【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 車身布置有關(guān)的人體特征點(diǎn)。當(dāng)駕駛員以正常駕駛姿勢(shì)入座后，測(cè)取人體特征點(diǎn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后，便可得到各種百分位身材男女駕駛員的人體特征點(diǎn)分布圖形。這些圖形稱為車身內(nèi)部布置設(shè)計(jì)工具。它們包括人體模型、眼橢圓、頭廓包絡(luò)線、手伸及界面等。經(jīng)過車身總布置設(shè)計(jì)，就可確定汽車的主要尺寸和基本形狀[11]。車身總布置原則車身總布置是其它設(shè)計(jì)階段的基礎(chǔ)，是汽車設(shè)計(jì)的初始步驟，其自身的好壞決定著車身設(shè)計(jì)的成敗。因此車身總布置應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)原則（1）外部尺寸盡量小內(nèi)部空間盡量大 。（2）滿足駕駛員和乘員的乘坐舒適性、操縱性、行車安全性、視野性等要求；（3）以人為本，滿足人機(jī)工程學(xué)要求。（4）滿足法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求。就像人的身體一樣，汽車也須有一幅骨架，這就是車架。車架的作用是承受載荷，包括汽車自身零部件的重量和行駛時(shí)所受的沖擊、扭曲、慣性力等。車架種類有大梁式、承載式、鋼管式及特殊材料一體成型式等。 1）大梁式車架（又稱非承載式車架）大梁車架的原理很簡(jiǎn)單：將堅(jiān)固的鋼梁焊接或鉚接成為一個(gè)鋼架，然后在上面安裝動(dòng)力總成、懸架、車身等部件，這個(gè)鋼架就是名附其實(shí)的“車架”（如圖21）。大梁式車架的優(yōu)點(diǎn)是能夠提供很強(qiáng)的承載能力和抗扭剛度，且結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是鋼制大梁質(zhì)量 沉重體積大，影響整車布局和空間利用率。大梁式車架適用于大載重量的貨車、中大型客車、越野車。圖 21 大梁式車架2）承載式車架承載式車架的意念是用金屬制成堅(jiān)固的車身，再將發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架等機(jī)械零件直接安裝在車身上，車身承受全部載荷，充當(dāng)車架。這種承載式車身除了其固有的乘載功能外，還要直接承受各種負(fù)荷。這種形式的車身具有較大的抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)的剛度，質(zhì)量小，高度低，汽車質(zhì)心低，裝配簡(jiǎn)單，高速行駛穩(wěn)定性較好。承載式車架由鋼或鋁經(jīng)沖壓、焊接而成，對(duì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的要求都很高。成型的車架是個(gè)帶有坐艙、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和底板的骨架（如圖22），我們所能看到的光滑的汽車車身則是嵌在骨架上的覆蓋件（如圖23）。 圖 22 承載式車架 圖 23 車身覆蓋件 3）鋼管式車架鋼管式車架就是用鋼管焊接成一個(gè)框架，再將零部件裝在框架上。它的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，且對(duì)鋼管車架進(jìn)行局部加強(qiáng)容易，在質(zhì)量相等的情況下，可以得到比承載式車架更強(qiáng)的剛度（如圖24）。 圖 24 汽車的車架 就像人的身體由骨架來(lái)支持一樣，汽車也必須有一幅骨架，這就是車架。車架的作用是承受載荷，包括汽車自身零部件的重量和行駛時(shí)所受的沖擊、扭曲、慣性力等[14]。通常人們只將汽車車身結(jié)構(gòu)劃分為非承載式車身和承載式車身。作為城市電動(dòng)轎車，其自身的安全性和舒適性是設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)，其影響因素主要是底盤和懸架，而底盤部件和懸架是安裝在車架上的，所以選擇合適的承載方式對(duì)汽車的性能影響至關(guān)重要。本車采用承載式車身，因?yàn)椴捎眠@種承載方式的轎車 車身質(zhì)量小，剛度高，成本相對(duì)低。室內(nèi)可利用的有效空間增大，可降低整車高。上下車更方便。制造工藝性好，生產(chǎn)率高。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采用承載式車身是最符合設(shè)計(jì)要求的。