第三讲 人机工程学驾驶员视野分析

２０２０年第２７卷第１期汽车驾驶室的人机工程学分析张　帅，张艳欣（沈阳理工大学艺术设计学院，辽宁沈阳１１０１５９）摘　要：汽车驾驶室特别是驾驶员的操作空间设计，必须符合人机工程学。

人机工程学中的人体尺寸参数和人体结构特征使设计的产品更利于人体健康和操作舒适。

而基于汽车生产的特性，要求设计必须符合各种人群的人机关系。

分析了汽车驾驶舱内具有可调节性的配置，借此研究通用设计与汽车驾驶室的联系。

关键词：汽车驾驶室；人机工程学；通用设计ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２０．０１．０７３　汽车驾驶室空间与人机工程汽车驾驶室作为人自主操作的典型工作空间，在人机工程学中一直是重要的研究方向。

汽车驾驶室空间狭小，活动范围有限，对驾驶员来说，长期处于驾驶状态，如果人机关系不能匹配，就会造成肌肉疲劳和驾驶风险。

良好的人机关系是驾驶舒适性、安全性的重要保证。

通过人机工程学的相关理论对驾驶室进行适合人体工作的设计优化后，可以减缓肌肉疲劳，也可以降低驾驶人员在长期驾驶过程中造成的驾驶危险。

对驾驶室的人机工程研究，主要是在车辆大构架尺寸固定的情况下，以不同身材的人的舒适性为前提，通过人体尺寸、人体生理、心理的特点考量，对已有驾驶舱设计进行分析完善，归纳总结不同功能区设计的最佳尺度，最大限度地创造舒适、健康的工作环境。

对汽车驾驶室而言，人机工程学的重要性可想而知。

　人机工程学通用设计应用汽车驾驶室是一个活动范围很小的工作空间，操作空间有限，导致人的工作姿势受限。

其工作特点是：工作时间长、以静态坐势和反复性工作姿势为主、负荷小。

由于长时间处于静态姿势和重复操作姿势，长期肌肉疲劳会导致骨骼肌肉方面的疾病。

汽车的驾驶舱设计就要考虑到驾驶者的身体健康因素，为其创造一个舒适的驾驶环境。

从人的角度上看，人机工程学可以改善驾驶室的人机环境，提高驾驶员的生理、心理舒适度。

除此之外，在经济角度上讲，人机工程学也为驾驶室设备的尺寸设计、空间布置提供了一个参数范围，可以使驾驶室最大限度地满足不同身形和性别的驾驶者，降低了经济成本。

驾驶员的视觉特性与反应特性汽车驾驶员在行车中，有80%-90%以上的住处是依靠视觉获得的。

驾驶员的眼睛是保证平安行车的重要的感觉器官，眼睛的视觉特性与交通平安有亲密关系。

L视觉生理（1）视野人的眼睛凝视前方，头部的视线固定时，所能看到的范围称为视野（静视野）。

如仅将头部固定，眼球自由转动时能够看到的全部范围称为动视野。

视野也可分为单眼视野和双眼视野。

人眼的视野可采用视野计进行检查。

假如驾驶员的双眼视野过，不利于行车平安。

当驾驶员驾驶汽车高速行驶时，会感到车外的树木、房屋等固定物体的映像在人眼视网膜上停留的时间太短，人眼来不及认真辨别物体的细节，因此，随着车速的提高，驾驶员眼睛的有效视野会越来越狭窄。

（2）驾驶视力视力也叫视敏度，是指辨别细小的或遥远的物体或物体的微小部分的力量。

在肯定条件下，眼睛能辨别的物体越小，视觉的敏锐度越大, 视敏度的基本特征在于辨别两点之间距离的大小，因此，也可以把它看作视觉的空间阈限。

①静视力静视力是指人和视标都在不动状态下检查的视力。

在报考驾驶员时都要经过视力检查。

我们我国通用E型视力表栓驾驶员的两眼视力（中心视力），被试者距视力表5m 远，在标准照明条件（200±1001x）下，两眼视力（包括矫正视力）各为0.7 以上即允许报考。

