1、12KA3 主编第五章汽车人机工程学第五章汽车人机工程学第一节汽车人机工程设计辅助工具第二节显 示 装 置第一节汽车人机工程设计辅助工具一、二维人体模型样板二、H点装置三、眼椭圆四、头廓包络线五、驾驶人的手伸及界面六、驾驶人膝部包络线七、数字人体模型一、二维人体模型样板图5-1二维人体模型样板二、H点装置1.H点三维人体模型2.H点装置上的基准点3.H点装置的功能和应用1.H点三维人体模型图5-2H点三维人体模型a)名称b)构件尺寸和载荷分布1背板2躯干重快悬架3靠背角水平仪4臀部角度量角器5座板6大腿重块垫块7连接膝关节的T形杆8夹角最角器9膝部角度量角器10大腿杆11横向水平仪12H点支轴
2、13H点标记钮14靠背角量角器15头部空间测量杆1.H点三维人体模型图5-3车身侧视图内部尺寸标注方法2.H点装置上的基准点(1)H点H点是H点装置上躯干与大腿的铰接点。(2)D点D点是坐姿状态下H点装置臀部的最低点。(3)K点K点是H点装置上大腿和小腿铰接点，即膝关节点。(4)躯干线躯干线是H点装置上，自H点出发、平行于后背腰部区域外表面、用于定义躯干角度的直线。(5)腿线腿线为连接腿部两端关节的直线，包括大腿线和小腿线。(6)座垫线座垫线是H点装置上，自H点出发、用于定义座垫角度的直线。(7)鞋上的基准点2.H点装置上的基准点图5-4H点装置上的基准点a)基准点b)关键尺寸(1)H点H点是
3、H点装置上躯干与大腿的铰接点。1)设计H点：是借助HPD按一定程序建立的H点，用以表达设计乘坐位置。2)乘坐基准点(Seating Reference-Point，SgRP，欧洲和国标称为R点)：对于指定乘坐位置而言是一个特殊的设计H点。它是在车辆设计过程初期就定义的重要基准点。虽然行程可调节座椅在其H点调节轨迹上有许多设计H点，但只有唯一一点定义为SgRP。驾驶人SgRP很重要，它用于定位一些布置工具，且用来定义了许多关键尺寸。3)实际H点：是将HPM按规定步骤安放在座椅上时，所测得的H点位置(相对于整车坐标系，或者相对于座椅结构)。1)设计H点：是借助HPD按一定程序建立的H点，用以表达设
4、计乘坐位置。2)乘坐基准点(Seating Reference-Point，SgRP，欧洲和国标称为R点)：对于指定乘坐位置而言是一个特殊的设计H点。它是在车辆设计过程初期就定义的重要基准点。虽然行程可调节座椅在其H点调节轨迹上有许多设计H点，但只有唯一一点定义为SgRP。驾驶人SgRP很重要，它用于定位一些布置工具，且用来定义了许多关键尺寸。3)实际H点：是将HPM按规定步骤安放在座椅上时，所测得的H点位置(相对于整车坐标系，或者相对于座椅结构)。(2)D点D点是坐姿状态下H点装置臀部的最低点。(3)K点K点是H点装置上大腿和小腿铰接点，即膝关节点。(4)躯干线躯干线是H点装置上，自H点出发
5、、平行于后背腰部区域外表面、用于定义躯干角度的直线。(5)腿线腿线为连接腿部两端关节的直线，包括大腿线和小腿线。(6)座垫线座垫线是H点装置上，自H点出发、用于定义座垫角度的直线。(7)鞋上的基准点1)AHP(Accelerator Heel Point)：当H点装置的鞋按照适当方法根据自由状态下的加速踏板定位后，其踵点与地板表面的交点，又称为加速踏板踵点。2)BOF(Ball Of Foot):鞋底表面一点，与踵点相距200mm。3)裸足底线：鞋底附近与鞋成6.5的直线，用于定义踝关节角度。4)地板基准点(Floor Reference Point，FRP)：将H点装置的鞋按一定方法定位后，
