人机工程在汽车车门上的应用.doc

人机工程学在汽车车门上的运用摘要：通过对人性产品设计具体实例来说明人性化设计中所包含的人机工程学因素，人机工程学，是一种人文精神的体现，是人与产品完美和谐结合。社会发展，技术进步，产品更新等都与人，机，环境有密切的联系，以人机工程学为参照各种车门的创新设计都是创新想法与人机工程学应用的结合，终极目标都是为了使使用者能够更加方便的上下车。关键词：车门 人机工程 应用 人性 人性化设计 人机工程学是我们专业课，从这门课程中我们必须理解，明白，并且深切的感悟出人体工程学与我们专业，设计的相关性。使我们在产品设计过程中应充分考虑人和所设计的产品及他们所处的环境的协调及统一，提高产品与人之间的和谐关系，尽量满足舒适和安全的使用要求，以实现 “ 以人为本 ” 的人性化设计思想，使我们在设计方面得到了启迪和发展，使我们对我们的专业的认识也加深了一步。一、人机工程学在汽车设计中的作用汽车是人的代行工具，与人在日常生活中息息相关，己形成独特的汽车文化。“一堆冰冷的钢铁”是无法满足现代人精神和文明需要的。车身造型设计必须以人为本，体现人机协调，使用操作方便、舒适，使汽车适应人的各种生理和心理要求，从而提高工作效率、保障安全、维护健康。未来的车身造型设计将在车身外观设计、人机工程以及室内环境等方面更加注意人性化的发展。人机工程学在对人的特性进行详细研究的基础上设定了一系列的设计准则，用来指导汽车产品的设计，主要是人和汽车之间的界面设计。其中与汽车设计相关的主要有：1）基于人体感官的界面设计 人的视觉有视角、视野、可视光波长范围、颜色分辨力、视觉灵敏度、定位错觉、运动错觉、视觉疲劳等特性，汽车的挡风玻璃、仪表板和仪表的设计就要充分考虑这些特性，使驾驶者能够得到足够的视区，能够迅速辨认各种信号，减少失误和视觉疲劳。交通标志的设计也应该采用大多数人能明辩的颜色和不易产生错觉的形状。2）基于人体形态的界面设计不同地区和人种、不同年龄和性别都具有不同的身体尺寸，为不同地区和群体设计的汽车就要参考特定对象的人体参数，在现代社会条件下，以一种产品规格想占有不同地区的市场是很难的。人在生活和劳动中又具有各种不同的形态，人体在不同的姿态下工作，全身的骨头和关节处于不同的相对位置，全身的肌肉处于不同的紧张状态，心脏负担不同，疲劳程度也不同。设计一台机器首先要考虑采用什么身体形态来操纵，选定姿态后，还要考虑以最舒适的方式对人体进行支撑，并适当地布置被操作对象的位置，从而减少疲劳和误操作。例如司机在驾驶汽车的时候采用坐姿，坐椅的设计要符合人体骨骼的最佳轮廓，仪表的布置应在易于看到的地方，操纵杆/板的位置要在人体四肢灵活运动的范围内。3）基于力特性的界面设计人体在不同的姿态下，用力的疲劳程度不同，操纵机器所需的力量应该选择在对应姿态下不易引起疲劳的范围内。例如转向助力器就是为了减轻操纵力而设计的。人体在不同的姿态下最大拉力、最大推力也不相同，例如坐姿下人腿的蹬力在过臀部水平线下方20度左右较大，操纵性也较好，所以刹车踏板就安装在这个位置上。人体在不同的姿态使用不同的肌肉群进行工作，动作的灵活性、速度和最高频率都不相同，例如腿的反复伸缩具有较低的频率，而手指则可以用较高的频率进行敲击。因此，对应不同的操纵频率应采用不同的动作方式来完成。4）基于人脑特性的界面设计 人脑对事物的认识和反应有自己的特点，体现在他的行为和对外界的反应中。人喜欢用直觉处理事情，不善于烦琐过程和精确的计算。对于协助人脑进行工作的计算机，如何进行人机界面的设计一直是热门的论题。无论是从低级语言到高级语言，到面向对象、面向任务的编程方式的发展，还是图形终端、鼠标定位、窗口系统、多媒体、可视化、虚拟现实等方面的进展，都体现了这个主题。近年来，人工智能已经在汽车上应用，车载电脑可以协助驾驶者认路、换档、避碰。 可以毫不夸张地说，现代社会中，凡成功的机器产品，不能缺少人机工程学的理念。也正因为如此，越来越多的汽车公司在设计产品的时候都将人机工程作为设计考虑一大要素。在当今科技高度发达的社会中，车，已经不再是单纯的代步用交通工具。人们购车，也不再拘泥于“出门方便”这个简单的用途。人们有了更高层次的要求：车子的外观要漂亮，车子性能要强大，车内的设施要人性化，车子的操作要有乐趣。于是顺应着消费者的要求，便有了我们今天所能看到的各种造型帅气性能强悍的跑车或者豪车。