分析轿车中与安全人机工程有关的设施与配置.doc

分析轿车中与安全人机工程有关的设施与配置注意格式，按照马老师给的格式写第一章 概述 随着社会的飞速发展，以及经济增长速度的大幅度提高，人们的生活水平也是高粱开花节节高，随着物质条件的优越，人们对现代化交通工具的需求量也在不断地加大，比如说轿车，以往，轿车只不过是少数人的特权产物，但是如今，他早就已经走进了寻常百姓家，成为了大家外出必不可少的交通工具，而且，所扮演的戏份也是越来越大。而轿车的设计，也要充分的的人机工程尤其是安全人机工程的角度来考虑轿车的安全性与舒适性。而消费者在购买的过程中也越来越看重这些，所以轿车内的设施与配置的设计与安全人机工程的联系也显得越来越举足轻重。第二章 轿车的概况现代汽车是由多个装置和机构组成的。不同型号，不同类型及不同厂家生产的汽车其基本构造都是由发动机，地盘，电气设备和车身四个大部分组成。1. 发动机 发动机是为汽车行驶提供动力的装置，其作用是使燃料燃烧产生动力，然后通过地盘的传动系统驱动车轮使汽车行驶，发动机主要有汽油机和柴油机两种。现代汽车广泛采用往复活塞式内燃发动机，它是通过可燃气体在气缸内燃烧膨胀产生压力，推动活塞运动并通过连杆使曲轴旋转来对外输出功率的。主要包括两大机构和五大系统，他们是曲柄连杆机构，配气机构，燃料供给系统，点火系统，发动系统，冷却系统和润滑系统组成，柴油发动机的点火方式为压燃式，故无点火系。2. 地盘 地盘作用是支撑，安装汽车发动机及其部件，总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力使汽车产生运动，保证正常行驶，底盘由传动系，转向系，行驶系，制动系组成。3. 车身容纳驾驶员和乘客，并构成汽车的外壳，轿车的车身由统一的外壳构成，车身还包括车门，车窗，车锁，内外饰件，附件，座椅，及车前各钣金件等。4. 电器设备 电器设备由用电设备和电源组成，电源包括发电机和蓄电池，用电设备的内容，不同车型不太一样主要有点火系，启动系，照明，空调及其他用电设备等。图2-1第三章 轿车的显示装置1. 概念 显示装置是指通过可视化的文字，曲线，数值，符号，标志，图形，可听得声波及其他人体可感知的刺激信号向人传递机的各种运行信息的器具。2. 显示器的分类与选择 轿车中使用的最普遍的显示装置是视觉显示装置，主要是各种仪表及信号指示器，视觉显示装置应使驾驶员既可以认读准确迅速又不易疲劳，常用的视觉显示装置有数字显示和模拟显示两大类，从安全人机工程学的观点考虑，使用阴极射线管，气体放电管和发光二极管等屏幕式显示装置更为适合，它既可以显示数字量和模拟量，又能显示过程参数的变化曲线和图形，更适合人的心里和生活特点，认读速度和准确度较高，能减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，也可以使驾驶员可以更加安全的架势汽车，对于定量读数的显示，应选择电子式的数字显示，这可以为驾驶员在观察上提供极大地方便，避免了驾驶员因思索，计算等造成的注意力不集中而造成更大的更严重的后果，对于定性度数的显示，由于它不需要具体的数据，且模拟现实更为灵敏，方便，因此选用指针式显示，这样做，可以使驾驶员直观的观察到，增加了安全性。汽车在行驶中，驾驶员需要随时获得轿车的行驶状况才能保证更好的驾驶，仪表板是精确的反映车况的唯一装置，为轿车的安全运行提供了极大的支持，所以如何设计好仪表板的各项功能并合理布置成了一项重点。3. 