用这种方法检查的视力反映驾驶员在静止状态下视力，即静视力。

②动视力动视力是指人和视标处于运动（其中的一方运动或两方都运动）时检查的视力。

汽车驾驶员在行车中的视力为动视力。

讨论结果表明，驾驶员的动视力随着车速的变化而变化，一般来说动视力比静视力低10%~20%,特殊状况下比静视力低30%、40%。

例如，以60km∕h的速度行驶的车辆，驾驶员可看清前方24Om处的交通标志；可是当车速提高到80km∕h时，则连16Om处的交通标志都看不清晰。

值得留意的是，虽然静视力好是动视力好的前提，但是静视力好的人不肯定就会有好的动视力。

静视力为LO的277人，其中动视力等于和上于0.5 的有170人，占总人数的61%。

摩托车变速箱的驾驶员人机工程学摩托车变速箱作为摩托车的重要组成部分，对驾驶员的驾驶和操控体验起着至关重要的作用。

驾驶员人机工程学是研究人类与机器交互以提高操作效率、安全性和舒适性的学科领域。

在摩托车变速箱设计和开发过程中，人机工程学的原理和方法被广泛应用，以确保驾驶员的操作能够更加准确、高效和安全。

首先，摩托车变速箱的操控方式应该符合人类的生理特点和行为习惯。

人体工程学的理论指导下，变速箱的设计应考虑到驾驶员的身体活动范围、手指的灵活性和肌肉力量。

例如，操纵手柄的位置应该能够自然地与驾驶员的手臂姿势和手指弯曲角度相适应。

手柄的形状和大小也应该符合人类手部的解剖结构，以便驾驶员能够轻松地进行变速操作。

此外，变速器的档位提示标识和显示器等信息界面应设计清晰、易读并符合人眼的可视特性，以提高驾驶员对档位的识别准确性。

其次，摩托车变速箱的操作力度和机械传动感应应该经过合理的调整，以减轻驾驶员的疲劳和增加操作的准确性。

在人机工程学中，该原则被称为"操作力和感觉"的匹配。

变速箱的操纵机构应该设计成驾驶员能够轻松地进行档位切换，同时还能提供一定的阻力和机械感受，以让驾驶员感觉到档位的锁定和变速器内部的工作状态。

这种设计不仅可以传达驾驶员操作的信息，还可以与驾驶员的视觉和听觉输入相互协调，提高驾驶员对摩托车动态、道路状况和车速的感知。

另外，摩托车变速箱的换档过程应尽可能地平滑和快速，以减少变速冲击和提高驾驶员的驾驶舒适性。

使用人体工程学的原则，调整变速器的换档路径和设计换挡机构，使其能够适应驾驶员的手臂和手指运动，以最大程度地减少换挡时的力气和时间。

同时，摩托车变速箱的传动系统也应考虑到档位之间的错位和错位感，以确保驾驶员能够准确地选择所需的档位。

最后，摩托车变速箱的声音和振动特性也应受到人机工程学的考虑。

车辆发出的声音和产生的振动不仅会影响到驾驶员的听觉和触觉感知，还会直接关系到驾驶员的舒适性和疲劳程度。

汽车视野分析操作手册目录一、前方视野分析二、A柱障碍角分析三、前风窗刮刷面积分析四、仪表视野分析五、驾驶员对仪表板操纵件的视野分析六、侧视野分析七、B柱障碍角和视角分析八、后视野分析九、360°总视野分析十、虚拟主观评价分析一、前方视野分析 1. 输入条件R 点坐标,驾驶员靠背角度,风窗玻璃数据(含黑边),A 柱内外表面数据(含门窗框),侧门玻璃面数据,前机盖及风窗装饰件外表面数据,顶盖内饰前端表面数据，设计状态地面线，雨刮数据等.2. 校核风窗玻璃透明区域按GB11562-1994《汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》的要求，根据R 点和靠背角度，做出V 1、V 2点和风窗玻璃的透明区域基准点a b c 和a ’ b ’ c ’（如图1所示）,再根据ECE R43做出黑边最小范围（图1中黄色线），仅当同时满足a 、b 、c 、a ’、b ’、c ’和黑边最小范围在风窗透明区域之内时，透明区域才能满足法规要求。

3. 前视角校核a ）将V 1、V 2点投影到Y0平面得V 1’、V 2’点，过V 1点做Z0平面的平行平面Z’面；b ）Z’面与挡风玻璃左黑边边界相交得交点a 点，做a 点与V 1点的连线，测出该线与Y0平面的夹角——前左视角；c ）Y0面与挡风玻璃上黑边边界相交得交点b 点，做b 点与V 1’点的连线，测出该线与Z ’平面的夹角——前上视角；d ）Y0面与挡风玻璃下黑边边界相交得交点c 点，做c 点与V 2’点的连线，测出该线与Z’平面的夹角——前下视角；法规要求，仅当同时满足左视角不小于17°、上视角不小于7°和下视角不小于5°的条件时，前视角才能满足要求。

而实际前下视角需要综合考虑前方盲距的要求，前上视角需要综合考虑前方交通灯的影响。

4. 前方盲距将前下视野线延长至设计地面线，交点与车头之间的距离即为前方盲距，不同车型的前方盲距要求不同，应根据相应类型车辆对标后确定或判定是否合适，见图2。

汽车驾驶室设计与人机工程学我国对车辆人机界面的设计也非常重视，在我国汽车标准体系中，强制性执行的前几项标准基本都属于人机界面设计的范畴。

目前，我国的人机界面设计还仅限于测试技术的应用与研究，也就是按国家标准对汽车显控性能进行测试试验，并对关键测试技术进行实验研究。

第二章人体数据在汽车驾驶室中的应用为了使驾驶室设计能符合人的生理特征，让人在使用时处于舒适的状态和适宜的环境中，就必须在设计中充分考虑人体的各种尺度。

人体测量是人机工程学的主要组成部分，它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体上的差别，用以研究人的形态特征从而为人一机一环境系统设计提供人体测量数据。

在认识人体数据在汽车驾驶室中的应用前，要先对人体测量有一定的了解。

2.1人体测量的分类人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类，即人体结构尺寸和功能尺寸的测量数据。