第3章 人機(jī)工程學(xué)的基礎(chǔ)研究 人機(jī)工程學(xué)概況人機(jī)工程學(xué)簡(jiǎn)介一款車型是否會(huì)得到人們的青睞，在很大程度上取決于其是否擁有人性化并貼近用戶的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，而要達(dá)到這一設(shè)計(jì)要求，就必須運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)方法。人機(jī)工程學(xué)是從人的生理和心理特點(diǎn)出發(fā)，研究人、機(jī)、環(huán)境相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律，以優(yōu)化人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的一門學(xué)科，其目標(biāo)是讓人在使用機(jī)械的用時(shí)有“安全、健康、舒適、高效”的感覺。在車身總布置中，人機(jī)工程設(shè)計(jì)占有重要地位，必須根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際情況，進(jìn)行合理的布置設(shè)計(jì)。這不僅關(guān)系到有效利用車內(nèi)空間及提高乘用舒適性，而且會(huì)影響整車、內(nèi)外造型和尺寸參數(shù)，進(jìn)而會(huì)影響整車性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[12]。人機(jī)工程學(xué)在車身總布置中的應(yīng)用機(jī)動(dòng)車的種類雖然很多，但面臨的人機(jī)工程問題卻是相同的。合理的人機(jī)工程布置設(shè)計(jì)，不僅關(guān)系到車內(nèi)空間利用率和乘坐舒適性，而且還會(huì)影響整車造型及尺寸，進(jìn)一步影響整車性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。車輛工程領(lǐng)域的人機(jī)工程問題可大致歸納為以下六個(gè)方面。汽車駕駛操縱系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配；機(jī)動(dòng)車輛駕駛操縱系統(tǒng)是一種有駕駛員參與的反饋控制系統(tǒng)，其人機(jī)界面是典型的第一類人機(jī)界面。這類人機(jī)界面的優(yōu)化匹配問題，在人機(jī)工程科學(xué)領(lǐng)域最有代表性，是人機(jī)工程學(xué)應(yīng)當(dāng)研究和解決的基本技術(shù)問題之一。因?yàn)轳{駛操縱是機(jī)動(dòng)車輛駕駛員最基本、最頻繁、最重要的操作，所以駕駛操縱系統(tǒng)人機(jī)界面匹配的合理程度，對(duì)車輛行駛的安全性、對(duì)駕駛員的身心健康、駕駛操作的舒適性以及在正常工作時(shí)間內(nèi)繼續(xù)駕駛車輛所能保證的工作效率等，都有重大的影響汽車行車安全性及車內(nèi)乘員的人體保護(hù)技術(shù)；汽車車輛的撞車、翻車事故嚴(yán)重的威脅乘員的安全性。在進(jìn)行車身總布置時(shí)，一定要考慮到安全技術(shù)性能，利用有效的車內(nèi)乘員人體保護(hù)技術(shù)來(lái)避免或減輕乘員可能遭受到嚴(yán)重的傷害。汽車乘員的乘坐舒適性汽車駕駛員和乘員的乘坐舒適性，主要取決于座椅與人體的人機(jī)界面能否為人提供舒適穩(wěn)定的坐姿、駕駛員（或乘員）——座椅——汽車系統(tǒng)能否有效地隔離或衰減來(lái)自路面不平度的激勵(lì)而產(chǎn)生的振動(dòng)、駕駛員（或乘員）——座椅——駕駛室系統(tǒng)的幾何位置關(guān)系能否為駕駛員提供良好的視野和相對(duì)于各種操縱機(jī)構(gòu)與顯示裝置的舒適位置[13]。機(jī)動(dòng)車輛的噪聲控制機(jī)動(dòng)車輛噪聲控制的目的是保證車內(nèi)駕駛員和乘員的耳旁噪聲滿足人的聽力保護(hù)允許標(biāo)準(zhǔn)，車外噪聲滿足動(dòng)態(tài)環(huán)境噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)。具體的標(biāo)準(zhǔn)限值因車輛類型、使用條件、運(yùn)行環(huán)境的不同而異。機(jī)動(dòng)車輛駕駛員的駕駛適宜性駕駛員是引起事故的主要因素。所謂駕駛適應(yīng)性，是指人具備圓滿，不出差錯(cuò)的完成駕駛工作的素質(zhì)。開展駕駛適應(yīng)性研究并制定科學(xué)的駕駛適宜性檢查方法，對(duì)于駕駛員的選拔和科學(xué)化管理具有重要的指導(dǎo)意義。汽車的道路交通適應(yīng)性我們認(rèn)為，應(yīng)該把人——車——路作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究，設(shè)計(jì)汽車性能時(shí)既要充分考慮到人的因素，如人體尺寸、人的生理和心理特征、人的習(xí)慣等人——車的關(guān)系，又要考慮到道路交通特性。