徐燕，王国涛

（1.泰州机电高等职业技术学校，江苏 泰州 225300；2.泰州市计量测试院，江苏 泰州 225300）

前言

随着科技的发展，汽车的变化也是日新月异，人们对汽车的操作稳定性和乘坐舒适性也提出了更高的要求。在汽车设计研究中，越来越多地考虑到人的主体性地位，我们必须坚定让人在使用汽车过程中感到安全、舒适的目标。人机工程学就是这样一门新兴的学科，它是一门从人的心理和生理角度来研究人—机—环境之间的相互配合规律的学科，而汽车人机工程学则是研究人—汽车—环境之间优化配合的学科，本学科的人机系统设计理论，就是科学地利用三个要素间的有机联系来寻求系统的最佳参数[1]。

1 人机工程学在汽车设计的应用

1.1 信号灯的设计

在汽车信号灯设计时，信号灯必须清晰醒目，以使用目的的不同为区分，信号灯在满足要求的情况下要放在鲜艳的位置，与操纵机构不能发生干涉，比如信号灯背景色首选灰暗色，警示灯不利因素信号灯用红色，提醒信号灯用黄色，运行正常用绿色。

1.2 仪表盘的设计

当前仪表盘的布置形式通常分为集中布置，置于方向盘下，设计基本原则是确保转速、车速、水温、油箱油量、报警指示灯等重要信息能直接明了地出现在驾驶员可视范围内，减少方向盘与转动头部的影响，绕开由按钮、手柄、操作杆等造成的视野盲区，及时提供汽车状态信息，准确反映情况，使驾驶员能立即做出反应，减少安全事故发生几率，提高行驶安全性。

另外，在设计仪表盘具体位置时还要考虑仪表盘平面的目视距离以及仪表盘平面的角度。研究经验表明[2]：仪表盘的目视距离在460～710mm之间，以550mm为最佳目视距离；仪表盘中心和驾驶员眼球中心连线与仪表盘平面角度设计呈90°。

1.3 方向盘的设计

方向盘布置时考虑的因素包括确定中心位置及调节范围、倾角、轮缘直径，合理地布置方向盘可以改善驾驶员操纵姿势、减小操舵力，降低驾驶员的疲劳程度。现在的方向盘多为多功能方向盘，配有影音控制键、蓝牙免提键、定速巡航键等等。便于驾驶员在手不离开方向盘的情况下完成相应操作，避免在驾驶过程中因为手离开方向盘，而要开启的开关不在眼睛触及之处导致注意力分散发生交通意外[3]。

1.4 汽车座椅的设计[4]

座椅设计时关键尺寸在于臀部和膝盖的长度和膝盖到地面的高度以及要考虑椅背是否能恰到好处地支撑腰部。根据人机工程学原理，座椅有关静态参数选取原则如下：

1）椅面高度：椅面高度应使驾驶员大腿接近水平、小腿自然放置，即保证不因椅面过高而使大腿肌肉受压，又保证不因椅面过低而增加背部肌肉负荷。

2）座宽：座宽必须能容纳身材粗壮的人。参考尺寸为臀宽，以女性群体尺寸上限为设计依据。为使驾驶员能调整坐姿，座宽取适当大于臀宽。座宽也不能太大，否则肘部必须向两侧伸展以寻取支承，这样会引起肩部疲劳。另外座宽受车宽的限制。

3）座深：坐垫前端至靠背表面之间的距离。这个尺寸不能太大，正确的座深应使靠背方便地支撑腰椎部位。如座深大于身材矮小者的大腿长臀部至膝窝距，座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样若要得到靠背的支持，则必须改变腰部正常曲线，否则坐者必须向前缘处移动以避免压迫膝窝，却得不到靠背的支持，这两种坐姿都是不舒适的。为适应绝大多数驾驶员，座深应当按照较小百分位的群体设计，这样身材矮小者坐着舒适，身材高大的人只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。

4）座面倾角：指座面与水平面所夹角度。座面后倾的作用有两点：一是由于重力驱赶后移，使背部抵靠靠背获得支持，可以降低背肌静压；二是防止坐者从坐缘滑出座面，这对于经常处于震动颠簸环境中的驾驶员座椅非常重要。但是如果座面过分后倾,进行驾驶操作时，脊椎因身体前屈而会被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成一种费力的姿势，同时还会压迫腹部，长期驾驶会造成生理上的伤害。因此倾角不能太大，一般为5°～15°。坐垫表面最好采用与臀部形态相适应的曲面。

