人机工程学在车辆产品设计中的应用

赵　吉　波

（1东华大学，上海200051；2日照裕鑫动力有限公司，山东　日照276800）



经验交流

人机工程学在车辆产品设计中的应用

赵吉波1,2

（1东华大学，上海200051；2日照裕鑫动力有限公司，山东日照276800）

摘要：以车辆产品设计为例，通过对人-车（机）-道路（环境）系统分析，在设计中依据现代工业设计理论和方法——人机工程学，寻找影响系统效能的因素，研究设计产品方案，以获得最高效能和最佳要素间关系的人机系统。

关键词：人机工程学；车辆；驾驶室设计；效能

1　前　言

当今世界科学技术飞速发展，市场竞争日益激烈，产品性能和技术的先进性已是同类竞争产品的共性，是产品应具有的基本前提，技术的先进性在短时间内可以作为产品的差异化优势。产品是否是一个优良设计，决定了产品在市场上的表现，也就是人们对产品能否会产生兴趣，是进行设计产品的主要任务和目的。产品设计是人们为了达到某一需要，为创造出人们自我本身以外的人造物体，有序进行的创新改造活动。以进行全面分析研究产品的系统为前提，以现代工业设计理论和方法、先进的设计理念为理论依据，研究设计系统中最佳的人与产品和环境、产品与环境的关系，创新设计出能够使系统达到最大效能的产品，即达到人机系统的最佳匹配和最大效能。

本研究就人机工程学在车辆产品设计中的应用进行探讨。

2　人机工程学概述

人机工程学就是研究分析人与产品、环境的关系，以自然科学、人体科学、社会学、工程技术等理论和方法为依据，研究设计能够达到最高效能的人机系统的一门学科。人机工程学是在研究分析人、机、环境等各自特性的基础上，以整体思维的方式进行研究分析人机系统，追求最优的人与产品、环境之间的关系，达到人及系统的最高效能。

人机工程学就是以人的生理的自然因素和人的社会因素为依据，研究设计最优良的人与机器、环境之间的关系的一门学问。也就是研究怎样使设计的产品能够满足人的心理感受、人体功能和局限，以及动作习惯的一种产品设计理论方法。

3　车辆人机环境系统分析

人-车-道路系统——人驾驶车辆在道路上行驶，如图1所示。在人-车-道路系统中，驾驶员既处于车辆的驾驶室小环境中，又与车共同处于道路这个大环境中。道路环境中的声、光、温热、振动、尘埃和有害气体以及车辆行驶中本身产生的振动、噪声、温热、废气等对驾驶者的生理、心理产生影响，从而影响操作的准确性和效率。因此，产品设计的任务，就是创造一个舒适安全可靠的驾驶环境，以保证车辆高效安全平稳行驶。

图1　人-车-道路系统及其人机信息交互

振动是车辆以一定速度在道路上运行时自然产生的，也是车辆产品在设计制造时就已经决定了的。一是因为道路的路表面质量状态导致车辆颠簸而形成的振动；二是因为车辆自身动力机器运转及动力传递系统产生的；三是因车辆构件、覆盖件等刚性不足造成共振。这些因不同原因造成的振动，可以通过产品设计制造进行减震和吸震，以减少振动对驾乘人员的影响。

噪声是由车辆的振动和动力系统运转产生的，并随着速度增大而升高，噪声对人的生理和心理影响是不言而喻的，是一种主要的环境污染因素。减少噪声的产生及影响，一是合理设计消声器、隔声罩等；二是通过驾驶室及内饰设计提高驾驶室密封性及吸音隔音；三是采取上述的减震措施减少噪声产生等。

尘埃及有害气体主要是环境中的大气污染成分，以及车辆和内燃机运转产生的。在驾驶无驾驶室的三轮摩托车时，驾驶人员将直接受到尘埃及有害气体的侵害，影响驾驶人员的身心健康。

