人機(jī)工程在汽車(chē)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

何雙嬌

摘 要：如今汽車(chē)越來(lái)越普及，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)的要求也越來(lái)越高，在滿(mǎn)足基本的代步要求以后，大家更追求駕乘的操作性，舒適性和安全性。駕乘室是人與汽車(chē)交互最多的地方，大量的人機(jī)工程應(yīng)用在其中。探究常見(jiàn)的儀表、方向盤(pán)、按鍵、踏板、座椅和操縱桿等部件上應(yīng)用的人機(jī)工程，供汽車(chē)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：汽車(chē);人機(jī)工程;儀表;方向盤(pán);座椅

近年來(lái)中國(guó)汽車(chē)發(fā)展突飛猛進(jìn)，到今天中國(guó)已經(jīng)是汽車(chē)大國(guó)，據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)分析，2016年，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成2811.9萬(wàn)輛和2802.8萬(wàn)輛;全年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)均超2800萬(wàn)輛，連續(xù)八年蟬聯(lián)全球第一[1]。如此龐大的產(chǎn)銷(xiāo)量注定了汽車(chē)行業(yè)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，如何提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力是一個(gè)擺在所有汽車(chē)企業(yè)管理層的嚴(yán)峻問(wèn)題。除了提高各種高科技配置以外，汽車(chē)駕駛室內(nèi)部的人性化設(shè)計(jì)是吸引消費(fèi)者，提高成交率，保證市場(chǎng)占有率的有效途徑。同時(shí)駕駛室內(nèi)的人性化設(shè)計(jì)也是減緩駕駛員疲勞，提高安全駕駛的保證。

1 人機(jī)工程的涵義

人機(jī)工程學(xué)是一門(mén)尚處于發(fā)展中的新興學(xué)科，著眼于人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素的和諧統(tǒng)一。把人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)作為研究的基本對(duì)象，運(yùn)用生理學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科知識(shí)使之相互適應(yīng)，從而為人創(chuàng)造出舒適和安全的工作環(huán)境，使工效達(dá)到最優(yōu)的一門(mén)綜合性學(xué)科。

2 汽車(chē)上的人機(jī)工程

2.1 儀表

儀表是為駕駛員提供汽車(chē)各方面行駛信息，是駕駛員發(fā)出正確操作指令的基礎(chǔ)。因?yàn)槠?chē)的高速行駛和路面情況瞬息萬(wàn)變，所以要求儀表為駕駛員提供精準(zhǔn)信息的同時(shí)還要求提供的信息應(yīng)該易于識(shí)別，便于快速識(shí)別，且不易誤解。

駕駛負(fù)荷是認(rèn)知資源的有限性問(wèn)題，即認(rèn)知過(guò)程中駕駛員的加工能力有限帶來(lái)的負(fù)荷。駕駛負(fù)荷是一個(gè)多維度的結(jié)構(gòu)，與駕駛環(huán)境下的多任務(wù)密切相關(guān)，受到任務(wù)、駕駛外部支持和個(gè)體因素的影響。從汽車(chē)人機(jī)界面設(shè)計(jì)的角度看駕駛負(fù)荷則應(yīng)維持在合理水平，過(guò)高和過(guò)低的負(fù)荷水平均不利于駕駛的績(jī)效[2]。所以?xún)x表的界面設(shè)計(jì)背景色與數(shù)字顯示的分辨度應(yīng)該要高一些，實(shí)驗(yàn)表明墨綠色和淡黃色儀表背景色配上白色和黑色的刻度時(shí)誤讀率最小;而黑色和灰黃色儀表背景色配上白色刻度線(xiàn)時(shí)誤讀率最高，不宜采用。在駕駛過(guò)程中，觀看儀表是很頻繁的動(dòng)作，故而儀表的位置應(yīng)該設(shè)置在最佳視線(xiàn)之內(nèi)。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)研究汽車(chē)儀表板的面板要在駕駛員的目視距離500毫米至700毫米之間。這個(gè)目視距離符合中國(guó)人的身材特點(diǎn)，也是結(jié)合多年的汽車(chē)儀表板的面板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的結(jié)果而確定下來(lái)的[3]。儀表板的平面與視線(xiàn)成30°角是最合理的范圍。因?yàn)槿艘暰€(xiàn)的變化習(xí)慣從左到右，從上到下和順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，儀表的刻度方向設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循這個(gè)規(guī)律。當(dāng)眼睛偏離視中心時(shí)，在偏離距離相等的情況下，人眼對(duì)左上限的觀察最佳，故而儀表一般設(shè)計(jì)在視線(xiàn)中心左側(cè)。夜晚如果儀表燈光通過(guò)前風(fēng)窗玻璃反射到人眼里，那么儀表就會(huì)在前風(fēng)窗上成像，在行駛的過(guò)程中嚴(yán)重干擾駕駛員對(duì)前方路面信息的接收和分析，影響到行車(chē)安全。故而人機(jī)工程要求：光線(xiàn)不能通過(guò)風(fēng)窗玻璃的反射，射到駕駛員99%眼橢圓向外增加20mm偏距的眼橢圓內(nèi)。在白天，組合儀表里面的指示燈射出的光線(xiàn)不能造成駕駛員炫目[4]。