6、踵点与地板的交点。5)踏板基准点(Pedal Reference Point，PRP)：当鞋按照适当方法根据加速踏板定位后，加速踏板表面上与BOF接触的点。1)AHP(Accelerator Heel Point)：当H点装置的鞋按照适当方法根据自由状态下的加速踏板定位后，其踵点与地板表面的交点，又称为加速踏板踵点。2)BOF(Ball Of Foot):鞋底表面一点，与踵点相距200mm。3)裸足底线：鞋底附近与鞋成6.5的直线，用于定义踝关节角度。4)地板基准点(Floor Reference Point，FRP)：将H点装置的鞋按一定方法定位后，踵点与地板的交点。5)踏板基准点(Peda
7、l Reference Point，PRP)：当鞋按照适当方法根据加速踏板定位后，加速踏板表面上与BOF接触的点。图5-5H设计工具1BOF2鞋底线3HOS4裸足底线5小腿线6大腿线7D点8H点9躯干线3.H点装置的功能和应用(1)H点装置的测量功能当H点装置用于测量用途时，能够将座椅和车内硬点和硬点尺寸测量出来。(2)H点装置的设计功能在方案设计中，用H点装置来建立室内人机工程学基本布置方案所涉及的关键基准点和尺寸，这些关键基准点和尺寸称为硬点和硬点尺寸。(3)利用H点装置进行驾驶人乘坐环境参数对标在开发新车型时，由于缺乏经验和数据，有时无法给出某些关键参数值。(4)利用H点装置建立前排乘员
8、布置方案(1)H点装置的测量功能当H点装置用于测量用途时，能够将座椅和车内硬点和硬点尺寸测量出来。(2)H点装置的设计功能在方案设计中，用H点装置来建立室内人机工程学基本布置方案所涉及的关键基准点和尺寸，这些关键基准点和尺寸称为硬点和硬点尺寸。表5-利用H点装置建立的硬点和硬点尺寸(3)利用H点装置进行驾驶人乘坐环境参数对标在开发新车型时，由于缺乏经验和数据，有时无法给出某些关键参数值。(4)利用H点装置建立前排乘员布置方案1)确定踏板平面倾角d1和定位鞋，建立PRP和AHP。2)定位SgRP，并确定设计H点调节轨迹曲线。3)定位HPD。1)确定踏板平面倾角d1和定位鞋，建立PRP和AHP。2
9、)定位SgRP，并确定设计H点调节轨迹曲线。3)定位HPD。三、眼椭圆1.眼椭圆尺寸的计算2.眼椭圆的定位3.适合某些国家驾驶人群体的眼椭圆4.眼点5.眼椭圆的画法和眼椭圆样板的制作6.眼椭圆的应用三、眼椭圆图5-6眼椭圆1长轴轴线2短轴轴线3竖轴轴线三、眼椭圆图5-7不同百分位人群的眼椭球侧视图1.眼椭圆尺寸的计算1)长轴长度Lx。2)短轴长度Ly和长轴长度Lz。1)长轴长度Lx。图5-8眼椭圆长轴的计算原理2)短轴长度Ly和长轴长度Lz。2.眼椭圆的定位(1)椭圆倾角的计算眼椭圆的3条轴线互相垂直。(2)椭圆中心的计算2.眼椭圆的定位图5-9影响眼椭圆定位的分布参数a)俯视图b)侧视图c)
10、后视图(1)椭圆倾角的计算眼椭圆的3条轴线互相垂直。(2)椭圆中心的计算3.适合某些国家驾驶人群体的眼椭圆(1)眼椭圆尺寸适合美国人的A类车可调节座椅眼椭圆尺寸见表5-3。(2)眼椭圆定位3.适合某些国家驾驶人群体的眼椭圆表5-2美国、日本和荷兰的人体尺寸特征(1)眼椭圆尺寸适合美国人的A类车可调节座椅眼椭圆尺寸见表5-3。表5-3适合美国人的A类车、可调节座椅眼椭圆尺寸表5-4日本和荷兰眼椭圆尺寸(2)眼椭圆定位4.眼点1)E点。2)P点。1)E点。2)P点。图5-10眼点与P点的相对位置a)头部水平转角为b)头部绕P点水平转动了角2)P点。表5-5P点相对于第95百分位中央眼椭圆中心的偏移
