摩托车的人机工程学设计

人体工程学与摩托车造型设计标准 <序> 人体工程学是第二次世界大战后发展起来的一门新兴学科。它以人-机-环境关系为对象，以实测,统计,分析为基本研究方法,目的是解决工程技术设计如何与人的各种要求相适应,从而使人机系统工作效能达到最高。具体到产品上来,就是在产品的设计和制造方面完全按照人体的生理解剖功能量身定做,更加有益于人体的身心健康。因此它也叫“功效学”，“工程心理学”等。 从理论上讲，人体工程学是研究人和机械相互关系的规律，从适合人的角度提供相应的资料和要求。它研究的基本问是： （1） 分析人机系统中人与机械的联系方式，解决人和机械之间的功能分配问题。 （2） 研究人体结构及其运动、调节机理、运动输出特点，建立起人机协调的操纵方式。 （3） 研究人与环境，机中被控对象的“信息”输入，加工和决策过程，从而找出最佳的输入、加工和控制方式。 人体工程学是随着工业化进程而发展的。在人类的生产发展过程中，经过工艺设计到机械化设计的工业技术与设计过程。可以说人体工程学是工业设计中必不可少的一个环节，并且相互促进发展。而工业设计产生的条件是批量生的现代化大工业和激烈的市场竞争，其对象是工业化方法批量生产的产品。通过形形色色的工业产品，对现代社会的人类生活产生巨大影响，并构成一种广泛的物质文化，提高人民的生活水平。 第一章  产品设计流程  在我们深入了解人体工程学之前，应该首先知道产品设计开发过程中的产品概念和设计概念，因为它将指引我们的工作，并能清楚的告诉我们人体工程学在其中应用的方方面面。 （一） 产品设计 1、 企划： 对新产品的用途、性能、功能、形状等未知情况，以及生产方式、产量、流通途径等，做出决定。 2、 概念： 就是对新品的用途、性能、功能、形状等情况，提出一个具体的想法。这个概念主要是针对市场的需要，根据企业所处的环境（包括市场动向）等，将其产品明确化，成为产品开发的方针。 3、 产品构思及其开发定位： 进入具体的勾画产品形象的阶段，将以上质料进一步分析，讨论进行构思和判断，然后范围的集中，进行产品定位。它包括： ● 产品构想 它应该有什么样的感觉； 它应该有什么样的特点； 它应该有什么样的作用； 它可以有什么样的变化； 它能够便于什么； 它是否使用方便； 它是否便于包装和运输。 ● 设计概念 根据产品概念和企划，确定产品定位，就要针对造型设计确定设计概念。给予特定的产品使用对象或特定意义，将产品的外观、结构、色彩等具体化，同时应参考市场调查和产品概念定位过程。 在品牌上——品牌特征； 在外观风格上——形状、色彩和个性化、人体工程学； 在使用上——操作性、人体工程学； 与其它产品比较——独特性； 在使用环境上——场所、地区、人体工程学； 在材料上——种类、独特性、人体工程学； 在价格上——成本、销售； 其它方面——配置、标准。 通过以上的简单了解，我们不难发现，产品开发是以人为中心，在开发过程中完全体现了人体工程学的巨大作用。由于此标准是针对摩托车的设计来编写的，所以从摩托车的角度来看人体工程学的主要功用在于通过对于生理和心理的正确认识，使摩托车各方面因素适应人类的使用需要，进而达到提高使用效率的目的。在摩托车的造型设计中研究人体工程学是充分考虑摩托车是在人的操纵下，载人高速行驶这一工作特点，创造设计出一个良好的工作与服务的条件和环境，保证驾乘者能在最佳条件和环境内高效、可靠、方便的驾驶和舒适的乘坐。同时，摩托车上与人直接相关的操纵、乘坐等零部件，如方向把、仪表、坐垫等也构成了摩托车相当部分的外形形体。因此运用人体工程学是摩托车设计的重要内容。其内容包括了：研究驾乘时的人体结构、人体运动生理、感觉生理，使人-车系统达到最佳状况的参数，并结合其它要素设计出人车协调的优美形体。 第二章 人体工程学与造型 第二节 人体结构尺寸与造型设计 无论哪种类型的摩托车，其操纵装置应当设在人肢体最方便、最灵活的区域内，其操纵和乘坐装置的位置高低，形状大小应和人肢体相应部位的结构尺寸相适应。