汽车仪表板中的人机工程设计.docx

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汽车仪表板中的人机工程设计

汽车仪表板中的人机工程设计

一、汽车仪表板

仪表板是汽车操纵显示的集中部分。

其上部有各种仪表及操纵开关，是汽车操纵中心。

设计上较好的仪表板是驾驶员能感到方便舒适，反之还可能影响驾驶员和乘员的安全，仪表板设计已成为汽车车身设计的一个重要组成部分。

仪表板总成也叫仪表盘总成，它是汽车上主要内饰件，它壁薄，体积大，上面开有很多方孔、圆孔等仪表孔，且结构形状十分复杂；仪表板是全车操控与显示的集中部位。

仪表板作为汽车内部可以看得到的最大，最复杂的零件之一，一直是新设计方法和新材料的首选目标。

同汽车一样，仪表板也因安全特性、美学要求、附加功能及其他发展趋势的综合要求而不断创新。

仪表板的器件按其功能一般划分为驾驶操控区和乘用功能区两部分。

驾驶操控区即主仪表区，指操控车辆行驶的有关功能区，一般集中在转向盘前面，如行车仪表、灯光开关、刮水器开关等；乘用功能区即副仪表区，指空调旋钮、音响控制、储物盒等，一般集中在仪表板的中部及右部。

最近，由于碰撞保护要求更为严格，仪表板上也采取了增强的结构。

目前，在许多情况下。

仪表板的基础结构已经对汽车车身扭力强度由一定有影响。

通过膝垫，杂件箱门及附加的驾驶员成员安全气囊的一体化赋予关键的安全功能。

随着仪器及电子设备数量的激增，如从气囊感应器到导航系统刀剪短的HVAC控制以及高级音响系统，仪表板也变得更为复杂。

通过对噪声和内部温度的控制，仪表板也能改善内部环境质量，并且通过色彩、织物、吉装饰使视觉上达到协调。

汽车仪表板的结构和用材多种多样，但基本上可以分为硬质和软饰仪表板两大类。

硬质仪表板结构简单，主题部分为同一种材料构成，多用于栽种汽车及客车，一般不需要表皮材料，采用直接注射成形。

软饰仪表板由表层、缓冲层和骨架三部分构成使用多种材料构成。

常用词奥皮材料有PU、PP、ABS/PVC合金等，多用于轿车。

此外，还有钢板冲压成型再焊接，涂装制造的钢质仪表板；钢质仪表板外层包覆人造革后制成的丰软化仪表板；木质仪表板等.

仪表板总成好似一扇窗户，随时反映出车子内部机器的运行状态，同时它又是部分设备的控制中心和被装饰的对象，是轿车车厢内最引人注目的部件。

可以这样说，仪表板总成既有技术的功能又有艺术的功能，它反映出各国轿车制作工艺和风格上的差异，是整车的代表作之一。

现代轿车的仪表板总成一般分成两部分，一部分是指方向盘前的仪表板和仪表罩及平台，另一部分是指司机旁通道上的副仪表板。

其中仪表板是安装指示器的主体，集中了全车的监察仪表，通过它们揭示出发动机的转速、油压、水温和燃油的储量，灯光和发电机的工作状态，车辆的现时速度和里程积累。

有些仪表还设有变速档位指示，计时钟，环境温度表，路面倾斜表和地面高度表等。

按照现时流行的款式，现代轿车多数将空调，音响等设备的控制部件安装在副仪表板上，以方便驾驶者的操作，同时也显得整车布局紧凑合理。

随着现代科学技术的发展，轿车仪表板用电子显示技术代替传统的机电式模拟仪表已成为发展的趋向。

电子显示技术也就是薄型平面电子显示器技术，利用这种技术做成的汽车平面仪表板显示数字及信息，十分清晰明了，使驾驶者在开车的同时，仍然可以清楚地看到仪表数字及其它信息的变动。

目前，平面仪表板主要采用真空萤光管显示、液晶显示、电致发光显示和高压驱动器集成电路等技术，具有测试反应速度快、指示准确、图形设计灵活、数字清晰、可视性能好、集成化程度高、可靠性强、功耗率低等优点。

例如有些平面仪表板的速度里程表采用全数字集成电路，既提高了测试精度，又可将数字信息输入计算机内，实现了车速与里程的数据分析，使汽车具有更多的自控功能。

其它如转速表、电压表、燃油表、油压表和水温表均采用线性集成电路，方便配接各类电子传感器件。

轿车仪表板总成在车厢里处于中心的位置，非常引人注目，它的任何疵点都会令人感到浑身不舒服，因此汽车制造商是非常重视轿车仪表板总成的制作水平，从制作工艺上可以表现出制造公司的设计与工艺水平，从装饰风格上可以表现出这个国家或地区的文化传统。