11、量5.眼椭圆的画法和眼椭圆样板的制作1)画出眼椭圆正视图的坐标轴线和俯视图的坐标轴线，如图5-11所示。2)根据汽车驾驶座椅H点前后方向水平调节量的大小，由表中数据及相关公式获得眼椭圆中心在其自身坐标系中的坐标位置值，然后分别在正视图和俯视图上标出椭圆中心的位置。3)确定眼椭圆的长轴和短轴的方向。4)根据选定或给定的汽车驾驶座椅H点水平调节量的大小及选定的人群百分位数，由表中查得眼椭圆长轴和短轴的长度。5)根据椭圆中心的位置及椭圆长、短轴的位置和长度，按几何作图法，分别在正视图和俯视图上画出眼椭圆。6)按照画出的眼椭圆，制作眼椭圆样板。1)画出眼椭圆正视图的坐标轴线和俯视图的坐标轴线，如图5-
12、11所示。2)根据汽车驾驶座椅H点前后方向水平调节量的大小，由表中数据及相关公式获得眼椭圆中心在其自身坐标系中的坐标位置值，然后分别在正视图和俯视图上标出椭圆中心的位置。3)确定眼椭圆的长轴和短轴的方向。4)根据选定或给定的汽车驾驶座椅H点水平调节量的大小及选定的人群百分位数，由表中查得眼椭圆长轴和短轴的长度。5)根据椭圆中心的位置及椭圆长、短轴的位置和长度，按几何作图法，分别在正视图和俯视图上画出眼椭圆。6)按照画出的眼椭圆，制作眼椭圆样板。图5-11眼椭圆的画法6.眼椭圆的应用1)风窗玻璃刮扫面积和部位的确定。2)车身A柱形成的盲区。直接视区。驾驶人无需借助汽车后视镜可直接看到的区域。间接
13、视区。驾驶人借助汽车后视镜能看到的区域，也就是后视野。单眼视区。驾驶人用左眼或右眼单独观察时所能看见的区域。双眼视区。驾驶人用左、右两眼同时观察时，两眼都能看见的区域，也就是上述两单眼视区的重叠区域。6.眼椭圆的应用 两单眼视区。左、右眼分别单独观察时所能看见区域的叠加，即两单眼视区的合成。由于两单眼视区中的重叠部分就是上述双眼视区，因此双眼视区包含在两单眼视区之中。双眼盲区。左、右眼不能同时都看见的区域。正视图上画出眼椭圆的侧投影及A柱的外廓线的侧投影。在俯视图上画出眼椭圆及A柱的KK剖面。KK剖面的高度在正视图上可近似取为眼椭圆长轴与眼椭圆前缘交点的高度。俯视图的左眼椭圆上，找出离A柱水平
14、距离最短的一点B，B点代表驾驶人的左眼。由B点向柱剖面作切线(视线)BA1，A1为切点。将B点投影到眼椭圆正视图的长轴上得B1点。6.眼椭圆的应用 在俯视图的右眼椭圆上，找出与左眼椭圆上B点相对应的点C，C点代表驾驶人右眼。BC之间的距离为瞳孔距，一般取为65mm。由此可求出头部转动中心J，J在BC中垂线后方98.6mm处。由于A柱位于左、右眼直前视线30之外，超出了眼睛勉强转动角度的范围(见)，因此驾驶人会自然地转动头部，使直前视线射向A柱。头部绕J点转动时，左、右眼B、C两点随着一起转动，直至转动后的头部中心线与对准了目标(切点A1)的新视线BA1之间的夹角x=30为止。30为眼睛水平方向
15、勉强转动的最大角度。6.眼椭圆的应用 在俯视图上，从C点作视线CE，E点为A柱的左缘切点。视线BA1与视线之间的夹角即为A柱对驾驶人左、右眼形成的双眼盲区。为更直观地表达这一双眼盲区的角度，可作视线CD平行于视线BA1，CD与视线C E之间的夹角即为双眼盲区的角度。3)车内后视野的确定。在正视图和俯视图上分别画出眼椭圆、车内后视镜及其支点的投影。6.眼椭圆的应用 在俯视图上，从后视镜支点A向左眼椭圆上最远点B作视线AB，将B点投影到正视图上得到B1点。如果后视镜支点A为未知，可用镜面中心代替点A。由于B点是左眼椭圆上的最远点，所以从B点求得的视区大小与从其他点相比为最小。在俯视图上的右眼椭圆上