对造型而言，这个尺寸是衡量产品形体设计适合人体需求程度的标准，而造型尺度则是整车和零部件的造型与标准之间的大小关系。 一、人体结构尺寸的测量统计 人与机械不同，机械的运动是有规律的，其大小是分系列的，而整个人群的活动一般是无规律的，各人体结构又是千差万别，因此，对人体结构尺寸只能采用数理统计的方法，从概率中寻求规律。 1. 百分值 在人体测量统计中，将抽样实测的人体尺寸由小到大排列在数轴上，并将这一尺寸段分成一百份，那么每一份就称为百分位，而每份上的数值就称为百分位数。例如，将若干抽样实测的成人女子身高数值由小到大排列在数轴上，并将其划分成一百等份若第50份位置上的数值是1586mm，则称第50百分位，数值为1586mm，记作P50=1586mm，P50也是人体尺寸参量的算术平均值，其意义是50%的人群适合，而另外50%的人群不适合。 在产品设计或标准订制时。常按照如下规则使用百分位数： （1） 当生产的尺寸不仅适当，而且有损健康或容易造成危险时。这类产品设计应采用P99、P1为上下限值，它表示98%的人群适合此值。 （2） 一般的民用产品，常采用P95、P5为上下限值，它表示适合90%的人群。 （3） 若只用一个规格且最大限度满足人群需要的产品，设计时采用P50。 （4） 涉及约束或限制的产品，常采用P5为设计依据。例如，一个启动机，其脚蹬起动力按P5中的蹬力150N来设计，则表示95%的人群都适用，只有5%的人群无力启动它。 （5） 若只需要参照人体上限尺寸参量的产品，通常采用P95或P90作为设计依据。例如，门的高度用身高的P95作设计参数，它表示只有5%的人群身高太高，适合这个用这个门。 （6） 一般的军用品，设计时的满足度应超过90%的人群。 2. 标准差 标准差的意义是人体尺寸的一系列测量数据（变数）距平均数的分布情况。标准差大，表示各变数散步广；标准差小，表示各变数接近平均。标准差一般用来确定该指标的标准界限，说明该界限内的数值都属于正常水平。在人体测量中，还可以表示某一范围内数据的变化情况。例如，在身高的正态分布数据中（图2—1） 平均值加减一个标准差的范围是68%的人群；平均值加减二个标准差，其范围就扩大到95%的人群；加减三个标准差则扩大到99%的人群，几乎包括了所有的人。 图2—1 成人男女身高的正态分布 3. 人体尺寸的统计 在不需要满足100%人群而只需要满足95%，90%或50%的人群时，可以不必将有关人员逐一地全部测量，只需抽样测量其中少部分人即可。在这里抽样人书可以按以下计算： N={KB/d}2 其中公式中： N——抽样人数 K——满足度系数，当满足度为95%人群时，K=1.960，当满足度为90%人群时K=1.645 B——标准差（常用历史统计资料求得）； d ——测量精度； 例如，我国成年男子平均身高的标准差为B=82mm，求测量精度d=5mm，满足度分别为95%和90%时测量平均身高的抽样人数： N90={1.645х82/5}2=728(人 ) N95={1.960х82/5}2=1033（人） 这样，抽样人数分别为728人和1033人，所得的身高尺寸就能基本反映出90%和95%人群的实际情况。 二、造型中的人体尺寸参量 1.我国人体尺寸 我复员辽阔，不同地区人群的人体各部位尺寸有较大的差异（见图2—2和表2—1）。其中身材较高的地区有黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东、山西、内蒙、宁夏、青海等地；中等身材的地区包括新疆、甘肃、陕西、江西、湖北、安徽、江苏、浙江等地；身材较矮的地区有四川、云南、贵州、广东、广西等地；河南等介于较高与中等身材地区之间，湖南、福建则介于中等与较矮身材地区之间。 