2.2 方向盤(pán)

方向盤(pán)的角度，高度，尺寸和材質(zhì)的合理與否直接影響到行車(chē)安全和駕駛員的疲勞程度。人機(jī)工程學(xué)已經(jīng)研究出來(lái)當(dāng)手臂彎曲到70°處時(shí)可產(chǎn)生最大的力量，故而方向盤(pán)的設(shè)計(jì)位置要讓手臂處在70°彎曲處。方向盤(pán)的輪廓直徑D最小限定為180mm。手握部位的尺寸d最小限定為20mm，最大為50mm。駕駛員坐姿時(shí)，方向盤(pán)設(shè)置在距離座椅基點(diǎn)前400～475mm為宜，該距離能保證駕駛員發(fā)出較大的扭距[5]。汽車(chē)方向盤(pán)的材質(zhì)也有講究，冬天太冰操作不舒服，夏天手心冒汗方向盤(pán)會(huì)打滑，方向盤(pán)的材料選擇要考慮這兩方面。

2.3 按鍵

按鍵的尺寸，力度、行程決定了按鍵的靈敏度和駕駛者的疲勞程度。按鍵的位置排序按以下4個(gè)原則進(jìn)行：（1）按按鍵的重要性排位置，越重要越靠近手邊。（2）按頻次排位，經(jīng)常使用的按鍵優(yōu)先排在操作舒適區(qū)里。（3）按功能排位，把功能相似的放在一起，比如4個(gè)窗戶(hù)的升降控制按鍵，一般設(shè)置在駕駛座側(cè)的門(mén)框上。（4）按使用順序來(lái)排位，比如空氣循環(huán)和溫控開(kāi)關(guān)，一般放一起。

近年來(lái)，觸屏按鍵越來(lái)越流行，大有取代傳統(tǒng)按鍵之勢(shì)。觸屏和傳統(tǒng)按鍵各有優(yōu)劣勢(shì)，觸屏不如傳統(tǒng)按鍵有那么明顯的反饋，觸感比較弱。但是觸屏有其自身優(yōu)勢(shì)，它不像傳統(tǒng)按鍵那樣只能擔(dān)任一個(gè)功能，按鍵數(shù)量繁多。特別是因?yàn)殡娍丶夹g(shù)的發(fā)展，汽車(chē)上的舒適性和安全性越來(lái)越重要，汽車(chē)內(nèi)部增加了很多可以針對(duì)駕駛員個(gè)性化設(shè)置的按鍵，這個(gè)時(shí)候如果還是使用傳統(tǒng)按鍵，就會(huì)使得按鍵數(shù)量激增，車(chē)內(nèi)操作面雜亂無(wú)章，增加駕駛員的操作難度，增加誤操作的概率。

2.4 座椅

座椅的設(shè)計(jì)與駕駛舒適性和安全性息息相關(guān)。最舒適的坐姿是保證腰曲弧線(xiàn)和腰背肌肉處于正常狀態(tài)?？茖W(xué)合理的坐姿保證了前后方視野、提高讀取組合儀表數(shù)據(jù)和踩踏三踏板的便利性，提高行車(chē)安全。如圖1是汽車(chē)駕駛員最舒適駕駛姿勢(shì)。設(shè)計(jì)師可以根據(jù)這張姿勢(shì)圖設(shè)計(jì)出最舒服的汽車(chē)座椅。