16、找出与左眼椭圆上B点相对应的点C，点B和C分别代表驾驶人的左、右眼。在俯视图上找出头部转动中心J，将C、J两点投影到正视图上过B点的水平面上，得C、J1。在俯视图上，绕J点转动头部，直至从B点向后视镜镜面右上角E点所连的视线与转动后的头部中心线之间的夹角x等于30为止，然后将视线BE投影到正视图上得到B1E1。6.眼椭圆的应用 俯视图上通过E点向眼睛在镜面中的成像点B作视线EB，再将EB投影到正视图上得到E1B1。应该指出的是，眼睛成像点B在视线EB上的长度等于视线BE的实际长度，视线BE与镜面前表面之间的夹角等于视线EB与镜面后表面之间的夹角。按和同样的方法，由B点向镜面右下角F点作视线F及
17、视线F。此时眼睛在镜面中的成像点作法同上，且也应落在B点上。然后再将视线F及视线F投影到正视图上。6.眼椭圆的应用 按求视线E及视线E相同的方法，从眼睛位置点C向镜面左边上、下两点H和G作视线H、H、G、G。右眼在镜中成像点C的作法同前。再将视线H、H、G、G和点C及C投影到正视图上。至此就求得了由左、右眼分别观察时的两单眼间接视区。它代表了驾驶人通过车内后视镜所能看到的垂直和水平视野。6.眼椭圆的应用图5-12利用眼椭圆进行驾驶人前方下视野设计的原理图1)风窗玻璃刮扫面积和部位的确定。表5-6SAE对轿车风窗玻璃刮扫部位的要求表5-7对货车和大客车风窗玻璃刮扫部位的要求1)风窗玻璃刮扫面积和
18、部位的确定。图5-13风窗玻璃的刮扫部位1)风窗玻璃刮扫面积和部位的确定。图5-14风窗玻璃各区域的刮净率要求1)风窗玻璃刮扫面积和部位的确定。表5-8SAE对汽车的风窗玻璃除霜要求2)车身A柱形成的盲区。表5-9SAE眼睛和头部的转动范围 直接视区。驾驶人无需借助汽车后视镜可直接看到的区域。间接视区。驾驶人借助汽车后视镜能看到的区域，也就是后视野。单眼视区。驾驶人用左眼或右眼单独观察时所能看见的区域。双眼视区。驾驶人用左、右两眼同时观察时，两眼都能看见的区域，也就是上述两单眼视区的重叠区域。两单眼视区。左、右眼分别单独观察时所能看见区域的叠加，即两单眼视区的合成。由于两单眼视区中的重叠部分就
19、是上述双眼视区，因此双眼视区包含在两单眼视区之中。双眼盲区。左、右眼不能同时都看见的区域。图5-15驾驶人的视区与盲区 双眼盲区。左、右眼不能同时都看见的区域。图5-16A柱形成的盲区的作图法 正视图上画出眼椭圆的侧投影及A柱的外廓线的侧投影。在俯视图上画出眼椭圆及A柱的KK剖面。KK剖面的高度在正视图上可近似取为眼椭圆长轴与眼椭圆前缘交点的高度。俯视图的左眼椭圆上，找出离A柱水平距离最短的一点B，B点代表驾驶人的左眼。由B点向柱剖面作切线(视线)BA1，A1为切点。将B点投影到眼椭圆正视图的长轴上得B1点。在俯视图的右眼椭圆上，找出与左眼椭圆上B点相对应的点C，C点代表驾驶人右眼。BC之间的
20、距离为瞳孔距，一般取为65mm。由此可求出头部转动中心J，J在BC中垂线后方98.6mm处。由于A柱位于左、右眼直前视线30之外，超出了眼睛勉强转动角度的范围(见)，因此驾驶人会自然地转动头部，使直前视线射向A柱。头部绕J点转动时，左、右眼B、C两点随着一起转动，直至转动后的头部中心线与对准了目标(切点A1)的新视线BA1之间的夹角x=30为止。30为眼睛水平方向勉强转动的最大角度。在俯视图上，从C点作视线CE，E点为A柱的左缘切点。视线BA1与视线之间的夹角即为A柱对驾驶人左、右眼形成的双眼盲区。为更直观地表达这一双眼盲区的角度，可作视线CD平行于视线BA1，CD与视线C E之间的夹角即为双