图2—2 人体各部位尺寸 表 2—1            我国不同地区人体各部位平均尺寸              (mm) 序 号① 部 位 较高身材地区 中等身材地区 较矮身材地区 男 女 男 女 男 女 1 身长 1069 1580 1670 1560 1630 1530 2 肩宽 420 387 415 397 414 386 3 眼高 1573 1474 1547 1443 1512 1420 4 肩高 1397 1295 1379 1278 1345 1261 5 坐高 893 846 877 825 856 793 6 正坐时眼高 1203 1146 1181 1110 1141 1078 7 上身高 600 561 588 546 565 524 8 肘到坐位高 242 240 239 230 220 216 9 大臂长 308 291 310 293 307 289 10 小臂长 238 220 238 220 211 220 11 手掌长 196 184 192 178 190 176 12 上肢展开长 867 795 843 767 848 791 13 臀宽 307 307 309 319 311 320 14 大腿长 415 395 409 379 403 376 15 小腿长 397 373 392 369 391 365 16 脚掌高 68 63 68 67 67 65 17 大腿水平长 450 435 445 435 443 422                 序 号①见图 2—2 国内某汽车研究所在国内的较高、中等以及较矮身材地区抽样测量了1487名男、女驾驶员的人体尺寸，经过统计分析，得到了较为准确的人体尺寸统计规律（见表2—2图2—3）。近年来我国的交通运输机械设计中，包括各类车的外形尺寸和车内空间布置，操纵机构的外形与布置，坐位的外形布置等设计，都综合利用了表中的平均值和标准差。它是以平均值为设计的基本尺寸，而以标准差作为设计的调整量。例如，男子膝弯到足底高的平均值hˊ约为406mm，其标准差bˊ约为19.5mm，以满足90%的人群 计（取系数K=1.645）。有hˊ±K bˊ=406±1.645х19.5=374—438mm。也就是说占男子总数90%的人群，其膝弯到足底高度的范围在374—438mm内，按此数据来设计坐姿、脚踩操纵机构，就能满足大部分人群的操作和使用要求。 表2—2            我国驾驶员人体尺寸平均值与标准差          （mm） 序号① 人体部位 男 女 平均值 标准差 平均值 标准差 1 身高 1688.35 81.53 1586.17 51.29 2 眼高 1585.32 61.61 1480.25 76.02 3 肩高 1420.95 54.35 1320.26 76.02 4 坐高 896.53 36.12 848.53 31.58 5 坐姿眼高 794   743   6 肘到座面高 245.33 41.87 238.63 25.63 7 上肢前伸长 837.78 36.81 686.84 37.98 8 拳前伸长 837.78 47.07 688.84 33.79 9 上臂长 267.21 16.35 260.74 19.79 10 前臂长 247.04 13.22 225.03 17.02 11 手掌长 192.53 9.46 179.00 9.52 12 肩宽 426.32 20.35 391.71 21.57 13 臀宽 333.75 22.62 394.71 32.00 14 下肢前伸长 1015.19 58.91 976.79 59.84 15 大腿长 422.48 28.44 409.21 35.39 16 小腿长 401.34 21.57 368.60 22.21 17 脚掌厚 70.69 5.45 65.78 6.94 18 膝臀间距 550.78 27.46 527.77 31.28 19 大腿水平长 432.02 23.31 431.76 30.34 20 膝上到足底 515.08 24.67 429.89 30.34 21 膝弯到足底 405.79 19.49 382.77 20.88             1 参见图2—3