人体结构上的尺寸是指静态尺寸;人体功能上的尺寸是指动态尺寸。

（1）静态人体测量尺寸:指被测者静止地站着或是坐着进行的一种测量方法。

静态测量的人体尺寸用以设计工作空间的大小、家具、产品界面元件以及一些工作设施等的设计依据。

（2）动态人体尺寸测量:指被测者处于动作状态下所进行的人体尺寸测量。

动态人体尺寸测量的重点是测量人在执行某种动作时的身体动态特征，特点是在任何一种活动中身体各部位的动作不是独立完成的，而是协调一致的，具有连贯性和活动性。

其中，人体结构尺寸分为人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸。

而驾驶室的设计则主要应用了人体主要尺寸和坐姿人体尺寸。

人体主要尺寸包括身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长共六项数据。

坐姿人体尺寸包括坐高、坐姿颈锥点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长共十一项。

而人体功能尺寸则包括立姿、坐姿、跪姿、俯仰、爬姿等作业姿势的尺寸。

而驾驶室的设计则主要应用了坐姿人体功能尺寸。

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人体感知与信息处理感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的反映，因此既具客观性又具主观性.人的主要感觉器官包括眼、耳、鼻、舌、皮肤，对应的感觉分别是视觉、听觉、嗅觉、味觉和肤觉.此外，人对自身也有感觉、称为内部感觉。

视觉光作用于视觉器官,使其感受细胞兴奋，其信息经视觉神经系统加工后便产生视觉。

其形成过程为：光线一角膜一瞳孔一晶状体(折射光线)—玻璃体(固定眼球)-视网膜（形成物像)——视神经（传导视觉信息一大脑视觉中枢（形成视觉）.通过视觉，人可以感知外界事物的大小、形状、明暗、颜色、动静。

视觉是人最重要的感觉，至少有80%以上的外界信息经视觉获得。

视觉的优势是：可在短时间内获取大量信息;可利用颜色和形状传递性质不同的信息；对信息敏感，反应速度快；感试范围广，分辨率高;不容易残留以前刺激的影响。

但也存在容易发生错视和容易疲劳等缺点。

视觉机能视觉机能是视觉器官毒客观事物识in能力的总称·包括视角、视力、视野、对比感度、颜色辨认等(1)视角视角是观察物体时。

从物体两端（上、下或左、右)引出的光线在射入眼球时的相交角度，视角a的大小与观察距离L和被看物体上两端点的直线距离D有关。

眼睛能分辨被看物体最近两点的视角,称为临界视角,正常眼的临界视角约为1'。

(2）视力是指分辨细小的或遥远的物体及细微部分的视觉能力。

临床医学上将能区分两点的最小距离称为视力。

在眼前一定距离内(5m)能够分辨两点之间距离越小,说明视力越好.应用国际标准视力表远视力表检测，司际正常视力标准规定为1。

控制室人机工程设计导则视野与视区划分1主题内容与适用范围本标准规定了人眼的视野范围和信号布置中的视区划分。

本标准适用于控制(调度)室设计、工业产品设计及工程设计。

2视线图1水平视线2.1视线眼睛(黄斑中心)中最敏锐的聚焦点与注视点之间的连线。

2.2水平视线2.2.1水平视线是指头部保持垂直状态、双眼平视时的视线，见图1。

2.2.2水平视线是人体测量标准姿势下的视线，也称标准视线，见图2(a)。

2.2.3在水平视线状态下，头部与眼睛均处于一种比较紧张的状态。

2.3自然视线2.3.1自然视线是指头部保持垂直状态、双眼处于放松状态时的视线，见图2(b)。

注：航空界通常称此为“正常视线”。

2.3.2自然视线在水平视线之下15°。

2.4正常视线2.4.1正常视线是指头部和双眼都处于放松状态时的视线，见图2(c)。

2.4.2正常视线在水平视线之下30°。

2.5坐姿操作视线2.5.1坐姿操作视线是指双眼、头部和背部均处于放松状态时的视线，见图2(d)。

2.5.2坐姿操作视线在水平视线之下40°。

图2视线与头部姿势(a)水平视线；(b)自然视线；(c)正常视线；(d)坐姿操作视线3视野(视场)3.1视野图3光刺激的左眼、右眼与双眼的直接视野头部和眼睛在规定的条件下，人眼可觉察到的水平面与垂直面内所有的空间范围。

3.2直接视野3.2.1直接视野是指当头部和双眼静止不动时，人眼可觉察到的水平面与垂直面内所有的空间范围，可分为单眼与双眼直接视野。

3.2.2直接视野范围如下：a.光刺激的左眼、右眼与双眼的直接视野，见图3。

b.适用于正常视线状态的双眼的直接视野，见图4。

图4直接视野(处为双眼)(a)最佳水平直接视野；(b)最佳垂直直接视野；(c)最大水平直接视野；(d)最大垂直直接视野3.3眼动视野3.3.1眼动视野是指头部保持在固定的位置，眼睛为了注视目标而移动时，能依次地觉察到的水平面与垂直面内所有的空间范围，可分为单眼与双眼眼动视野。