应用分析（1）仪表显示器的人机工程学原则 显示装置的设计还要充分的考虑显示器和仪表的易读性和准确性，通常，轿车上的各种仪表和信号指示器组装在一块仪表板上，仪表板的空间位置最好应使驾驶员不比运动头部和眼睛就可以看清全部仪表，或者至少也应该在驾驶员的头和眼睛的自然转动范围内，通常一般操作的视距距离设置在560750mm之间，这样可以使眼睛较长时间的工作也不会产生疲劳，间接的可以保证驾驶员的安全驾驶，前方的最佳距离在710mm左右，仪表板应与驾驶员的视线成直角，人在正常坐姿下操作，头部一般略自然前倾，所以仪表板应相应的倾斜，通常，仪表板与地面的夹角通常在600750，仪表板上的仪表应根据视觉运动规律排列，因人的视觉运动规律为从左到右运动，所以，常用的和最主要的仪表显示器应尽可能排在视野中心3°范围内（最优视区），一般仪表和信号指示器排在20°40°的水平视野和试平线下30°75°（或以上10°） 范围区域只允许设施次要的，除了不常用和不重要的一般不宜设置在水平80°视野之外。把视觉装置布置在良好视区和有效视区的意义在于，能使操作者持久的处于能觉察信号的环境，或者置身于能收到信号的位置，只有在非常不得已的情况下才会应用在有效视区之外，因此，在轿车显示装置整体布置时也应根据视觉显示装置的分区布置原则，和视觉的特点来进行布置。针对轿车显示装置的布置， 在其最重要的仪表和指示灯的布置时，通过结合人机工程的仪表布置原则，并考虑到车内空间的有限性，较理想的布置是将其布置在水平视野的25°的范围和垂直视野（在视水平线下30°范围内）的10°范围之内（如图3-1），其正确的认读为1s左右，这样可以保证驾驶员在较为狭小的空间范围内迅速准确的接受信息，并快速的做出反应， 进行安全有效的操作，当水平视野超过25°时，会大大增加认读的时间。图3-1轿车仪表盘的最佳布置区域人们在通过视觉识别信息时，其识别效果和方法除了受到视野视距和色彩的影响之外，还与人自身的视觉特征有关，因此在进行显示装置的整体布置时，也要考虑人的视觉特征，并要有针对性的进行相应的设计和调整。其主要考虑一下几个方面。（a） 眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快且不易疲劳。（b） 视线的变化习惯从左到右，从上到下以及顺时针运动。（c） 人眼对水平方向的尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计准确的多，因而水平式仪表上的误读率（28%）比对垂直仪表的误读率（35%）要低很多。（d） 当人眼偏离视中心时，在偏距相等的情况下，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，所以轿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的运动时间和疲劳度，提高认读，判断的准确率；汽车仪表的刻度方向的设计基本都是从左到右或者顺时针方向进行数量和尺度方向的增加，以符合人的视觉习惯（如图3-2）。此外，考虑到人对各象限观察效果的不同，布置比较多的显示装置时，应将最重要的布置在人的视线中心偏左的位置，以便使用者在识别信息过程中头部不用转动，只需要眼睛快速转动就可以快速的获取相关信息，其他次要的和不重要的则可依次按象限的观察效果的排列结合其他设计原则进行总体布置。 图3-2在进行视觉显示装置的总体布置时，要考虑显示信息的种类和树木等，在最佳条件下，一般人能够同时接受工艺过程重要指示器示值多达七个，因此，需要考虑操作者的接受能力有一定的限制，在总体布置时，显示的信息的种类和数目不宜过多，应将显示的信息数量控制在人的视觉通道容量所允许的范围之内，使人处于最优信息条件之下，如果一定要显示多个信息，可以考虑结合另一种感觉器官来接受信息和数据。