汽车内外饰设计与实战手册-人机工程与仪表布置原则

人体工程学是20世纪50年代发展起来的一门新学科。它以人-机关系为研究对象，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。

汽车设计以整体布置为核心，而轿车总体布置又是从驾驶舱开始的，为此要利用能表述人体形状的标准模型作为准绳来安排驾驶舱各个部件位置。例如驾驶人的位置，从脚踩加速踏板或制动踏板上算起，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1.47m，而第95个百分位的男子身高为1.82m，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。对于仪表板的可接触范围，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圆弧线，近似描绘出一个半圆形空间去安排座椅、仪表、转向盘、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%（通常为儿童）、50%（通常为女性）和95%（通常为身材高大的男性）三种常用标准：5%，所有驾驶人中的5%身材比较矮小或等于这种尺寸，其余95%身材比较高大；50%，所有驾驶人中的50%身材比较矮小或等于这种尺寸，其余50%身材比较高大；95%，所有驾驶人中的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。

1.仪表板组合仪表的布置要求

（1）驾驶人眼椭圆及百分位概念：

1）驾驶人眼椭圆是指不同身材的驾驶人按自己的意愿将座椅调整到适宜位置，并以正常的驾驶姿势入座后，其眼睛位置在车内坐标系统中的统计分布图形。驾驶人眼椭圆的确立为研究汽车视野性提供了科学的视野原点基准。国际标准化组织为此专门制定了标准，即ISO4513《道路车辆-视野-驾驶人眼睛位置椭圆视野的确定方法》。

2）百分位：是标示人体的某些基础数据对于使用对象中有百分之几的人可适用。目前人体基础数据标准均以百分位的形式公布。在仪表视野性设计中，常用第90百分位、第95百分位和第99百分位的眼椭圆，如图8-5所示。

图8-5 驾驶人眼椭圆在仪表板设计中的应用

（2）仪表的位置及转向盘视野盲区校核

1）在仪表板的设计中，驾驶人与仪表板的视觉应满足90°的要求，视线与水平面的夹角不得大于30°；仪表平面与铅垂平面的夹角以10°左右为宜；仪表板的目视距离可参考美国HenryDreyfas标准确定：最大目视距离711mm，推荐最佳值为550mm。实际布置时可以根据相关尺寸协调，允许有少许变动。

2）转向盘在仪表板上形成的视野盲区，可以通过做图法确定（图8-6）。车速表、发动机转速表、冷却液温度表和油表应避开转向盘所形成的盲区，这样才能便于驾驶时读识。

图8-6 仪表板盲区的形成

3）驾驶人观察仪表的视角（即通过仪表平面的中心点和眼椭圆的连线与仪表平面垂直方向的夹角）应尽可能接近0，最好在8°以内，如图8-7中①所示。

（3）仪表玻璃反光的校核 直射光应尽可能不照在组合仪表的文字板上，如图8-7中②所示。仪表玻璃的反光如果照射在人的眼里，将严重影响驾驶安全。仪表玻璃的无反射范围，相对于99%的眼椭圆上切线应在规定的角度以上，一般为5°左右。一般组合仪表反光校核分为：

