人机工程学与汽车设计


现代机电产品往往标榜自己的设计符合人机工程学原理,并以此为卖点。汽车产品也不例外,几乎每一款新车的宣传资料都印有"人机工程"的字眼。那么,什么是"人机工程学"呢?它对汽车的设计有什么影响呢?

笔者在"绿色浪潮与汽车"、"人-机-环境大系统观与汽车设计"中曾经提到,现代机器的设计不仅要考虑机器本身的功能,还要考虑机器与人、机器与环境之间的关系。这样就产生了两条边界:人-机器、机器-环境。而人机工程学就是研究"人-机器"这条边界的问题的。

人与机器共同工作,人有人的特性,机器有机器的特性,要设计出能最大限度与人协调工作的机器,就要充分研究两者的特性,才能设计出良好的人机界面。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,用来指导机器产品的设计,主要是人和机器之间的界面设计。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

例如,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……。最近在东京国际车展上展出的丰田POD概念车,还能记录车主的生活和驾车习惯,以便向车主提供更加贴心的服务。

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。

话又说回来,如果作为商业宣传,我们是不能仅凭"人机工程"的字眼去判断产品的品质的。要调查了解甚至亲自体验。

梅林(教授)2001年11月16日

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