（2）仪表显示器的设计为了使驾驶员能够进行高效安全的驾驶作业，轿车驾驶室内的视觉显示装置，应能够迅速，方便，准确的给人提供视觉信息，因此在进行视觉显示器装置设计时，应该选择合理的传递信息和数据的形式，并根据人的视觉特点，按最佳观察方式来进行总体布置。把视觉显示装置类型的划分中，可按其显示形式的不同划分为：仪表显示，信号灯显示。现分别论述如下（2-1）仪表显示装置仪表是显示装置中使用最广的一类视觉显示器，按其认读特征又可划分为数字显示器（如图3-3）和模拟显示器（如图3-4）。数字式显示仪表是一种使用数字显示有关参数或工作状态的装置，如各种数字显示屏，机械和电子的数字计数器等，数字显示的认读过程比较简单，只是对单一的数字或符号的辨认过程，这一类型的特点是：显示简单，精确。模拟显示仪表是通过模拟量来显示有关参数状态的视觉显示装置。它具有显示信息形象化，直观化的特点，使人对示值在全量程范围内所处的位置一目了然，对于测量的偏差值，不仅显示出偏差量，而且示出偏差量位于给定值的哪一侧。在不需要精确度出显示的具体数据时，他能够迅速直观的显示出所处范围的位置，机器的状态，从而使操作者第一时间作出反应。 图3-3 数字显示仪表 图3-4模拟显示仪表经调查数据可知，在现行轿车的仪表显示器中，大多为模拟式显示器，比如通过指针式显示器来指示发动机转速的变化情况（如图3-5） 图3-5 指针式显示器驾驶员在驾驶过程中可以通过发动机的转速表和迈速表来判断轿车的运行状况是否安全。当黑夜驾车时，仪表盘的背景灯光的颜色也要以人眼对颜色的识别序列为基准，人眼对颜色的反应顺序是红绿黄蓝，背景灯光的颜色也要以这几种颜色为主。（2-1-1）表盘的设计在设计轿车内部的仪表盘形状时，可以根据人机学的研究结果来进行合适的选择，考虑到驾驶员在认读表盘时首先进行的是判断显示在全范围内的位置，因此不宜使用开窗时的表盘。虽然开窗式的表盘认读的准确率极高，但是却没有通过指针显示所在量程范围内的具体位置，不能满足驾驶员的第一判断，圆形式具有良好的位置显示和准确率，因此在大部分时候可以采用。但该形式的表盘的最大刻度数与最小刻度数连在一起或距离较近，因此，为了使驾驶员快速判断，必须将最大可读与最小刻度分开一定距离，以免发生识别错误，在进行仪表盘面设计时，某些设计要求选用圆形盘面时，应考虑盘面的最大与最小刻度线要明显的区分开，以保证认读的准确性，半圆形式，给出了较好的准确率和位置显示，在许多情况下能很好的显示信息。而在汽车的部分仪表中，由于需要在盘面上显示较多的刻度范围，如果使用半圆形表盘，会因显示面积受限而减小刻度之间的范围，增加驾驶员的判断的困难性。综合考虑，在这种情况下，会采用略大于半圆形盘面的大半圆式盘面（形状可参考上图 图3-5 指针式显示器的形状）。这样，就可以满足大部分盘面的设计原则。（2-1-2）字符为了能将仪表上的信息迅速准确的传达给驾驶员，不仅要按照人机工程学来设计表盘的形状和指针，还要使字符的设计符合人机学的原理，具体要考虑的是字符的形状，立位，大小等。对于仪表字符形状的考虑，要求其简单，显眼，可通过直线和尖角等来加强字体本身特有的笔画，使其具有便于认读的特征。在仪表的刻度上标上相应的字符时，为使人可以更好地认读，一般采用直立。为了避免指针对标数的遮挡，字符应标在刻度标记的外侧，当不允许标在外侧时才标在内侧，大小，应能保证驾驶者在自然视觉范围内无论哪个方向及角度，都要看的清楚，黑夜，背景灯的作用下，也要能轻松的看清楚。