汽車人機(jī)工程設(shè)計中人體數(shù)據(jù)應(yīng)用方法分析

王現(xiàn)武

鄭州日產(chǎn)汽車有限公司 河南省鄭州市 450046

汽車整體布置和設(shè)計進(jìn)行充分考慮人體尺寸數(shù)據(jù)，會提高汽車操作和使用的舒適性和方便性，同時對汽車的外觀和內(nèi)部尺寸都會產(chǎn)生影響，并且影響汽車的整體使用性能和經(jīng)濟(jì)市場的競爭能力。所以汽車的總布置要加強(qiáng)人機(jī)工程的設(shè)計方法的應(yīng)用，同時要合理分析和應(yīng)用人體數(shù)據(jù)，使生產(chǎn)的汽車更具有人性化，功能和使用的舒適度更符合使用者的要求。汽車人機(jī)工程設(shè)計包括以下幾個方面：人體尺寸及駕駛姿態(tài)設(shè)計、視野及視認(rèn)設(shè)計、駕駛空間布置設(shè)計、操作部件布置設(shè)計、進(jìn)出方便性設(shè)計、儲物空間設(shè)計、整車姿態(tài)設(shè)計等。

1 汽車設(shè)計的人性化

在進(jìn)行汽車的設(shè)計和生產(chǎn)過程中，要考慮使用者的舒適程度和方便性能，同時考慮駕駛?cè)藛T在進(jìn)行駕駛的過程中能夠減輕疲勞感，具有更高的穩(wěn)定性和安全性。這樣的設(shè)計要求設(shè)計人員必須充分考慮人體因素和數(shù)據(jù)，把它和汽車的機(jī)械設(shè)計緊密融合在一起。例如根據(jù)駕駛?cè)藛T的身高和體型數(shù)據(jù)設(shè)計汽車整體布置。進(jìn)行油門踏板的設(shè)計時，對于身體高的和身體矮的人員駕駛座位置是不一樣的。所以進(jìn)設(shè)計時要進(jìn)行調(diào)查人體數(shù)據(jù)，根據(jù)調(diào)查結(jié)果設(shè)計成可以進(jìn)行不同程度調(diào)節(jié)的座位、踏板以及方向盤的位置，讓駕駛?cè)藛T在進(jìn)行駕駛時具有更好的舒適度和安全感。

2 汽車人機(jī)工程的人體數(shù)據(jù)應(yīng)用

人體數(shù)據(jù)是所有人群的綜合數(shù)據(jù)，每個人具有不同的身體尺寸和體重體型，對人群的人體數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和收集，并根據(jù)設(shè)計需要進(jìn)行分成不同的百分位，在人機(jī)工程的應(yīng)用中結(jié)合具體的情況進(jìn)行不同人體數(shù)據(jù)段的選擇，使設(shè)計的汽車功能符合使用人員的需求，同時可以提高汽車的實(shí)用和舒適性。

2.1 人體數(shù)據(jù)百分比和人體模型

首先，人體模型?，F(xiàn)在進(jìn)行汽車人機(jī)工程設(shè)計過程中多數(shù)都應(yīng)用人體模型。人體模型是設(shè)計人員根據(jù)人體數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和研究生產(chǎn)制造出來的標(biāo)準(zhǔn)尺寸和體型的人體，是人機(jī)工程技術(shù)在進(jìn)行研究和選擇使用的工具。在進(jìn)行人體數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析時經(jīng)常使用百分比來進(jìn)行汽車的相關(guān)設(shè)計。其次，人體數(shù)據(jù)百分比。這是某個人體尺寸數(shù)據(jù)和小于這個數(shù)據(jù)的人數(shù)占據(jù)人員統(tǒng)計總數(shù)的比例。例如人體身高尺寸數(shù)據(jù)第50百分位，就是有50%的人的身高是這個數(shù)據(jù)或低于這個數(shù)據(jù)的和?，F(xiàn)在百分位一般可以分成三個檔位：首先是第五百分位，這個檔位是指在進(jìn)行設(shè)計過程中有5%的人適合這種設(shè)計；其次，是第五十百分位，這是說有大約50%的人適合這種設(shè)計；最后是第九十五百分位，這個檔位是說這種設(shè)計適合將近95%的人群駕駛。應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)的正態(tài)分布概念來描述人體多樣性，正態(tài)曲線是對稱的，50%的人體高于平均值，50%的人體低于平均值，一個人某個人群中是屬于50百分位人體，可能在另一個人群中卻屬于80百分位或20百分位。在汽車人機(jī)工程設(shè)計時，結(jié)合汽車的結(jié)構(gòu)特性和各項技術(shù)參數(shù)，選擇和應(yīng)用相應(yīng)的百分位的人體模型。

