汽车设计的人体工程学知识

    人体工程学是上世纪50年代发展起来的一门新学科。它以人-机关系为研究的对象,以实测、统计、分析为基本的研究方法,是一种描述如何塑造适宜人的工作环境的科学。具体到产品开发,就是在产品的设计和制造方面要按照人体的生理解剖功能量身定做,更加适合于人体的工作效能。

    今天的汽车要追求“人车合一”。所谓“人车合一”,就是设计汽车的目标要以人为本,围绕人的需求而建造。要使人乘驾汽车感到舒适、方便和不容易疲劳,这就是汽车人体工程学的目的。

    汽车设计以总体布置为核心,而轿车总体布置又是从车厢开始的。为此要利用能表述人体形状的标准模型做为准绳来安排驾驶舱各个部件位置。例如驾驶员的位置,从脚踩油门踏板或刹车踏板上算起,身材高大者要比身材矮小者靠后坐,这决定了驾驶座椅后移的位置;身材矮小者要比身材高大者靠前坐,这决定了座椅前移的位置。手臂长度与腿相比是较短的,当座椅后移时可能手触及不到仪表板,这就有了一个范围限制。例如以百分位人群(德国标准)来划分,假设第5个百分位的女子身高为1.47米,而第95个百分位的男子身高为1.82米,对于固定踏板的布置,工程师就只考虑5%的矮小女子和95%高大男子的手臂触及范围。做出仪表板的可接触的衡量,通常以高大男人的手臂长为一个决定性准则,即以伸展的手臂运动,在水平及垂直方向各绘出一个园孤线,近似描绘出一个半园形空间去安排座椅、仪表、方向盘、踏板、变速杆、中控板控制旋钮等零部件的位置及相互的距离尺寸。

    在传统的汽车设计作业中,表述人体形状的标准模型由相互铰接的躯体、大腿、小腿、脚掌、手臂等元件组成,根据成年男子和成年女子的统计数,通常把人体模型分成5%、50%和95%作为三种常用标准∶

5%,所有驾驶员中的5%身材比较矮小或等于这种尺寸,其余95%身材比较高大。
50%,所有驾驶员中的50%身材比较矮小或等于这种尺寸,其余50%身材比较高大。
95%,所有驾驶员中的95%身材比较矮小或等于这种尺寸,其余5%身材比较高大。

    国际汽车设计界中所应用的总范围在5%-95%之间,它涵盖了90%的人群。具体的数值要通过目标人群身材的测量数据才能得出,中国人的模型元件长度应当介于日本人和欧美人之间。

    驾驶座椅的布置是轿车总布置的关键之一。驾驶座椅的调整应能够使驾驶员相对方向盘、操纵杆、踏板等操纵机构及前档风玻璃,在纵向及铅垂方向的位置应能够满足绝大多数驾驶员群体的各类人身体特征。座椅的平行移动及高度调整范围根据人体标准模型的肢体夹角来确定。以人体标准模型的B角和r角为例,轿车取60-110度和80-170度,大客车取95-120度和95-135度。

    今天的汽车设计都采用计算机辅助设计,用专门软件来测定轿车的设计是否符合人体工程学。不管是传统方式还是用计算机,最基本的数据都要通过广泛的目标人群的身材测量才能得出。由于设计师对人体标准模型的取舍不同,就出现了欧美车空间比较宽大,日韩车空间比较狭小的现象。东亚人的平均身高和手臂长度都要逊于欧美人,但由于市场全球化,汽车设计也倾向于大空间。通过加大座椅、方向盘角度的多级调整来平衡各地区的人种身材的差异。

车汇通
2006年3月8日

参考文献∶
1、汽车工程手册(人民交通出版社出版)
2、现代轿车车身设计(上海科学技术出版社,吴亚良编)