一种成功的轿车仪表板总成，既要融入轿车的整体，体现出它是轿车不可分割的一部分；又要体现出轿车的个性，使人看到仪表板就会想到车子的形象。

正因如此，轿车仪表板总成的装饰材料是比较讲究的，一般轿车的仪表板总成是用PP（聚丙烯）材料做蒙皮，有些高级轿车的仪表板则是用真皮做蒙皮，令人感觉到一种华贵的气派。

二、汽车设计中的人机工程学

人机工程学是从二十世纪五十年代开始迅速发展起来的一门新兴边缘学科，它在各国的叫法不同，而各界人士对其定义也不尽相同，国际人机工程协会对其下了这样的定义：

“人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学，生理学和心理学等方面的各种因素；研究人和机器及环境的相互作用；以及在工作中，家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率，人的健康，安全和舒适等问题的学科。

1.车辆设计和使用的人机工程问题：

在驾驶员——车辆——环境系统中，驾驶员是人机工程学研究的核心对象，随着机动车辆用途的日益扩大，形态的日益多样化，功率和工作速度的不断增长，自动化程度的不断提高，形式道路和交通环境条件的日益复杂化，驾驶员的工作越来越重，复杂，因而对改善驾驶员劳动条件的要求越来越迫切，这就使得机动车辆设计和使用中人机工程学的重要性更为突出。

人与机器共同工作，人有人的特性，机器有机器的特性，要设计出能最大限度与人协调工作的机器，就要充分研究两者的特性，才能设计出良好的人机界面。

人机工程学在对人的特性进行详细研究的基础上设定了一系列的设计准则，用来指导机器产品的设计，主要是人和机器之间的界面设计。

其中与汽车设计相关的主要有:

1）基于人体感官的界面设计例如，人的视觉有视角、视野、可视光波长范围、颜色分辨力、视觉灵敏度、定位错觉、运动错觉、视觉疲劳等特性，汽车的挡风玻璃、仪表板和仪表的设计就要充分考虑这些特性，使驾驶者能够得到足够的视区，能够迅速辨认各种信号，减少失误和视觉疲劳。

交通标志的设计也应该采用大多数人能明辩的颜色和不易产生错觉的形状。

2）基于人体形态的界面设计

   不同地区和人种、不同年龄和性别都具有不同的身体尺寸，为不同地区和群体设计的汽车就要参考特定对象的人体参数，在现代社会条件下，以一种产品规格想占有不同地区的市场是很难的。

