色彩感能让人感觉到：特别韵味，品质无暇，空间宽敞。
保时捷PST内饰色彩设计
宝马BMW
宝马BMW i8概念车蓝色的装饰曲线把车门踏板的动态体现得淋漓尽致。这种设计 突显概念车的动态理念，完美流线更是体现车的轻盈之态。而车门与顶棚独特透明设 计更是使得概念车的内外完美结合。
色彩构成
色彩构成是艺术设计的基础理论之一，它与平面构成及立体构成有着不可 分割的关系，色彩不能脱离形体、空间、位置、面积、肌理等而独立存在。
色彩要素
色彩的三要素： 色相，用来区分各种颜色，如红绿蓝等。 纯度，代表色彩的深浅。 明度，代表色彩的明暗。
色彩地位
色彩在汽车制造中的地位越来越重要： 色彩营销对汽车营销而言是十分重要的，利用色彩使产品和服务更有价值， 充分考虑消费者的情感和个体等方面。在对品牌进行设计以及提供产品服务时 ，将品牌文化展示出来。
消费7秒钟定律：通常人们在决定购卖商品买和不买之间做出的决定的时间。
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车辆 人 机 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程
工
程
学
百分位数
百分位数Pk将随机变量的总体或样本 的全部观测值分为两部分，有k%的观测 值等于和小于它，有(100- k) %的观测值 大于它。
百分位数是一种位置指标、一个界值。 人体尺寸用百分位数表示时，称人体 尺寸百分位数。
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1.4 人机工程学的发展史
➢ 人机学的萌芽期：
《考工记》：“凡兵无过三其身。过三其身，弗能用也，而无己， 又以害人。”“故攻国之兵欲短，守国之兵欲长。”“凡兵，句 兵欲无弹，刺兵欲无蜎，是故句兵椑，刺兵抟。”“凡为弓，各 因其君之躬志虑血气。丰肉而短，宽缓以荼，若是者为之危弓， 危弓为之安矢。骨直以立，忿埶以奔，若是者为之安弓，安弓为 之危矢。”
车辆 人 机 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程
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“人机工程学” ➢ Ergonomics （欧）/工效学、人类工效学 ➢ Human Engineering（美）/人体工程学 ➢ Human Factors Engineering /人因工程学、人因学 ➢ Human Factors （美） /人因工程学、人因学 ➢ 人间工学(日） ➢ 工程心理学 ➢ 人机工程学、人机学、
车辆 人 机 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程
工
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人－机关系
➢ 人机系统功能分配研究：系统中人的功能与机
的功能之间的联系和制约条件，研究人、机之 间的功能分配方法。
2024版《人机工程学》PPT课件
《人机工程学》PPT 课件•人机工程学概述•人体生理与心理特征•人机界面设计原理•工作场所人机工程学应用目录•办公环境人机工程学应用•交通运输领域人机工程学应用•总结与展望CHAPTER人机工程学概述定义与发展历程定义发展历程人机工程学起源于20世纪初的工业生产领域，随着计算机技术的发展，逐渐拓展到信息技术、航空航天、医疗等领域。
研究对象与范围研究对象研究范围学科特点及意义CHAPTER人体生理与心理特征人体生理结构简介肌肉系统循环系统通过收缩和舒张产生运动，维持姿势。
输送氧气和营养物质，排除废物。
骨骼系统神经系统呼吸系统构成人体基本框架，支持体重，保护内脏。
传递和处理信息，控制人体各种活动。
吸入氧气，排出二氧化碳，维持生命活动。
感觉知觉感觉与知觉的关系030201感觉与知觉特性分析认知过程及影响因素认知过程01影响因素02认知负荷03CHAPTER人机界面设计原理清晰易读色彩搭配手机屏幕汽车仪表盘符合人体工学控制器的形状、大小和位置应符合人体工学原理，方便用户操作并减少误操作的可能性。
功能明确控制器的功能应明确、直观，避免使用过于复杂或混淆的操作方式。
•反馈及时：控制器应提供及时的操作反馈，如声音、灯光等提示，帮助用户确认操作是否成功。
电脑鼠标游戏手柄界面一致性减少认知负荷个性化定制多通道交互人机界面优化方法探讨CHAPTER工作场所人机工程学应用1 2 3基于工艺流程的布局规划基于人体工效学的布局规划基于环境因素的布局规划工作场所布局规划方法论述设备选型与配置策略探讨设备选型原则根据工作需求、设备性能、经济效益等因素，选择适合的设备类型和型号。