進(jìn)行車身總布置時(shí)，考慮到人——車——路系統(tǒng)的綜合優(yōu)化。汽車是一種典型的高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，隨著汽車技術(shù)的進(jìn)步和汽車應(yīng)用的普及，人們對(duì)汽車的安全性、舒適性和操縱方便性提出了更高的要求。人與機(jī)器共同工作，人有人的特性，機(jī)器有機(jī)器的特性，要設(shè)計(jì)出能最大限度與人協(xié)調(diào)工作的機(jī)器，就要充分研究?jī)烧叩奶匦裕拍茉O(shè)計(jì)出良好的人機(jī)界面。將人機(jī)工程學(xué)的原理應(yīng)用于車身總布置設(shè)計(jì)中，以解決上述問題，成為汽車設(shè)計(jì)中的重中之重。人機(jī)工程學(xué)在車身總布置中的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則人機(jī)工程學(xué)在對(duì)人的特性進(jìn)行詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上設(shè)定了一系列的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，用來(lái)指導(dǎo)機(jī)器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，主要是人和機(jī)器之間的界面設(shè)計(jì)。其中與汽車設(shè)計(jì)相關(guān)的主要有：（1）基于人體感官的界面設(shè)計(jì)。例如，人的視覺有視角、視野、可視光波長(zhǎng)范圍、顏色分辨力、視覺靈敏度、定位錯(cuò)覺、運(yùn)動(dòng)錯(cuò)覺、視覺疲勞等特性，汽車的擋風(fēng)玻璃、儀表板和儀表的設(shè)計(jì)就要充分考慮這些特性，使駕駛者能夠得到足夠的視區(qū)，能夠迅速辨認(rèn)各種信號(hào)，減少失誤和視覺疲勞。（2）基于人體形態(tài)的界面設(shè)計(jì) 不同地區(qū)和人種、不同年齡和性別都具有不同的身體尺寸，為不同地區(qū)和群體設(shè)計(jì)的汽車就要參考特定對(duì)象的人體參數(shù)，盡量滿足每個(gè)人的個(gè)性化需要。（3）基于力特性的界面設(shè)計(jì) 人體在不同的姿態(tài)下，用力的疲勞程度不同，操縱機(jī)器所需的力量應(yīng)該選擇在對(duì)應(yīng)姿態(tài)下不易引起疲勞的范圍內(nèi)。（4）基于人腦特性的界面設(shè)計(jì)車身總布置設(shè)計(jì)應(yīng)該符合人腦對(duì)事物的認(rèn)識(shí)和反應(yīng)規(guī)律。自人類社會(huì)開始，就有了最原始的人機(jī)關(guān)系，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人機(jī)工程學(xué)的概念日益走進(jìn)人們的生活中，但是究竟何為人機(jī)工程學(xué)，研究其意義是什么。人機(jī)工程學(xué)是從20世紀(jì)50年代開始迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興的邊緣科學(xué)，研究人在操作過程中合理地、適度地勞動(dòng)和用力規(guī)律的一門學(xué)科。目前，國(guó)際人機(jī)工程學(xué)會(huì)（International Ergonomics Association,簡(jiǎn)稱IEA）對(duì)人機(jī)工程學(xué)所下的定義為：“人機(jī)工程學(xué)是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等各方面的因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究人在工作、家庭生活和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、健康、安全和舒適等問題的學(xué)科”。其研究的對(duì)象是人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱人機(jī)系統(tǒng)）各組成部分的屬性，但重點(diǎn)研究的是人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的總體屬性，以及人、機(jī)、環(huán)境之間的相互關(guān)系的規(guī)律。