圖1

2.2 人體尺寸在汽車內(nèi)室空間的應(yīng)用

人體尺寸數(shù)據(jù)對于汽車的內(nèi)室空間和內(nèi)室功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有重要的作用。要達(dá)到汽車人機(jī)工程設(shè)計的合理性，必須要認(rèn)真考慮和設(shè)計符合人的體型和身體尺寸數(shù)據(jù)，讓人在駕駛和乘坐的時候感到舒適和方便。人體尺寸包括兩種類型，分別是靜態(tài)的結(jié)構(gòu)尺寸和動態(tài)的功能尺寸。結(jié)構(gòu)尺寸包括人的手臂、腿長、眼高等具體的身體數(shù)據(jù)，和汽車的駕駛室里面的各種部件關(guān)系密切，比如座椅、方向盤等，是進(jìn)行汽車設(shè)計的重要參考數(shù)據(jù)；動態(tài)尺寸是功能性尺寸，是人在進(jìn)行駕駛或乘坐時的手腳等肢體活動的空間范圍。動態(tài)尺寸數(shù)據(jù)需要在活動的狀態(tài)下進(jìn)行測量得到。需要關(guān)節(jié)的活動范圍和肢體長度形成的空間尺寸。結(jié)合不同的設(shè)計對象，根據(jù)其所進(jìn)行的操作和使用情況的不同進(jìn)行選擇不同的人體尺寸和百分位。其選擇的原則有下面幾點(diǎn)：第一，極端設(shè)計原則。設(shè)計時考慮使用人員的安全和健康，應(yīng)用極端的方法選擇兩端的第五百分位和第九十五百分位的人體尺寸數(shù)據(jù)。如果設(shè)計的最大值是為了滿足所有人員需求的時候可以選擇應(yīng)用人體尺寸的最大值。例如車門高度設(shè)計、腿位置寬度設(shè)計、座位的承重量設(shè)計等，在設(shè)計時是根據(jù)第九十五百分位的男性身體尺寸進(jìn)行設(shè)計；如果設(shè)計最小值是為了滿足所有人需要時就選擇人體尺寸百分比的最小值。如汽車的座位和踏板的距離設(shè)計、駕駛員和操作臺的距離設(shè)計，進(jìn)行駕駛操作時需要的力量設(shè)計等，一般都是選擇使用第五百分位的女性身體尺寸展開設(shè)計。假如人體尺寸超出了以上的數(shù)據(jù)界限，可能造成人體健康和安全的危害，在進(jìn)行設(shè)計時要應(yīng)用人體尺寸的極限值第一百分位和第九十九百分位的人體尺寸數(shù)值。第二，距離數(shù)值可調(diào)節(jié)原則。汽車的設(shè)計是為了可以適合更多的人群，在進(jìn)行設(shè)計時，根據(jù)不同范圍的人群數(shù)據(jù)設(shè)置不同的檔位，并且可以進(jìn)行相應(yīng)設(shè)施的距離和高度等的調(diào)整。例如，汽車的座位可以進(jìn)行前后和高度的調(diào)整。第三，平均原則。在一些普遍性設(shè)計時，沒有最大或最小的需求，根據(jù)人體尺寸的平均值進(jìn)行設(shè)計，也就是選擇百分位第五十位數(shù)值的人體數(shù)據(jù)。

2.3 近身空間操作空間設(shè)計

這是駕駛員在進(jìn)行駕駛的時候，坐在駕駛座位上的靜態(tài)和動態(tài)人體尺寸所需要的空間范圍。如圖2

這種近身空間的設(shè)計需要符合以下幾點(diǎn)：第一，所設(shè)計的作業(yè)空間要符合駕駛員的操作活動范圍、操作性質(zhì)和操作內(nèi)容。第二，人體尺寸數(shù)據(jù)要合理運(yùn)用，這樣的限制性的空間必須根據(jù)人體數(shù)據(jù)百分位的尺度作參考進(jìn)行各項設(shè)計。第三，在設(shè)計的時候考慮駕駛?cè)藛T進(jìn)行各項活動的空間范圍?；顒硬煌紦?jù)的空間范圍不一樣。

圖2

3 根據(jù)人體數(shù)據(jù)建立CATIA人機(jī)工程電腦模塊

現(xiàn)在是科技發(fā)展時代，人機(jī)工程是根據(jù)人體數(shù)據(jù)資料進(jìn)行汽車設(shè)計的，同時可以把人體數(shù)據(jù)信息和現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計和應(yīng)用電子技術(shù)模塊為汽車設(shè)計提供方便。CATIA人機(jī)工程模塊有四個模塊和人體數(shù)據(jù)有關(guān)。首先，人體模型構(gòu)造模塊。這是根據(jù)各個國家的人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)建的模型。用戶進(jìn)行創(chuàng)建人體模型時必須選擇模型的國家、性別、百分位等參數(shù)后才可以進(jìn)行模型的建立。其次，人體測量編輯模塊。設(shè)計人員利用人體測量模塊里面所設(shè)置的人體測量工具和數(shù)據(jù)建立高級的人體模型，讓所建立的模型更加和實(shí)際的用戶的身體尺寸相接近。通過進(jìn)行編輯人體數(shù)據(jù)修改人體信息，如人群、性別、體重及身高等，讓所設(shè)計的模型更符合設(shè)計要求。再次，人體行為分析模塊。這是人體模型進(jìn)行活動和特定行為的分析，進(jìn)行精確預(yù)測用戶的活動和行為，讓汽車的設(shè)計更能滿足客戶的需求。最后，人體姿態(tài)模塊。這個模塊能夠模擬某種環(huán)境下的人的這種姿態(tài)和身體動態(tài)。用戶也能自己創(chuàng)建所需求的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)需要編輯改變關(guān)節(jié)角度和姿勢等。同時還設(shè)計了各個主體的顏色分區(qū)，進(jìn)行姿態(tài)的優(yōu)化。

結(jié)束語：

綜上所述，現(xiàn)在的汽車設(shè)計都應(yīng)用人機(jī)工程方法和理念進(jìn)行設(shè)計，人體數(shù)據(jù)在設(shè)計過程是非常關(guān)鍵的參考數(shù)據(jù)和設(shè)計的基礎(chǔ)依據(jù)。要做到汽車的舒適和具有人性化，必須對人體尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的了解，通過人體數(shù)據(jù)的調(diào)查，歸入數(shù)據(jù)百分比，使進(jìn)行汽車設(shè)計時具有可靠的資料和依據(jù)。