光线影响驾驶人员的视觉，光线来自道路环境中的光照、白天的阳光、夜晚的路灯及其他车辆灯照射以及夜间行驶驾驶室内照明等。驾驶室内的温热是发动机产生的和室外环境温度的影响。它会影响人的生理、心理状态，影响工作效率和操作准确性，甚至可能造成驾驶员误读、误操作等，影响车辆行驶安全。通过驾驶室整体及室内装饰设计，能够创造一个明快、舒适、安全的驾驶环境。

4　三轮摩托车驾驶室设计

影响人-车-道路系统有效运行的主要因素有光、噪声、振动、尘埃、有害气体、温热等，以剖析结果为依据，针对人-车-道路系统效能的影响因素，应用先进的现代工业设计理论、数据和手段，如人机工程学、色彩学等，研究设计优化系统产品设计方案，以提高三轮摩托车驾乘人员的舒适性和安全性。产品设计主要包括人机系统设计和产品设计两大方面。

4.1人机系统设计

在系统分析的基础上，合理设计人在系统中的主体作用，即人主要起到的一些支配作用；设计机器在系统中的性能及用途——机器的客体功用，以及人与机器的信息交流沟通等。运用人机工程学原理，按照人体生理尺度和心理特征，以达到解决人-车辆-道路行驶系统的安全性、易读、易懂、易操作、省力和高效性等。

人机系统中信息交互设计，主要是机器、环境与人的信息交互，即操作者对机器实施的操作行为和显示机器运转状况的信息等两个方面的设计。信息交互的设计，就是按照人体生理尺度和心理特征，研究设计信息传递交互的方式和准确可靠性，以及信息的易读和易懂等。

按照人体尺寸、视觉特征、生理尺度，合理设计显示装置显示信息的大小，确定显示装置的安装位置，如视距（46～71 mm）、视角（40°）等。正确设计操纵装置的尺寸、质感、外形和操纵装置的分布位置等，要适宜于人的生理尺度和心理感受及操作习惯，如按照人手尺寸百分位，设计车辆操纵把手的长度（＞100 mm）、把手直径(一般在30～50 mm)、把手与距离产品最近表面的间隙(一般在30～50 mm)、把手操纵幅度（位移量）等参数。

环境设计就是为了创造一个宜人的良好作业环境。如在工作室内设计布置机器的显示设施、操作机构、工作椅等，要适宜于操作习惯、人体尺寸及视觉特征等。信息显示仪器应布置在视野中心30°范围内；操纵手柄应当布置在人的右侧偏前处，高度应按照人体工作姿势及人体尺度确定等，达到易用性。

设计三轮摩托车辆驾驶作业空间，既要保证驾驶人员在驾驶车辆时，其手足操纵动作所必需的活动空间，以及设计布置显示仪器、工作椅、操作机构等所需空间位置，且操作机构必须布置在驾驶员操作时很容易达到的位置，以保证准确可靠的操纵，避免误操作。通过驾驶室内部形态、色彩等装饰设计，给操作者一个舒适感、空间感的心理暗示，创造一个舒适宜人安全的驾乘空间。

4.2产品设计

设计产品的内容主要包括产品的整体设计、外观造型设计以及产品材料设计等。依据人体尺寸、人的生理尺度和心理特征，在全面分析研究设计产品系统的基础上，创新设计满足各项要求的产品。如车辆驾驶室仪表盘的设计，既要把所有仪表等装置合理安装布置到位，保证显示信息的易读性，又要尽量少的占用驾驶室空间，还要保证美观宜人和具有质感，以创造舒适宜人的驾驶环境，提高人机系统的功效。

5　结　语

在分析研究人-车（机）-道路（环境）系统的基础上，全面分析研究人与机器、人与环境、机器与环境之间的关系，以现代工业设计理论和方法（如人机工程学等）为理论指导，针对分析的影响系统效能的各种主要因素，研究设计产品方案，设计创造出最佳的人与产品和环境、产品与环境关系的产品，实现最大的人机系统的效能。

中图分类号：U462

文献标识码：B

文章编号：1004-4620（2016）02-0071-02

收稿日期：2016-03-01

作者简介：赵吉波，男，1962年生，东华大学在职在读研究生，现为日照裕鑫动力有限公司高级工程师，从事技术管理工作。