21、眼盲区的角度。3)车内后视野的确定。图5-17确定车内后视野的作图法 在正视图和俯视图上分别画出眼椭圆、车内后视镜及其支点的投影。在俯视图上，从后视镜支点A向左眼椭圆上最远点B作视线AB，将B点投影到正视图上得到B1点。如果后视镜支点A为未知，可用镜面中心代替点A。由于B点是左眼椭圆上的最远点，所以从B点求得的视区大小与从其他点相比为最小。在俯视图上的右眼椭圆上找出与左眼椭圆上B点相对应的点C，点B和C分别代表驾驶人的左、右眼。在俯视图上找出头部转动中心J，将C、J两点投影到正视图上过B点的水平面上，得C、J1。在俯视图上，绕J点转动头部，直至从B点向后视镜镜面右上角E点所连的视线与转动后的头
22、部中心线之间的夹角x等于30为止，然后将视线BE投影到正视图上得到B1E1。俯视图上通过E点向眼睛在镜面中的成像点B作视线EB，再将EB投影到正视图上得到E1B1。应该指出的是，眼睛成像点B在视线EB上的长度等于视线BE的实际长度，视线BE与镜面前表面之间的夹角等于视线EB与镜面后表面之间的夹角。按和同样的方法，由B点向镜面右下角F点作视线F及视线F。此时眼睛在镜面中的成像点作法同上，且也应落在B点上。然后再将视线F及视线F投影到正视图上。按求视线E及视线E相同的方法，从眼睛位置点C向镜面左边上、下两点H和G作视线H、H、G、G。右眼在镜中成像点C的作法同前。再将视线H、H、G、G和点C及C投
23、影到正视图上。至此就求得了由左、右眼分别观察时的两单眼间接视区。它代表了驾驶人通过车内后视镜所能看到的垂直和水平视野。四、头廓包络线1.头廓包络的定义2.头廓包络生成原理3.头廓包络面的尺寸4.头廓包络面的定位5.头廓包络的应用1.头廓包络的定义2.头廓包络生成原理图5-18SAE平均头廓线a)侧视图b)后视图2.头廓包络生成原理图5-19头廓包络面生成原理3.头廓包络面的尺寸表5-10头廓包络面的尺寸3.头廓包络面的尺寸图5-20头廓包络面尺寸的含义(行程可调节座椅)a)俯视图 b)侧视图c)前排外侧乘员头廓包络面d)后视图3.头廓包络面的尺寸图5-21头廓包络面尺寸的含义(固定座椅)a)俯
24、视图b)侧视图c)斜视图d)后视图4.头廓包络面的定位(1)头廓包络面倾角2002版的SAE J1052标准中，适合A类车、行程可调节座椅的头廓包络面只在侧视图有向前下方12的倾角，其他视图方向的倾角为零。(2)头廓包络面中心位置驾驶人头廓包络面中心的3个坐标分量Xc、Yc和Zc分别以PRP、Y零平面和过AHP的水平面为定位基准，如图5-22所示。(1)头廓包络面倾角2002版的SAE J1052标准中，适合A类车、行程可调节座椅的头廓包络面只在侧视图有向前下方12的倾角，其他视图方向的倾角为零。(2)头廓包络面中心位置驾驶人头廓包络面中心的3个坐标分量Xc、Yc和Zc分别以PRP、Y零平面和
25、过AHP的水平面为定位基准，如图5-22所示。图5-22驾驶人头廓包络面位置(2)头廓包络面中心位置驾驶人头廓包络面中心的3个坐标分量Xc、Yc和Zc分别以PRP、Y零平面和过AHP的水平面为定位基准，如图5-22所示。表5-11 和的取值表5-12头廓包络中心相对于中央眼椭圆中心的偏移量5.头廓包络的应用图5-23头部空间和顶盖高度的确定(侧视图)a)有效头部空间尺寸H61b)前排头部空间尺寸c)后排头部空间尺寸5.头廓包络的应用图5-24头部空间和顶盖高度的确定(后视图)五、驾驶人的手伸及界面1.驾驶人手伸及界面2.通用布置因子3.HR基准面4.驾驶人手伸及界面的测量5.驾驶人手伸及界面的