人在生活和劳动中又具有各种不同的形态，人体在不同的姿态下工作，全身的骨头和关节处于不同的相对位置，全身的肌肉处于不同的紧张状态，心脏负担不同，疲劳程度也不同。

设计一台机器首先要考虑采用什么身体形态来操纵，选定姿态后，还要考虑以最舒适的方式对人体进行支撑，并适当地布置被操作对象的位置，从而减少疲劳和误操作。

例如司机在驾驶汽车的时候采用坐姿，坐椅的设计要符合人体骨骼的最佳轮廓，仪表的布置应在易于看到的地方，操纵杆/板的位置要在人体四肢灵活运动的范围内。

   3）基于力特性的界面设计

   人体在不同的姿态下，用力的疲劳程度不同，操纵机器所需的力量应该选择在对应姿态下不易引起疲劳的范围内。

例如转向助力器就是为了减轻操纵力而设计的。

人体在不同的姿态下最大拉力、最大推力也不相同，例如坐姿下人腿的蹬力在过臀部水平线下方20度左右较大，操纵性也较好，所以刹车踏板就安装在这个位置上。

人体在不同的姿态使用不同的肌肉群进行工作，动作的灵活性、速度和最高频率都不相同，例如腿的反复伸缩具有较低的频率，而手指则可以用较高的频率进行敲击。

因此，对应不同的操纵频率应采用不同的动作方式来完成。

4）基于人脑特性的界面设计

人脑对事物的认识和反应有自己的特点，体现在他的行为和对外界的反应中。

人喜欢用直觉处理事情，不善于烦琐过程和精确的计算。

对于协助人脑进行工作的计算机，如何进行人机界面的设计一直是热门的论题。

无论是从低级语言到高级语言，到面向对象、面向任务的编程方式的发展，还是图形终端、鼠标定位、窗口系统、多媒体、可视化、虚拟现实等方面的进展，都体现了这个主题。

近年来，人工智能已经在汽车上应用，车载电脑可以协助驾驶者认路、换档、避碰……。

最近在东京国际车展上展出的丰田POD概念车，还能记录车主的生活和驾车习惯，以便向车主提供更加贴心的服务

2.人机工程学在汽车内室领域中的实际应用

近年来，轿车作为高档消费品，已逐渐走入了中国人的日常生活中。

人们在购车时，除了注意汽车的款式、性能之外，对汽车内室的设计与装饰也比较关心。

而汽车内室设计的成功与否，很大程度上取决于对“人机系统工程学”的合理应用。

“人机系统工程学”（简称“人机学”）是一门以满足工业产品设计需要为主，以人与环境为研究对象的学科。

它的应用领域比较广泛，现在就其汽车内室领域中的实际应用作一下探讨与分析。

一、汽车乘坐性与相关的人机关系人们在乘坐汽车时，首要需求就是生理上的舒适感觉，要满足这一需求，直接取决于座椅设计的合理性。

而座椅要想设计的合理、科学，就必须按照人机学的理念进行设计。

我们知道，人在坐下时，各个生理关节，如肘、腕、膝关节等，都有各自的活动限值或叫做生理角度。

A120°~30°A295°~120°A395°~135°A490°~110°A510°~45°A680°~120°A7170°~190°）合理的设计座椅，以确保人在自然的坐姿情况下，各生理关节处于舒适状态，成为座椅设计的关键。

另外，不同地区、国家、种族的人具有不同的身高、体重与身长比例，所以在设计上会根据不同的情况在座椅的比例上做出调整。

在实际设计中，汽车设计师巧妙的利用了统计学规律，将人体尺寸按男女及大小数值分类（5%、50%、95%），并且将人体按上述统计规律规范出一种模拟工具“2VH点人体样板”及“30RAMSIS人体模型”代替“人”的真实活动来进行布置与设计。

随着时代的发展，紧密围绕着乘坐舒适性这一主题，并结合人的生理机能及操作需求考虑，现代汽车的座椅设计在功能上已做了很大提高和调整。

1可调高度及角度的靠枕2可移动的肩部缓冲垫3电动式角度调节机构4矫形靠背5宽度可调式座椅6前后可调式软垫7滑动部位8气动式支撑9座垫暖风（选装）

二、汽车的驾驶性与相关的人机关系驾驶员驾驶汽车既用眼又用手，还需用脚。

所以涉及了驾驶员的视野、手操作范围及脚活动范围。

同时，也涉及了仪表板、中控板、方向盘、脚踏板等机构的设计。

（一）视野性驾驶员在驾驶过程中，80%的信息来自视觉。

可见，视野性对汽车驾驶的重要性。

涉及与视野有关的人的生理机能就是眼的生理视角。

我们知道人在观察事物时，是靠转动眼球与头部的扩大其视野的。

“自然转动”时，人无不什么舒适感。

而“勉强转动”时，眼睛和头部都会明显的不适。

这些现象将都是在汽车设计中与视野有关的部件时的重要参考。

驾驶员眼睛的位置是怎样定位的？

这原本是很复杂的问题，但汽车设计师又是利用统计规律将千变万化因人而异的，眼睛位置的分布规律规范出一椭圆形球体，即国际标准所规定的“眼椭圆”。

这一模板解决了汽车驾驶员的眼睛定位设计问题，从而使汽车的仪表板设计、前风窗边界线的确定及刮扫面积，除霜面积的确定，还有方向盘盲区的校核等，都有了可靠的视点依据。

（一）驾驶员的手伸及范围驾驶员在进行驾驶操作时，需要对各种控制机构进行操作，而这些控制机构的安装位置必须在驾驶员的手能伸及到的界面之中。

这也就是汽车标准中所说的“驾驶员手伸及界面”。

其定义是“驾驶员在汽车行驶中，身系安全带，右脚支撑在加速器踏板是重点上，一支手握方向盘，而另一支手所能伸及的最大空间廓面”。

该标准给出了不同驾驶室的综合因子G值及不同男女驾驶比例的手伸及界面的具体数据。

这将对有关的各控制构件的定位起到规范的作用。

（二）操作系统及信息传达系统的人性化因素

1．方向盘

（1）方向盘的空间定位应适于各种身材的驾驶员的需要，即：

方向盘可高可低，可近可远，可因人而异。

再加上座椅的可调性，这即保证了各种体态的驾驶员的操作方便性与进出的灵活性。

（2）方向盘的造型经历多年的变化发展，由多样化趋于少数的几种，如π型（奥迪A6、别克凯越、