5）椅垫：坐姿状态下，与座面紧密接触的实际上只是臀部的两块坐骨结节，其上只有少量肌肉，人体重量的75%左右由约25cm2的坐骨周围的部位来支承，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感。若在座面上加上软硬适度的坐垫，则测试研究表明，坐于坐垫上的臀部压力大为降低，而接触支承面积也由900cm2增大到1050cm2，使压力分散。坐垫的另一优点是能使身体采取一种较稳定的姿势，让身体可以适度地陷入坐垫。过硬的坐垫不足以起到预想的作用，太软则使身体陷入其中，无法得到应有的支持，造成坐姿不稳，而身体为了维持一定的姿势，不得不使肌肉紧张，疲劳便很快产生。

1.5 操纵装置的设计[5]

汽车上操纵装置较多，主要可分为手控和脚控。手控主要有方向盘的操作、中控台的操作、换挡的操作、座椅的调节等等，而脚控主要有刹车的操作、油门的操作等等。从人机工程学角度上讲，开关控制一般采用按钮、扳钮和踏钮，分级控制、粗细调节控制常采用旋转开关，快速调节装置常采用扳钮开关进行操作。对于其他操纵装置也应遵循人机工程学原理，如手轮适用于微调、旋塞适用于无级调节、钥匙适用于带有安全装置的部件，移动幅度较大且精度较低的部件一般使用曲柄进行操作等。相对于手动控制操纵装置，脚控制装置运用较少，如脚踏板装置。总的来说，操纵装置的设计要符合人的生理和心理特征，根据大多数驾驶员的驾驶习惯，如操作力度需按驾驶员的中下限能力进行设计，运动方向需同汽车的运行状态相适应，并且尽量利用人体操纵范围进行设计。操作装置的形状和功能应便于识别，且适合人的手或脚进行操作，同时也要适合驾驶员的逻辑和习惯[5]。

1.6 安全系统的设计

汽车的安全性能对于驾驶员和乘客都非常重要。现代大多数汽车都配备了安全带、安全气囊、ABS防抱死系统、ESP电子稳定系统、EBD电子助力转向等等。预紧式安全带保证车辆在发生交通事故时人们的身体一直与座椅保持接触状态，这样就防止了因身体的过度前倾而使身体受到伤害；安全气囊可以在一定的环境下引爆，减少汽车在发生碰撞时因巨大的惯性对乘员造成伤害；在汽车高速行驶的情况下，电子稳定系统可以保证汽车行驶的稳定性；汽车在任何路面上紧急制动时，防抱死系统能够自动控制和调节汽车车轮的制动力，防止车轮完全抱死，获得最大的制动力；电子助力装置可以使得驾驶员在汽车低速行驶时转向轻便、灵活，在高速行驶时增加转向操纵力，使驾驶员的手感增强。

2 结论与展望

随着经济的高速发展和国际市场的激烈竞争，现代人们对汽车已不再仅仅满足于能用能开就行，而是要得到使用的舒适性和舒心性，汽车的设计必须能“打动”消费者的心灵需求。因此，人机工程学越来越引起人们的重视，越来越多的人机工程学设计将被采纳，符合人机工程学的产品必然会获得成功。但是随着汽车使用者群体特征的不断变化，汽车的设计与制造技术的进步、道路交通环境的改善以及社会大环境的变化，汽车人机工程学将面临一系列变化：

1）现代医学水平的提高及社会公共卫生事业的发展，人的寿命呈上升趋势，汽车驾驶员的平均年龄逐步提高，乘客群体覆盖范围进一步扩大，必将对汽车的“用户适应性”水平提出更新、更高、更多样化的要求。

2）基于计算机和电子技术的各种控制系统及辅助装置在汽车上的大量采用和不断完善，汽车的智能化程度越来越高，因此汽车驾驶操纵的人机系统功能分配、人机系统特性调和和人机界面优化匹配的内容、方法必将随之发生改变。

3）随着新能源与环境问题的备受关注，汽车技术发展的趋势可能从石油燃料车辆转变为电动汽车，将对驾驶者带来新的操纵特性，需要人机工程学更好地去平衡、协调、优化设计。

4）随着技术的发展，无人驾驶汽车的研发将会对传统汽车设计产生重大影响。

[1] 陈旭.论人机工程学在汽车设计中的体现[J].河南科技,2013,11）：76.

[2] 曾满林,戴礼强,赵福全.基于人机工程的汽车组合仪表设计研究[J].设计与制造,2011,（6）：95-99.

[3] 戴旭东,曹海燕.汽车设计中的人机工程学[J].汽车与驾驶维修,2017,（4）：118.

[4] 史慧丽.轿车驾驶座椅的人机工程学研究与设计[D].济南：山东大学硕士学位论文,2005.

[5] 程琳,关太炎.浅谈人机工程在汽车工程中的应用[J].山东工业技术,2016（1）：70.