26、描述6.驾驶人手伸及界面的定位7.驾驶人手伸及界面的应用8.驾驶人手伸及界面与个体伸及能力界面的区别1.驾驶人手伸及界面图5-25驾驶人手伸及界面在车内的位置2.通用布置因子图5-26驾驶人乘坐环境布置尺寸3.HR基准面4.驾驶人手伸及界面的测量图5-27驾驶人手伸及界面的测量a)手伸及界面测量装置b)手伸及界面测量方法5.驾驶人手伸及界面的描述表5-13手伸及界面数据表格单位：mm6.驾驶人手伸及界面的定位1)确定驾驶室内部设计尺寸和驾驶人男女比例，并由式(5-13)计算G值。2)根据式(5-14)计算HR基准面x方向的位置。1)确定驾驶室内部设计尺寸和驾驶人男女比例，并由式(5-13)计算
27、G值。2)根据式(5-14)计算HR基准面x方向的位置。7.驾驶人手伸及界面的应用8.驾驶人手伸及界面与个体伸及能力界面的区别图5-28个体手伸及界面a)RAMSISb)Safework六、驾驶人膝部包络线1.驾驶人膝部包络线的生成2.驾驶人膝部包络线的定位0.0001(CX)+0.0030(CZ)+(CZ)-37.9352+0.0010(CZ)1.驾驶人膝部包络线的生成图5-29驾驶人膝部包络线2.驾驶人膝部包络线的定位(1)驾驶人膝部包络线定位步骤(2)左膝部包络线位置(1)驾驶人膝部包络线定位步骤1)确定定位基准线和定位基准点。2)确定驾驶人男女比例。3)利用公式计算出膝部包络线圆心的位
28、置。1)确定定位基准线和定位基准点。2)确定驾驶人男女比例。3)利用公式计算出膝部包络线圆心的位置。(2)左膝部包络线位置1)当驾驶人男女比例为50 50时1)当驾驶人男女比例为50 50时0.0001(CX)+0.0030(CZ)+(CZ)-37.9352+0.0010(CZ)2)当驾驶人男女比例为75 25时3)当驾驶人男女比例为90 10时(3)右膝部包络线位置2)当驾驶人男女比例为75 25时3)当驾驶人男女比例为90 10时(3)右膝部包络线位置1)当驾驶人男女比例为50 50时2)当驾驶人男女比例为75 25时3)当驾驶人男女比例为90 10时1)当驾驶人男女比例为50 50时2)
29、当驾驶人男女比例为75 25时3)当驾驶人男女比例为90 10时七、数字人体模型1.人体运动系统建模2.人体的活动建模3.人体的性能建模4.人体几何建模5.人的行为模拟6.数字人体模型的功能7.数字人体模型的应用1.人体运动系统建模1)人体骨骼系统描述。2)骨骼系统运动学关系建模。3)肢体驱动和姿势求解。1)人体骨骼系统描述。2)骨骼系统运动学关系建模。图5-30人体骨骼之间运动关系的D-H表示法2)骨骼系统运动学关系建模。图5-31肩关节运动学建模3)肢体驱动和姿势求解。2.人体的活动建模1)前向运动学方法：根据关节角度计算关节或肢体的位姿。2)反向运动学方法：已知肢体的关节坐标(通常是末端
30、肢体)，计算关节角度。3)前向动力学方法：根据肌肉或神经刺激信号，计算身体的动作。4)反向动力学方法：根据已知的肢体运动情况，估计末端肢体的反作用力或力矩。1)无肌肉静态模型(无时间参数)：是利用优化算法和反向运动学来求解一些离散的姿势问题。2.人体的活动建模2)静态有肌肉模型：在采用优化算法和反向运动学计算某个姿势或者运动过程中的姿势序列时，根据肌肉模型计算肌肉力和关节载荷。3)有肌肉的动力学模型：当静态有肌肉模型中考虑神经肌肉骨骼系统前向动力学和动力学优化时，就演变为有肌肉的动力学模型。4)无肌肉的动力学模型：考虑到提高计算效率，尤其是神经肌肉控制和肌肉动力学等不是考虑的主要因素时，可以将