（2-1-3）指针指针的形状要单纯明确，有明显的指示性形状，针身以头顶尖，尾部平中间等宽或狭长的三角形为好。 图3-6 指针3. 信号灯显示装置信号灯显示装置是指视觉信号由信号灯产生的显示装置，目前已广泛的使用与车辆，飞机，航海，家电，及仪表板等上，其特点是面积小视距远，引人注目，但信息负载有限，当信号较多时，信号显示会显得杂乱，并相互干扰，信号灯显示装置主要有两个作用，一是指示性二是显示性，指示性是指引起操作者的注意或指示操作者进行操作，显示性及反应某个指令，某种操作或某种运行过程的执行情况。在信号灯的设计中，必须使其符合人的视觉特性，以保证信息传递的速度和操作者的识别质量，为了保证信号灯在使用过程中具有醒目，迅速的传递功能，要求对信号灯的亮度，颜色，和形象等方面进行多方面的考虑。针对信号灯的亮度，考虑到强光信号比弱光信号易于引起人注意，所以其亮度应至少两倍于背景的亮度，以便引起操作者的注意，并且考虑到闪光信号比固定信号更能引起人注意这一点，在保证信号灯的亮度的基础上，在部分重要信息或危险信号的信号灯的显示上可采用闪光信号，以便引起观察者的进一步注意，但要注意光的强度和闪烁不能使人感到刺眼和炫目。在颜色上，通过对颜色的含义，人的心理，及颜色的习惯使用特点等进行分析，综合考虑应在作为警戒，禁止或指示不安全情况的信号灯上使用红色比较好，提醒注意的信号灯应用黄色，表示正常运行的信号灯应用绿色，其他信号灯的颜色应按用途作出适当选择。当信号灯较多时，除了用颜色进行去分外，还可以用形象化的形状加以区分，这样有利于加强视觉通道的传递，并且其形象最好能够与它们所代表的意义有逻辑上的联系。如下图所示 图3-7 信号灯及所代表的含义现行轿车内部的指示灯的显示装置基本按照汽车行业通用的标准进行设计和使用，比如在指示燃料的剩余量过少时，燃油页面指示灯将呈现黄色或红色以提醒驾驶员进行燃料补充，以免发生不必要的情况，在指示安全带没有扣紧时，通过安全带指示灯呈现红色或黄色，来提醒驾驶员注意扣紧安全带，以免因碰撞而造成伤害，这些指示灯的设计可以较好的减小驾驶员在驾驶过程中发生事故的可能性，比较符合人机工程学中对人的安全性的考虑，因此，是比较合理的设计。第四章 轿车的制动装置1.概念 是按照需要使汽车减速或在最短的距离内停车，（使汽车）在保证安全的前提下尽量发挥出高速行驶的性能的装置。2.分类 一般分为鼓式和盘式两种。鼓式制动器的优点是，成本低，防尘，便于同时作为驻车制动器。缺点是尺寸大，质量重，制动热量不易散发出去，制动稳定性不好。盘式制动器：是目前轿车前轮常用的制动器，一般都是钳盘式制动器。盘式制动器与传统的鼓式制动器比较，有以下优点：散热条件好，因此制动稳定性好，抗热衰退性强，尺寸和质量小。3.分析 汽车制动器伴随着汽车工业的发展，从最开始的带式简易制动器，逐渐发展到今天普遍应用的ABS电控制动器，使车辆的制动安全性越来越高，现代大部分汽车的制动系统采用主动控制方式，即汽车的制动是由驾驶员的意识决定的，从意识到决定到开始移动右脚到脚踏板，一般需要0.31.0S之间，之后，随着驾驶员踩踏板的制动力的增加，制动器才开始作用，这种制动方式只在汽车正常行驶或处在平直路面时才能有效，在出现紧急情况或者紧急路况时，并不能有效的制动汽车，每年由于驾驶员的失误或者意识延迟，将油门误踩制动器而造成的事故有很多，由于现在有很多新手上路，又或者人们工作劳累之后的疲劳驾驶，使人的意识反应时间增加，这个时候即易出现将油门误当成制动器来踩的情况，为了制止或减少这种情况的发生，我们可以在制动器踏板和油门的踏板上作出符合人机工程的措施来保证或者增加轿车的安全性和可靠性。