人機(jī)工程學(xué)研究的內(nèi)容包括：人機(jī)工程學(xué)的學(xué)科構(gòu)成；人的特性研究；機(jī)的特性研究；環(huán)境的特性研究；人—機(jī)關(guān)系的研究；人—環(huán)境關(guān)系的研究；機(jī)—環(huán)境關(guān)系的研究；人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)總體性能的研究。人機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成，可以分為人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)。對(duì)于這三個(gè)子系統(tǒng)的研究，各自獨(dú)立為一門科學(xué)，即人的科學(xué)、技術(shù)工程科學(xué)及環(huán)境科學(xué)。這三個(gè)子系統(tǒng)中兩兩互相交叉，又構(gòu)成三個(gè)交叉系統(tǒng)，即人—機(jī)系統(tǒng)，人—環(huán)境系統(tǒng)，機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)，這三個(gè)交叉系統(tǒng)的交叉則構(gòu)成人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)?？傮w上，人機(jī)工程學(xué)有研究和實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用和工程兩個(gè)學(xué)術(shù)研究方向構(gòu)成。人是人機(jī)系統(tǒng)中最重要的，最活躍的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是最難控制的環(huán)節(jié)。對(duì)人的研究可分為九個(gè)方面：1人體尺寸及人體測(cè)量技術(shù)；2人體力學(xué)性能；3人的勞動(dòng)生理功能；4勞動(dòng)中人的心理過程；5人的信息傳遞能力；6人的可靠性；7人員的選拔和訓(xùn)練；8人的動(dòng)作時(shí)間研究；9人體模型。機(jī)的因素很多，在此主要對(duì)機(jī)械，電器系統(tǒng)進(jìn)行歸納，大致可概括為五方面：1信息傳遞技術(shù)；2操縱控制技術(shù)；3安全保障技術(shù)；4動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)；5宜人化技術(shù)。綜上所述，人機(jī)工程學(xué)研究?jī)?nèi)容可以概括為：機(jī)械系統(tǒng)中直接由人操縱或使用的部件，應(yīng)設(shè)計(jì)成便于操作者有效的使用，以保證人機(jī)系統(tǒng)的工作效能達(dá)到最優(yōu)。從保證人的安全，健康，舒適和高工作效率出發(fā)，提出環(huán)境控制和安全保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)要求；人機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。在駕駛員—車輛—環(huán)境系統(tǒng)中，駕駛員是人機(jī)工程學(xué)研究的核心對(duì)象。隨著機(jī)動(dòng)車輛用途大日益擴(kuò)大，形態(tài)的日益多樣化、功率和工作速度的不斷增加、自動(dòng)化程度的不斷提高、行駛道路和和交通環(huán)境條件的日益復(fù)雜，駕駛員的工作越來(lái)越重，因而對(duì)改善駕駛員勞動(dòng)條件要求越來(lái)越迫切。這就使得應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的原理設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)車輛的重要性各位突出。機(jī)動(dòng)車輛駕駛員的主要職能有：用手和腳操縱各種機(jī)構(gòu)以使駕駛車輛和控制作業(yè)機(jī)具；觀察車輛和作業(yè)機(jī)具的工作情況，監(jiān)控他們的技術(shù)狀態(tài)；確定合理而有效的完成作業(yè)任務(wù)的操作順序。目前車輛工程領(lǐng)域的人機(jī)工程問題大致可歸納為八方面：機(jī)動(dòng)車輛駕駛操縱系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配機(jī)動(dòng)車輛的行車安全性和車內(nèi)成員的人體保護(hù)技術(shù)機(jī)動(dòng)車輛成員的乘坐舒適性機(jī)動(dòng)車輛的噪聲控制機(jī)動(dòng)車輛車內(nèi)小環(huán)境氣候的宜人華控制機(jī)動(dòng)車輛駕駛員的駕駛適宜性機(jī)動(dòng)車輛道路交通適應(yīng)性人—機(jī)—路系統(tǒng)的綜合優(yōu)化現(xiàn)代轎車設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)以人為中心，安全性、舒適性一直是轎車設(shè)計(jì)的主題和追求的目標(biāo)。