31、模型中的肌肉去掉，而采用一些动力学或运动学参数来模拟肌肉特征，以驱动前向运动学或动力学过程。1)前向运动学方法：根据关节角度计算关节或肢体的位姿。2)反向运动学方法：已知肢体的关节坐标(通常是末端肢体)，计算关节角度。3)前向动力学方法：根据肌肉或神经刺激信号，计算身体的动作。4)反向动力学方法：根据已知的肢体运动情况，估计末端肢体的反作用力或力矩。1)无肌肉静态模型(无时间参数)：是利用优化算法和反向运动学来求解一些离散的姿势问题。2)静态有肌肉模型：在采用优化算法和反向运动学计算某个姿势或者运动过程中的姿势序列时，根据肌肉模型计算肌肉力和关节载荷。3)有肌肉的动力学模型：当静态有肌肉模型中
32、考虑神经肌肉骨骼系统前向动力学和动力学优化时，就演变为有肌肉的动力学模型。4)无肌肉的动力学模型：考虑到提高计算效率，尤其是神经肌肉控制和肌肉动力学等不是考虑的主要因素时，可以将模型中的肌肉去掉，而采用一些动力学或运动学参数来模拟肌肉特征，以驱动前向运动学或动力学过程。3.人体的性能建模4.人体几何建模图5-32与人体外表相关的关键尺寸5.人的行为模拟6.数字人体模型的功能1)人体建模，包括人体运动学、动力学、生物力学建模和身体特征点描述等。2)人体数据管理和应用，包括与常见人体数据库的接口、人体尺寸计算和增长预测等。3)肢体驱动、定位和姿势预测，姿势和运动过程模拟以及模拟过程的记录和回放等。
33、4)视野分析，包括视野范围、眼睛活动范围、视景显示等。5)通过对肢体和关节活动的模拟，对人的作业空间进行模拟，例如计算肢体最大活动范围界面。6.数字人体模型的功能6)人体出力计算，包括综合考虑年龄、性别、身体状况、操作过程特点的操作力，静态和动态状况下关节力和力矩、脊椎间盘压力等。7)姿势和操作过程的舒适性评价。8)一些典型操作过程的模拟和人机工效分析，如NIOSH举升过程分析、快速上肢操作评估RULA，OWAS作业姿势分析、快速全身评估REBA，罗杰斯肌肉疲劳分析(Rodgers Muscle Fatigue Analysis，RMFA)、疲劳和恢复时间分析(Fatigue and Reco
34、ver Time Analysis)、代谢能量消耗分析(Metabolic Energy Expenditure Analysis)等。6.数字人体模型的功能1)容易与流行的CAD软件结合，能够方便地导入、导出产品模型，或者将数字人体模型作为子模块集成到CAD软件中。2)能够对常见驾驶操作过程进行模拟和分析。3)集成常见的一些行业标准，如SAE标准。1)人体建模，包括人体运动学、动力学、生物力学建模和身体特征点描述等。2)人体数据管理和应用，包括与常见人体数据库的接口、人体尺寸计算和增长预测等。3)肢体驱动、定位和姿势预测，姿势和运动过程模拟以及模拟过程的记录和回放等。4)视野分析，包括视野范
35、围、眼睛活动范围、视景显示等。5)通过对肢体和关节活动的模拟，对人的作业空间进行模拟，例如计算肢体最大活动范围界面。6)人体出力计算，包括综合考虑年龄、性别、身体状况、操作过程特点的操作力，静态和动态状况下关节力和力矩、脊椎间盘压力等。7)姿势和操作过程的舒适性评价。8)一些典型操作过程的模拟和人机工效分析，如NIOSH举升过程分析、快速上肢操作评估RULA，OWAS作业姿势分析、快速全身评估REBA，罗杰斯肌肉疲劳分析(Rodgers Muscle Fatigue Analysis，RMFA)、疲劳和恢复时间分析(Fatigue and Recover Time Analysis)、代谢能量