为了更加突出车主的个性，迎合买家的品味，各名车品牌以千变万化的车辆个性化设计吸引消费者为他们送来大把的钞票。当FF、FR、RR、FMR、RMR等各种造型布局以及千奇百怪的空气动力设计都被反复采用之后，细心的品牌，开始对“车门”这个独特的零件用起了心思，拥有一副独特的车门，无疑将使车辆在同类产品中脱颖而出，成为视线的焦点。近年来也将以往只用在客车上的滑动门、外摆门运用到轿车上，并出现了上下车极方便的鸥翼式车门，各种车门的设计都是创新想法与人机工程学实践应用的结合，终极目标都是在使人能够更加方便的上下车的前提下，更加的彰显出自己的不同。车门是乘员上下车的通道，要便于乘员上下车；关闭时要保证乘员的安全和良好的视野和采光。因此，在车门设计时，必须达到以下要求：车门开口位置、开口尺寸和形状以及车门数应合理确定，以使乘员上下车方便。车门在启闭过程中，不得与车门其他部位产生运动干涉。车门启闭、玻璃升降应轻便自如，便以车门各部件的操作。车门造型应与整车造型一样包括外表面形状、内饰以及覆盖件的分块和门缝的设计。车界中大概分以下几种车门：直开式、鸥翼式、剪刀式（铡刀式）、自杀式、旋转式。下面就来说一下各种开启方式的应用。直开式直开式车门，是当今使用最广泛、最实用的车门开启方式。既以车门前端为圆心转动打开。优点是符合人们实际生活习惯开门、开柜子等动作，且拥有较大的出入空间，乘客出入车辆较方便、自由。进车的时候打开车门，右脚伸入车内，半个身子进入车门内，同时右脚作为一个支撑点，弯腰低头，身体大部进入车内，右手握住方向盘或者握（靠、撑）某一个物件（要结实的），落座，抬左脚进入车内，左手关车门。上车时就这六个动作，下车的时候就是反过来做。上车开门，车门把手是位于车腰线附近的，跟人的手部自然垂直的位置高度差不多，这就很容易开门了，把手的压力点敏感，便于打开车门。下车在开门的时候仔细观察一下，设计者很好的利用了人手臂的自然动作“胳膊肘向外拐”，前臂放在车门内板扶手板上，内扶手板上开车门拉销正处于手掌、手指可碰到的位置，拉销一拉，肘部一顶，车门就打开了，很好的利用了人手臂的结构特点。上下车整个过程中动作难度不大，就是需要弯腰，有时还要小心碰到头。直开式车门上车的方便与否与车身的高度、底盘的高度有关，一般的轿车车身都不高，例如富康，从左侧上车还较方便，从右侧就很有些不方便了，由于车身较低，进入后还要动一动。SUV就比轿车方便舒服了，上车不用弯腰。鸥翼式鸥翼式车门，可以说是车门设计的一个里程碑，它的出现，首次打破千篇一律的直开式车门的陈规，使车辆设计达到了一个新的领域。鸥翼式车门分两种：直鸥翼式和斜鸥翼式。直鸥翼式，是早期的鸥翼式车门造型，现在几乎已经看不到了。其造型是以车门顶部为轴心纵向垂直向两边展开。 直鸥翼式车门的典型代表，当之无愧的是经典名车1954年梅赛德斯300SL。使300SL成为经典的，取决于它魅力无穷的鸥翼式车门。出于车身强度的考虑，该车的铝合金外壳伸展在管状框架上，两侧车轮上方的造型比普通轿车更加突出，这就使得传统车门的安装变得异常困难，而工程师们的灵感迸发，造就了一种不同寻常的车门开启方式：车门借助伸缩弹簧向上打开，门把手丝毫不影响侧面的视觉效果。 优点：在低成本和制作工艺简单的基础上完美的适应车辆侧面复杂的线条，不仅不失美观，且彰显个性。 缺点：横向空间足够了，但是乘客出入的垂直空间却非常有限。这样的设计，使得身材较为高大的乘客出入车辆时必须弯腰低头，加上跑车更加低矮的车身，即使身材标准的乘客也难免“碰头”。斜鸥翼式，由直鸥翼式车门改进的开门方式。开门方式，车门以A柱为轴，旋转展开车门。斜鸥翼式车门是真正意义上的“鸥翼”，斜向扬起的车门如同飞鸟展开的翅膀，用在高性能跑车上，不但突出了跑车的攻击性，更在某种意义上体现了“飞翔”的速度感。优点：除了造型优美外，在完美保留了老式直鸥翼式车门的所有优点的同时，斜向开启的车门为乘客的出入创造了更大的垂直空间，解决了因乘客身高而必须弯腰低头才能进出的缺点。缺点：斜向开启的车门达到了人脸的高度，在乘客出入时造成视野上的障碍，就人类感官习惯而言，有一定的压迫感。使用鸥翼式车门进出轿车的方式和直开式大致相同，只是车门处开口面积更大，上下车的活动区域更大一些，方便人员进出，上下车的开门和直开式一样，符合人机的好设计总是能够得到传承。