设备配置策略根据工艺流程、设备功能、空间布局等因素，合理规划设备的布局和配置，提高设备使用效率和工作效率。
设备维护与保养建立完善的设备维护和保养制度，确保设备处于良好状态，延长设备使用寿命。
劳动强度评价方法采用主观评价、客观测量等方法，对员工的劳动强度进行全面、准确的评价。
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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。
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6.1 作业空间设计的原则
汽车驾驶员手伸及界面的空间曲面
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6.2 作业空间范围
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
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坐姿低台式控制台:高度降到坐姿人体视水平线以下，把显 示器、控制器设置在斜度为20 °的面板上，再确定其它尺 寸。
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坐姿高台式控制台:显示器数量较多时，分区配置。在操作 者视水平线以上10°至以下30°范围内设置斜度为10°的面 板 ，在该面板上配置最重要的显示器；视水平线以上10° 至45°范围内设置斜度为20°的面板 ，这一面板上配置次 要的显示器；视水平线以下30°至50°范围内设置斜度为 35°的面板 ，其上配置各种控制器；再确定其它尺寸。
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6.3 作业空间设计
面板布置原则与作业执行时间的关系
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。
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6.3 作业空间设计
(2)作业空间布置的顺序 对不同类型的元件, 推荐按以下顺序进行布置：
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坐立姿两用控制台:在操作者视水平线以上10°至以下45° 范围内设置斜度为60°的面板 ，在该面板上配置最重要的 显示器和控制器；视水平线以上10°至30°范围内设置斜度 为10°的面板 ，这一面板上配置次要的显示器；；再确定 其它尺寸。
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。
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6.1 作业空间设计的原则
汽车驾驶员手伸及界面的空间曲面
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6.2 作业空间范围
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
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坐姿低台式控制台:高度降到坐姿人体视水平线以下，把显 示器、控制器设置在斜度为20 °的面板上，再确定其它尺 寸。
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坐姿高台式控制台:显示器数量较多时，分区配置。在操作 者视水平线以上10°至以下30°范围内设置斜度为10°的面 板 ，在该面板上配置最重要的显示器；视水平线以上10° 至45°范围内设置斜度为20°的面板 ，这一面板上配置次 要的显示器；视水平线以下30°至50°范围内设置斜度为 35°的面板 ，其上配置各种控制器；再确定其它尺寸。
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6.3 作业空间设计
面板布置原则与作业执行时间的关系
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。
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6.3 作业空间设计
(2)作业空间布置的顺序 对不同类型的元件, 推荐按以下顺序进行布置：