汽車(chē)座椅在行駛中免不了上上下顛簸左右搖晃。同時(shí)還要滿(mǎn)足不同身體尺寸的駕乘人員的需求，保證每個(gè)人可以保持放松的駕駛姿勢(shì)。故而需要滿(mǎn)足的要求也比較多：（1）駕乘人員坐上汽車(chē)座椅的時(shí)候能夠有一個(gè)良好的體壓分布，貼合身體尺寸，包括后背、臀部和腿部尺寸。（2）座椅需要一定的橫向穩(wěn)定性。當(dāng)汽車(chē)拐彎的時(shí)候，座位上的駕乘人員不可避免的會(huì)因?yàn)閼T性而隨汽車(chē)左右搖晃，這個(gè)時(shí)候如果座椅的橫向穩(wěn)定性不夠，就有可能導(dǎo)致駕乘人員從座椅上滑出，造成傷害。當(dāng)汽車(chē)急剎車(chē)的時(shí)候，駕乘人員還可能因?yàn)閼T性從座位上向前滑出。綜合考慮，一般座椅會(huì)做成左右和前沿高，中間略微凹陷的形狀。（3）要求有背靠對(duì)駕乘人員的腰部和背部進(jìn)行有效支撐，緩解長(zhǎng)時(shí)間不變的坐姿引起的疲勞。第一支撐在5～6胸椎之間，保證駕駛員的肩部有所依靠，頸部不會(huì)變形。第二支撐在腰曲部位，讓駕駛員在駕駛的姿勢(shì)下也能保證正常的腰曲弧度[6]。（4）要求軟硬度適中，觸感良好。硬一些的座椅比軟一些的座椅更有效緩解疲勞，但與人體尺寸貼合度不夠好的硬座就會(huì)對(duì)身體造成壓迫。所以軟硬度應(yīng)該保持在一個(gè)合理的范圍。（5）減震效果。車(chē)上人員坐在椅子上并不會(huì)覺(jué)得很顛簸，主要依靠汽車(chē)的懸架系統(tǒng)和座椅的減震效果來(lái)達(dá)成的。（6）駕駛者可以根據(jù)自身狀態(tài)對(duì)座椅的尺寸與位置進(jìn)行調(diào)整。（7）外形上要保證美觀，要與整車(chē)內(nèi)飾的裝飾協(xié)調(diào)統(tǒng)一，看起來(lái)整潔舒服，給駕乘人員一個(gè)舒服的心理感受。

2.5 操縱桿

汽車(chē)操縱桿是使用頻率非常高的部件。如果設(shè)計(jì)的不合理，長(zhǎng)期使用會(huì)讓駕駛員產(chǎn)生痛覺(jué)，出老繭甚至變形，并影響駕駛情緒，危及安全。操縱桿除了外形、大小、長(zhǎng)短、重量及材料等應(yīng)滿(mǎn)足操作要求外，還應(yīng)符合手的結(jié)構(gòu)、尺寸和觸覺(jué)特征。

設(shè)計(jì)操縱桿的時(shí)候不能把操縱桿手把紋絲合縫地貼著掌心。掌心長(zhǎng)期受壓受振容易導(dǎo)致疲勞，從而容易導(dǎo)致操作不當(dāng)，甚至引起難以治愈的痙攣。如果車(chē)上有多個(gè)操縱桿，設(shè)計(jì)時(shí)要加以區(qū)分，讓每個(gè)操縱桿手把都有不同的形狀，以便駕駛員精準(zhǔn)確認(rèn)并操作，確保不會(huì)引起混淆和誤操作。在長(zhǎng)度，粗度和觸感等方面上通常手把的長(zhǎng)度接近或者超過(guò)手幅的長(zhǎng)度，使手在握柄上有個(gè)選擇的余量。手把的徑向尺寸必須與正常的手握尺度相符或者小于手把尺度。如果太粗，握不住手把。如果太細(xì)，又會(huì)造成手部肌肉緊張而容易疲勞。手把的形狀要保證手呈現(xiàn)自然放松的握持狀態(tài)。據(jù)上述特點(diǎn)設(shè)計(jì)操縱桿時(shí)，操作角度一般小于90°，通常為30°～60°。對(duì)于操作幅度，前后方向最大位移一般為350mm，左右方向最大位移950mm。操縱桿的長(zhǎng)度由操作角度、位移及操作力來(lái)確定，當(dāng)操縱桿的端部裝有球形手柄時(shí)，球體直徑一般為12.5～25mm，當(dāng)操縱桿的直徑小于7.5mm時(shí)會(huì)引起肌肉緊張而容易疲勞[5]。操縱桿的操作力大小要適中，太小不易控制，太大容易引起疲勞。

3 汽車(chē)上人機(jī)應(yīng)用給我們帶來(lái)的好處

汽車(chē)上的人機(jī)應(yīng)用是為了讓我們?cè)隈{乘時(shí)更舒適，心情更明亮輕快，減緩駕駛疲勞，提高行車(chē)安全，同時(shí)根據(jù)人體感知特征，生理特征設(shè)計(jì)更方便我們與汽車(chē)進(jìn)行信息交流的界面。同時(shí)促進(jìn)汽車(chē)技術(shù)在舒適性方面的探索和發(fā)展，最終讓整個(gè)人類(lèi)享受到科技帶來(lái)的福利。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在汽車(chē)的作用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了簡(jiǎn)單的代步，人們對(duì)于駕駛過(guò)程，乘車(chē)過(guò)程的操作性，舒適性，安全性要求越來(lái)越高。汽車(chē)企業(yè)想要提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，必須在方方面面上考慮的更人性化，讓汽車(chē)成為一個(gè)貼心的出行伙伴。實(shí)際上汽車(chē)上的人機(jī)工程體現(xiàn)在我們看到的每個(gè)小細(xì)節(jié)上，特別是駕駛室作為人與汽車(chē)主要的接觸空間，尤為重要。

參考文獻(xiàn)：

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