1）白天的车外光线及车内的表面发光体发出的光线入射到组合仪表上，经过组合仪表反射后，可能反射至驾驶人的眼睛，引起眩目。校核方法（图8-8）：

图8-7 仪表玻璃反光校核

①以组合仪表镜面下沿为起点（记为A点）做一条直线（L），且与99%眼椭圆偏置50mm后的弧线相切。

②以组合仪表镜面下沿的点为基准，做此直线的反射线（L₁）。

③此反射线与前风窗玻璃的交点（C点）应位于玻璃黑边区域内。

④若此反射线处于玻璃黑边下方，则此反射线应被组合仪表罩遮挡。

⑤左、右两侧的校核方法与此一致。

图8-8 标准仪表镜面反光校核方法

2）夜间从组合仪表自身发出的光线，入射到侧窗玻璃和前风窗玻璃后，反射至驾驶人的眼睛，引起眩目。校核方法（图8-9）：

①以组合仪表内部的发光面板下沿为起点（记为A），前风窗玻璃上方的B区线为终点（记为B），做一条直线L。

②以B点为基准，做直线L的反射线（L₁）。

③此反射线应不与99%眼椭圆偏置50mm后的弧线相交。

④若此反射线与99%眼椭圆偏置50mm后的弧线相交，但入射线L能被组合仪表罩遮挡，也认为满足要求。点拨

侧窗玻璃校核方法类似，玻璃反射区域由前风窗玻璃的B区更换为两侧外后视镜在侧窗玻璃上的视野区域即可。此外DVD显示屏、空调显示屏、换档面板表面等反光较强的部件的反射检查方法类似。

图8-9 自发光体在玻璃上的成像校核方法

2.仪表板手操纵件的布置要求

（1）仪表板手操纵件的布置原则

1）驾驶人的手伸及界面是指驾驶人以正常姿势坐在座椅中，身系安全带，右脚支撑于加速踏板踵点上，一只手握住转向盘时另一只手所能伸及的最大空间轮廓面。

2）驾驶室内的一切手操纵件的位置均在驾驶人手伸及范围内，另一方面，重要的信息显示器应布置在驾驶人头部无须转动便可直接观察到的视区内，以确保操作方便和迅速辨认。在此基础上，为统一设计，国际标准化组织制定了关于手操纵件、指示器及信号显示装置布置的国际标准（ISO 4040）。

3）仪表板上的操作类物品，如DVD、暖风控制、烟灰缸等，其布置应符合人体工程学的要求，与人的肩点的距离一般应在700mm以下，操作时，应尽量保证驾驶人的驾驶姿势。

（2）仪表板手操纵件的手伸及性校核

1）参考标准：ISO 3958，与此相关的驾驶室尺寸如图8-10所示。

2）该校验标准的使用范围：座椅靠背角β为9.8°～33.0°；最后H点至踵点垂直距离H_z为130～520mm；H点的水平调节范围H_T为至少130mm；方向直径W_d为330～600mm；转向盘倾斜角α为10°～70°；转向盘中心至踵点水平距离W_x为660～752mm；转向盘中心至踵点垂直距离W_z为530～838mm。

图8-10 与手伸及界面有关的7个尺寸

3.空调出风口布置要求

出风口的结构有通过叶片来上下左右调节风向的，也有通过旋转来调节出风角度的，具体布置要求如图8-11所示。对出风方向有如下要求：

1）当座椅在它的最后位置时，从左侧风口出来的风要求能调节到吹到驾驶人右侧肩膀。

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图8-11 出风口布置要求

2）从中间风口出来的风要求能吹到驾驶人左侧的肩膀和乘员右侧的肩膀；从右侧风口出来的风要求能调节到吹到乘员左侧的肩膀。

3）在座椅从最后位置往前滑动直到与仪表板表面相切的过程中，从中间风口和两侧风口出来的风顶端要求能吹到95%假人的头部向上150mm的区域，往下要求能吹到95%假人的H点上方。

4）当风吹到H点时，风门要求能开启到50%，当风吹到头部向上150mm的区域时，风门的开启要求为80%。

5）吹风距离要求最大不得大于653mm。

6）空调出风口最小截面积3500mm²，截面积与空调容量的换算关系为1L≈33mm²，即假如空调容量为100L，则出风口面积为3300mm²，该等式的风量分配比例系数为3∶2∶2∶3。

7）如果B柱和副仪表板上有辅助出风口，则有效出风面积不得小于2300mm²，另外副仪表板上的风口必须要有风向调节装置。

4.驾驶人脚部空间布置要求

此项校核内容主要是从人机工程角度考虑驾驶人踩踏板时脚的舒适性问题，校核方式一般有两种：

1）以整车设计位置的95%的假人踵点为圆心，脚底长度为半径画圆弧一，再偏移此圆弧150mm得到圆弧二，如图8-12所示。仪表板的下沿及脚上方的其他零部件不能低于圆弧二。但经过很多实车对比分析，由于布置空间的原因，此要求可适当降低。