其解决的方案大致有一下几种（1）如果发现踩油门过深就认定为踩油门，该方法的好处是结构简单易行但缺点也是显而易见的，例如在快速起步或者快速爬坡的过程中，将油门踩到底的情况也是时有发生的，如果实施该方案，那么在需要紧急刹车的过程中就有可能出现将油门踩到底的情况，出现这种情况时，在路况比较拥挤的路面时就有可能出现追尾的情况。（2）采用超声波或红外线来检测车辆前方是否有障碍物的思路来达到防治误踩油门的目的，当车辆前方有障碍物时进行制动，但是问题在于这种装置受天气及环境的影响很大，在实际中使用要么是价格不菲，要么是误差比较大，在讲究经济型的普通乘车中并不适用，因此，在推广上尚有一定难度。（3）测量油门踏板上的作用力，即在油门踏板上设置一种测量作用力的装置，如果油门踏板上的力度超过某一定值且且踏下时间过短，则判断为误踩油门，这种方案在原理上比较合理一些，在实用性上来讲也好于以上两种，但它也有不足点，我们知道油门的工作原理是这样的，当油门踏板踩下一定程度的时候，发动机进气管中的节气门由原来的闭合状态，打开至相应的开度，踏板踩下的幅度和门的开度呈正相关关系的，油门踏板踩下的幅度越大门的开度越大，单位时间进入发动机气缸的空气流量也就越多，发动机的功率也就越大。用这种方法的话不同的车辆需要不同的标准。（4）还有一些汽车紧急制动防治误踩油门机械智能补救设施，但这些方案对车辆的改动较大，实际中并不适合。所以，防治误将油门当成制动器的解决方案中，一般采用第三种。在人与轿车的人机系统中，这种方案既可以解决人的失误也可以防治机的事故。属于比较适用的。 图4-1 正常驾驶情况示意 图4-2 基于汽车安全带原理的放误踩油门的踏板第五章 内部布置方法和颜色设计 1.布置方法 (1) 从内到外法，从内到外法简单地说就是从人的位置定义到车身定义，SAE有关标准推荐的眼椭圆，头部包络线，手申及界面等都说明了从内到外的布置方法，这些标准都是基于一个思想，从一些布置工具的创建和定位来一步一步的定义驾驶员和乘员的乘坐空间和车内部件的布置，这也是从内到外设计法的基本思想。具体实现如下。（1-1） 由SAE推荐的任意线或区域来确定不同百分位人体模型的H点位置。（1-2） 确定座椅参考点的位置，座椅靠背角和座椅调节行程。 (1-3) 调用头廓包络线，结合内部空间控制尺寸，确定顶盖的位置以及完成对车身内部宽度的确定。（1-4） 调用眼椭圆，手伸及界面等设计布置工具设计仪表盘的断面形状及其操作纵件的布置。（1-5） 而后进行方向盘，操纵机构和踏板的布置。（1-6） 进行驾驶员的视野设计。（1-7） 前后风窗及后围的布置。（2） 从外到内法，从内到外的设计方法实际上是一种从零设计的方法，是一个反复设计和检验的过程，当今，随着全球一体化以及市场竞争的日益激烈，过长的开发周期是市场所不允许的，现在的汽车设计，都在参考同类型车的基础上，在运用安全人机工学的原理，进行变形设计，这就是从外到内的布置方法。 2.颜色设计 由于不同的人群，不同的环境以及车辆经常行驶的路面甚至是季候条件，都影响了汽车的颜色设计，比如，在我国南部地区，由于气温长期居高不下，那么，这类地区的人们在参考颜色的时候会更多地去考虑浅颜色的车，如在北方，由于冬季气温较低，且有大量积雪存在，人们在参考汽车颜色时更喜欢参考暖色调的颜色故，汽车的颜色设计在很大程度上取决于汽车待售区域的气候，环境要先把握一点，不是让你对前人做的东西和理论总结，而是让你针对存在的问题，结合人机工程学进行设计。关键是设计？。