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坐立姿两用控制台:在操作者视水平线以上10°至以下45° 范围内设置斜度为60°的面板 ，在该面板上配置最重要的 显示器和控制器；视水平线以上10°至30°范围内设置斜度 为10°的面板 ，这一面板上配置次要的显示器；；再确定 其它尺寸。
汽车人机工程学课件xin
眼椭圆的长轴计算原理
2.眼椭圆的定位
眼椭圆定位包括：椭圆中 心位置和倾角。 影响眼椭圆定位的布置参 数：转向盘在前后方向相 对加速踏板基准点（PRP ）的距离（L6），座椅高 度（H30），变速类型和 座椅升程（A19）。
2002版SAE J941标准采用的是有关乘员眼睛位置 分布规律最新的研究成果，其眼椭圆不再根据设 计乘员躯干角度A40定位，而是认为：转向盘前后 位置和座椅高度是影响眼睛椭圆中心位置的主要 因素。新的定位方法采用更多、更准确的参数作 为定位因子，提高了灵活性和准确性。
5.3.2 A类车、行程可调节座 椅眼椭圆
什么是A类车和B类车
A类车通常包括小型乘用车 、多功能车、轻型皮卡等。
B类车通常包括载货汽车、 大客车、多功能车（MPV）
1.眼椭圆尺寸的计算
1）长轴长度Lx
研究表明，驾驶员眼睛位置沿椭圆长轴方向（Ax 方向）的部分与驾驶员身高呈现0.473的相关关系。 即，若两个驾驶员身高相差10mm，则其眼睛位 置与Ax方向相差4.73mm。令变量X=0.473（S-Sr） 表示眼睛在Ax方向的位置，S代表身高，Sr为参 考身高。由单一性别驾驶群体的身高成正态分布， 则男子和女子的眼睛的位置沿Ax方向各自呈正态 分布，如下图。
眼椭圆的用途
驾驶员眼睛在车内坐标系中的位置是进行视野 设计与校核的基准，它是视野设计的工具。驾驶员 眼椭圆的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视 野原点基准。由于驾驶员身材、姿势及驾驶习惯的 差异，视野原点不可能是某个固定点，而是呈某种 形状的分布图形，不能简单的以平均身材驾驶员的 眼睛位置所在点作为汽车视野分析的视点基准。因 此，在试验测定和统计分析后，美国SAE推荐使用 标准眼椭圆这种统计概念的图形作为汽车视野设计 和校核的科学依据基准。
汽车人机工程学ppt课件
精选课件
5
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
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们机工程学与汽车座椅的关系
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。
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7.2 人机系统的功能分配
7.适应性 人具有随机应变的能力，具有很强的学习 能力，对特定的环境能很快适应；机没有随机应变 的能力，只有很低的学习能力，只能适应事先设定 的环境。
8.创造性 人具有创造性和能动性，具有思维能力、 预测能力和归纳总结能力，会自己总结经验；机只 能在人所设计的程序功能范围内进行一定程度的创 造性工作, 达到一定程度的智能化。
7.2 人机系统的功能分配
5.可靠性 就人脑而言, 可靠性和自动结合能力都远远 超过机器, ( 但工作过程中, 人的技术高低、生理和心理 状况等因素对可靠性都有影响），能处理意外的紧急 事态；经可靠性设计后，机的可靠性高，且质量保持 不变，但不能处理意外的紧急事态。
6.耐久性 人容易产生疲劳，不能长时间连续工作，且 受年龄、性别与健康情况等因素的影响；机的耐久性 高，能长期连续工作，并大大超过人的能力。
因此，可以认为,有人参与的系统会比全自动系统更 经济而可靠。
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7.3 机械系统人机界面的优化匹配
人机界面问题的提出 人机界面优化匹配的目标 人机界面匹配合评价方法
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7.3 机械系统人机界面的优化匹配
7.3.1 人机界面问题的提出
机械系统的人机界面（Human-Machine
7.2 人机系统的功能分配
据研究资料介绍，一种无人驾驶飞机的最初800次 飞行，失事次数多达155次; 而同类型的有人驾驶的飞 机，最初800次飞行中，失事次数只有3次，前者是后 者失事次数的52倍。即使不用人直接驾驶，而仅仅用 人作监管和后备的飞机，也比完全自动化的无人驾驶 飞机的可靠度高 1 倍以上。
或心理上的伤害，许多职业病也都源于不合理的操作环境
或作业姿势。