2）做一条通过踵点且与整车X轴平行的直线，向上偏移300mm，得一直线，如图8-13所示，仪表板的下沿及脚上方的其他零部件不能低于此直线，以免妨碍脚的运动空间，个别车型允许做到280mm。

图8-12 驾驶人脚部空间校核方法一

图8-13 驾驶人脚部空间校核方法二

3）另外需要注意的一个问题就是，考虑到驾驶人踩加速踏板时，脚可能与侧面的副仪表板干涉，影响舒适性，根据经验，要求加速踏板与副仪表板之间的距离A（图8-14）大于40mm。

5.驻车制动手柄布置要求

此项校核内容为从人机工程方面考虑驾驶人操作驻车制动手柄时的舒适性及空间要求。

1）空间尺寸要求：驻车制动手柄两侧的空间设计参考值45mm以上；前端的空间设计参考值30mm以上；驻车制动手柄下表面距副仪表板表面间隙35mm以上；驻车制动手柄按钮最小尺寸10mm；驻车制动手柄的宽度设计参考值20～35mm；长度设计参考值110mm（表8-1）。

图8-14 侧向脚部空间校核示意图

表8-1 驻车制动手柄相关人机工程尺寸及空间要求 （单位：mm）

2）相关尺寸位置描述情况如图8-15所示（驻车制动手柄未拉起状态）。

图8-15 驻车制动手柄布置要求

6.扶手箱布置要求

此项校核内容为从人机工程方面考虑驾驶人使用扶手箱时的舒适性。

1）扶手长度及高度的布置，如图8-16所示。需要说明的是确定扶手箱的高度及长度时还要考虑其他因素，其中比较重要的有变速杆及驻车制动手柄的操作舒适性。

图8-16 扶手长度及高度布置

A—SgRP点（座椅参考点，又称R点）向前参考值：100～175mm，无最大值限制 B—SgRP点（座椅参考点，又称R点）向后参考值：90～100mm，无最大值限制

H—高度参考值：160～180mm，最小150mm，最大190mm

①换档舒适性的详细校核方法：当变速杆处于中间的最后位置时，以变速杆球头的最高点为圆心，以40mm为半径画圆（若以半径50mm、60mm画圆，换档舒适性更好），再做一条与此圆相切并且与X轴成8°的直线，此直线即为扶手箱的上边界线，如图8-17所示。

②驻车制动手柄舒适性的详细校核方法：当驻车制动手柄处于拉起状态时，以驻车制动手柄的前端中点为圆心，以50mm为半径画圆，再做一条与手柄轴线成105°夹角且与此圆相切的直线，再把此直线向后方偏移40mm得到扶手箱的前边界线，如图8-18所示。

③前门扶手与副仪表板的扶手之间的高度差目标要求不得超过15mm，最大25mm，其中前门扶手的高度同时又与侧碰及舒适性有关。只有充分考虑了以上的因素，才能确定扶手箱比较合适的高度。

图8-17 扶手箱高度确定方法

图8-18 扶手箱长度确定方法

图8-19 扶手箱宽度图（俯视图）

2）扶手箱宽度的布置 扶手箱宽度校核方法如图8-19所示。中央扶手一般可以翻转，下面一般都有储物盒，储物盒的宽度A一般设计为120mm以上是比较好的。这个扶手箱可能存在正副驾驶人同时使用的情况，所以尽量要宽一点（门护板上的扶手的宽度一般都要80mm以上）。

7.杂物箱布置要求

杂物箱大小的确定要考虑收储检车证件、装备手册及使用说明书的可能性，也可考虑装盒式磁带和地图册等。

1）杂物箱盖板外表面距离假人腿部距离要求不小于100mm，美国现在的标准是90mm以上就满足要求了。

2）杂物箱没有锁止时要求能完全打开，或者由于其重力自行打开，至少要允许很舒适地放入一个手指把杂物箱拉开。

3）如果杂物箱下边没有仪表板，要求下边缘距离仪表板325mm（腿部空间要求），盒体的外表面在Z方向上距离盖板下表面35mm，盒体的外表面在Y方向距离盖板边缘20mm。