而舒適性、安全性直接與人相關(guān)，尤其是駕駛員的舒適性與安全性，所以研究對(duì)駕駛員操縱空間的研究是極為重要的。人機(jī)系統(tǒng)是指生產(chǎn)過程中人和機(jī)械聯(lián)系起來(lái)而形成的不可分割的整體。人機(jī)系統(tǒng)可大可小，凡是有人控制的系統(tǒng)都屬于人機(jī)系統(tǒng)范圍，如人與飛機(jī)、人與汽車、人與工程機(jī)械、人與座椅等等。人機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成是三個(gè)人、機(jī)、環(huán)境子系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)，它們互相獨(dú)立有互相交叉，構(gòu)成人—機(jī)系統(tǒng)、人—環(huán)境系統(tǒng)、機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)我們?cè)谘芯恐兄攸c(diǎn)以人—機(jī)關(guān)系為研究對(duì)象，而人機(jī)關(guān)系又可分為兩個(gè)方面：（1） 機(jī)宜人：使機(jī)器系統(tǒng)盡量滿足使用者的體格、心里、生理、審美以及社會(huì)價(jià)值觀念的要求。（2） 人適機(jī):為了適應(yīng)機(jī)器需要，使用者必需通過訓(xùn)練或者對(duì)使用者予以一定的身體限制，發(fā)揮人的可塑性和學(xué)習(xí)性，讓人去適應(yīng)機(jī)器，保證人機(jī)系統(tǒng)的最佳工作效率和效益。 人體是一個(gè)復(fù)雜的生理體系，影響人體尺寸特征因素很多，如國(guó)家、地區(qū)、民族、生活環(huán)境和風(fēng)俗習(xí)慣等。由于世界各地不同國(guó)家、民族、人種的人體尺寸差距較大，所以各國(guó)在各自人體標(biāo)準(zhǔn)尺寸上均有較大的差異，僅在中國(guó)，東北成年男子身高平均值1693mm，而西南成年男子的身高平均值為1647mm；美國(guó)成年男子平均身高值1755mm，英國(guó)成年男子平均身高1780mm，日本成年男子平均身高1651mm，因此如果在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮產(chǎn)品的銷售地區(qū)和當(dāng)?shù)氐娜藛T的實(shí)際身體尺度，這樣才能滿足“機(jī)宜人”的要求。圖22為不同人種間的身體差異圖。圖22圖2－2表明，不同種族之間的人體尺度差異如身高的差異主要是由于四肢的遠(yuǎn)位部分（即小腿和小臂）在長(zhǎng)短上的差異而引起的。經(jīng)過多年研究，我國(guó)成年人人體尺寸的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1000088已經(jīng)于1987年7月開始實(shí)施，它為我國(guó)人機(jī)工程設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)提供了代表從事工業(yè)生產(chǎn)的法定中國(guó)成年人（男子1866,女子1855）的人體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，共七個(gè)類別47項(xiàng)人體尺寸數(shù)據(jù)，包括人體主要尺寸、李子人體尺寸、坐姿人體尺寸、人體水平尺寸，人體手部和足部尺寸，其中主要人體結(jié)構(gòu)尺寸如表21示。表21人體尺寸表測(cè)量項(xiàng)目分類主要測(cè)量項(xiàng)目人體主要尺寸身高、上臂長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、大腿長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)、體重立姿人體尺寸眼高、肩高、肘高、手功能高、會(huì)陰高、脛骨點(diǎn)高、坐姿人體尺寸坐高、坐姿勁椎點(diǎn)高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臂膝距、坐姿下肢長(zhǎng)人體水平尺寸胸寬、胸厚、肩寬、最大肩寬、臀寬、胸圍、腰圍、臀圍、肩寬、坐姿臀寬、坐姿兩肘肩寬由表21可知，人體的主要尺寸包括身高、體重、上臂長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、大腿長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)等六項(xiàng)。表22列出我國(guó)成年人的人體主要尺寸表22人體主要尺寸測(cè)量項(xiàng)目 百分位數(shù)年齡分組男（186