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7.3 机械系统人机界面的优化匹配
一个机械系统的人机界面是由许多不同类型、不同 结构型式的元件构成的, 通常将每一个不同的元件称 为一个因素，人机界面总体是由许多因素通过某种方 式组合而成的。
单因素评价是对系统总体评价的基础。在这方面的 研究开展得很多，也很深入。这些单因素研究有手控 操纵器、脚控操纵器、座椅、工作台、视觉类元件、 面板类元件、人体舒适姿势、人体测量、人体动作分 析、人的失误等方面。
开环人机系统的主要特征是系统的输出对控 制作用没有影响。
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7.2 人机系统的功能分配
人机系统中 “人” 与 “机” 的功能分配 是否合理，对于提高人机系统的总效能, 具 有重要意义。这是人机工程学的核心问题之 一，存在于机器发展的各个阶段中。
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7.2 人机系统的功能分配
1.感受能力 人可识别物体的大小、形状、位置和颜 色等特征，并对不同音色和某些化学物质有一定的 分辨能力; 机可接受超声、辐射、徽波、电磁波、 磁场等信号，超过人的感受能力。
4.信息处理 人的信息传递率一般为 6bit/s 左右，接受 信息的速度约每秒 20 个，短时内能同时记住信息约 10 个，每次只能处理一个信息; 机能储存信息和迅速取 出信息，能长期储存，也能一次废除，信息传递能力、 记忆速度和保持能力都比人高得多，在作决策之前, 能 将所存储的全部有关条件周密 “考虑” 一遍。
2.控制能力 人可进行各种控制，且在自由度、调节 和联系能力等方面优于机器。同时，其动力源和响 应运动完全合为一体，能 “独立自足” ；机在操 纵力、速度、精确度、操作数量等方面都超过人的 能力，但不能“独立自足”，必须外加动力源才能 发挥作用。
7.2 人机系统的功能分配
3.工作效能 人可依次完成多种功能作业，但不能进行高 阶运算，不能同时完成多种操纵，不能在恶劣环境条件 下作业；机能在恶劣环境条件下工作，可进行高阶运算 和同时完成多种操纵控制，执行单调、重复的工作也不 降低效率。
人优于机器的特点:具有创造性和能动性,能灵活处理 意外的紧急事态，人脑的神经联系复杂、元件数量多、 体积小、能量消耗少、记忆容量大、可靠度高、自维 修功能强, 某些感觉器官的感受性为目前的机器传感装 置所不及。
7.2 人机系统的功能分配
“人” 、“机” 功能分配的原则 快速、精细、笨重、危险、规律性、单调重复、高阶运 算、操作复杂的工作，宜分配给机器去做； 机器系统的监督、维修、故障处理，指令和程序的安排， 对意外事件的处理以及情况多变的工作，宜分配给人去做。 人机系统的总体设计，要考虑总的效能，不能单纯追求 自动化程度，必须讲究系统的生产率、初置成本、使用经 济性、可靠性四者之间的最优协调。
第7章 人机系统
第 7 章目录
31 人机系统的功能和类型 2 人机系统的功能分配 3 机械系统人机界面的优化匹配 4 人机系统设计 35 人机系统的数学模型
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7.1 人机系统的功能和类型
将人和机器联系起来，视为一个整体或系统， 称为人机系统。人机系统处于一定的环境之中, 并与周围环境发生相互作用。
7.2 人机系统的功能分配
机器优于人的特点:操作速度快, 能量大,精确度高, 能 同时完成多项操作, 能实现高阶运算和高倍放大, 不会 因单调重复和疲劳而降低工作效率, 对不利环境条件的 抵抗能力强, 信息传递能力高, 记忆速度和保持能力高, 能长期储存和一次废除信息, 感受和反应能力强, 可靠 性好, 耐久性高。
Interface)指的是操作人员和机器之间相互作用的区域。
人机界面的问题自 20 世纪初就引起了人们的重视，在
军事和大型工业领域，人们发现很多重大的事故均源于人
机界面匹配不当, 许多经验和教训都表明，人机界面设计
得不合理将导致操作人员的操作失误, 降低系统运行的安
全性, 甚至于造成重大事故, 同时还会对操作人员造成生理
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人机系统的功能：信息接受、储存 信息、处理信息、执行功能。人机系统 与周围环境的相互作用，表现为人机系 统的输入和输出。
7.1 人机系统的功能和类型
人机系统的类型 按有、无反馈控制环节分类，人机系统可分
为闭环人机系统和开环人机系统两大类。 闭环人机系统的主要特征是系统的输出对控
制作用有直接的影响, 驾驶员-车辆-道路系统的 方向操纵运动是一个人工闭环人机系统的典型实 例。