剪刀式也叫铡刀式，是兰博基尼在1974年首创的车门开启方式：沿车门最前端为圆心，垂直向上旋转展开，这一点与斜鸥翼式车门有很大的区别，这也是兰博基尼最引以为傲的一点。 优点：因为车门是垂直上下，所以除了拥有和鸥翼式一样的造型美感外，还节省了车辆左右的空间，避免了车门向外打开而可能遭到的磕碰。使乘客可以在狭窄的停车空间内自由出入。 缺点：因为车门没有外展的动作，所以可以提供乘客出入的空间狭小有限，是几种车门开启方式中相对不太方便的一种，和直鸥翼式车门一样，有“碰头”缺点。自杀式 听起来名字好像很可怕，但自杀式却是最没有“攻击性”的一种车门开启方式。 开启方式：和直开式正好相反，以车门后端为轴旋转打开。这种开门方式给看惯了直开式车门的人一种反转的感觉，车门张开，在视觉上有一种对速度的抑制感，所以自杀式车门几乎不用在跑车上。自杀式车门的开口在前方，所以，给人一种大空间的错觉，比起开口在后方的直开式车门，似乎有更大，更自由的出入空间。其实，自杀式车门是最早区别于直开门的异型车门。汽车工业早期时段，乘车的往往是功名显赫的达官贵人，其中上流女士的服装，往往是礼服式的连衣大裙，所以，出入空间狭窄的车辆时极不方便，于是，出现了前门直开式，后门自杀式的复合车门布局，这样的设计，可以取消原本做为直开式后门转轴而必须存在的B柱。由此，获得了最大限度的乘客出入空间，方便了那些穿着大裙子的“太太”们。比较特殊的像Mini Cooper Clubman和劳斯莱斯幻影的前后排对开车门设计。这款迷你前后排对开门设计使得上车空间异常大，前门采用直开式，后门采用自杀式，没有了直开式的B柱的阻碍，一切都显得是那么的轻松，一次到位，非常的方便。劳斯莱斯新幻影Coupe跑车版的向后开启车门 这个向后开启的车门，下车时也是利用人手臂的生物原理，以肘为支点，小手臂向外摆动。滑动式滑动式车门不用铰链，是靠滚轮在导轨上滚动来开关车门的。它主要应用在单厢式汽车上，也有的轿车采用滑动式车门。滑动式车门的主要优点是车门很宽，但开门时并不像拉开式车门那样，要占据较大的空间。因此，即使在很窄的地方，都可以开门。丰田小型车Porte是一款追求上下车方便性的车型。凭借位于副驾席开口部分的大型电动滑动车门和较高的车内高度等提高了上下车的方便性。电动车门开口部分的尺寸为宽1020mm高1265mm。与微型面包车Alphard相比，宽度与高度分别多220mm和20mm。在地板高度低达300mm的基础上，车内高度达1390mm，以小学34级学生的平均身高为标准，可在车内直立行走，可减轻下车时弯腰带来的负担。推拉门 为了方便上下车，把门开成这样，是比直开式略有方便，但是不适合大规模使用，人机方面没有改变，成本还高。全隐藏式 这个就比前后对开式还要方便了，但是上下车开门的时候，有很多不确定因素影响车门开启，在人机工程学方面没有什么突破。 人机工程学在车门上的使用，不单单是车门的问题，要放开看，它与车身和内部座椅的整体设计有关，车身的整体设计决定了车门的大小和形状，车门也必须满足一定的标准尺度，反馈来影响车身的尺寸大小，就以以上几种车门样式来说，不论形状怎么改变，人进出车时的基本动作大体上是一样的，在这个基本动作背景下，我们需要如何设计来使得上下车变得更加合理方便，如何决定车门侧倾角、后支柱位置、车门洞尺寸、车门开度、门槛尺寸及高度，人机工程学中的人体数据和人体运动特征等知识都有助于这些问题的解决。坐在车内开车门时，车内空间有限，不方便转过身来开门，最好的方法就是用靠近车门的手来开门，就坐在驾驶座来说，车门距人的距离不能过远，前手臂要能自然的放置在内板扶手板上，门内侧车把手大多都设计在手一伸就容易够到的地方，以手臂的外拐动作来推开车门，类似于杠杆作用，很自然、省力、方便。在车门的设计中会用到很多的人机理论，一切的理论应用都取自对车门使用的功能性分析，在一定的范围内寻找到最适合的范围，来满足大多数用户的要求。人机工程学的运用是复杂的，结合到实际的设计生产中，我们还有很多的工作要做，相信在不断地改进完善下，我们可以找到最适合的。参考文献：人机工程学与汽车 维京百科 汽车之家 腾讯网汽车频道汽车设计网 凤凰网汽车频道人机工程学 丁玉兰主编北京理工大学出版社人机工程学设计应用 严扬编著中国轻工业出版社世界著名设计公司卷 蔡军徐邦跃编著黑龙江科学技术出版社 姓名: 任羽熠 学号：2008180322