36、消耗分析(Metabolic Energy Expenditure Analysis)等。1)容易与流行的CAD软件结合，能够方便地导入、导出产品模型，或者将数字人体模型作为子模块集成到CAD软件中。2)能够对常见驾驶操作过程进行模拟和分析。3)集成常见的一些行业标准，如SAE标准。7.数字人体模型的应用1)建立设计与分析的虚拟环境。2)建立合适的人体模型。3)将人体模型调整至合适的位置和姿态。4)进行工效分析与评价。1)建立设计与分析的虚拟环境。2)建立合适的人体模型。3)将人体模型调整至合适的位置和姿态。4)进行工效分析与评价。第二节显 示 装 置一、显示方式的类型二、视觉显示装置的功能和
37、类型三、指针式仪表的设计四、仪表板的总体设计一、显示方式的类型1.按信息传递的通道分类2.按所显示的参数分类3.按显示的形式分类4.按照显示信息的时间特性划分5.按照显示信息的特点划分1.按信息传递的通道分类2.按所显示的参数分类(1)显示系统的工作条件参数为使系统在规定的工作条件和作业环境下运行，必须通过显示装置向操作人员传递各种有关机器工作条件的信息，例如汽车行驶过程中，需要向驾驶人显示发动机冷却液的温度。(2)显示系统的工作状态参数为掌握系统的实际工作状态与理想工作状态之间的差距及其变化趋势，必须通过显示装置向操作人员传递各种有关机器工作状态的信息。(3)显示系统的输入参数为使系统按照人
38、所需求的动态过程工作，或按照客观环境的某种动态过程工作，操作人员必须通过显示装置及时掌握系统的各种输入信息。2.按所显示的参数分类(4)显示系统的输出参数通过这类显示装置可将系统输出的信息反馈给操作人员。(1)显示系统的工作条件参数为使系统在规定的工作条件和作业环境下运行，必须通过显示装置向操作人员传递各种有关机器工作条件的信息，例如汽车行驶过程中，需要向驾驶人显示发动机冷却液的温度。(2)显示系统的工作状态参数为掌握系统的实际工作状态与理想工作状态之间的差距及其变化趋势，必须通过显示装置向操作人员传递各种有关机器工作状态的信息。1)定量显示。2)定性显示。3)警戒显示。1)定量显示。2)定性
39、显示。3)警戒显示。(3)显示系统的输入参数为使系统按照人所需求的动态过程工作，或按照客观环境的某种动态过程工作，操作人员必须通过显示装置及时掌握系统的各种输入信息。(4)显示系统的输出参数通过这类显示装置可将系统输出的信息反馈给操作人员。3.按显示的形式分类(1)模拟式显示是用刻度和指针来指示有关参量或状态的装置。(2)数字式显示是用数码直接显示有关参数的装置。(3)屏幕式显示是在有限面积的显示屏上显示各种类型信息的装置。(1)模拟式显示是用刻度和指针来指示有关参量或状态的装置。(2)数字式显示是用数码直接显示有关参数的装置。(3)屏幕式显示是在有限面积的显示屏上显示各种类型信息的装置。4.
40、按照显示信息的时间特性划分(1)动态显示装置所显示的信息随时间变化，如车速表、车载地图、飞行高度表等。(2)静态显示装置所显示的信息在较长时间内保持不变，如交通标记牌、工厂内静态的标志牌等。(1)动态显示装置所显示的信息随时间变化，如车速表、车载地图、飞行高度表等。(2)静态显示装置所显示的信息在较长时间内保持不变，如交通标记牌、工厂内静态的标志牌等。5.按照显示信息的特点划分(1)定性显示装置只显示信息的性质、趋势，例如：用红色标志灯表示出现危险情况，用绿色表示设备正常运行，用红色箭头表示温度升高的方向等。(2)定量显示装置用数量信息表示物理量的水平，主要用于表示动态信息。(1)定性显示装置
41、只显示信息的性质、趋势，例如：用红色标志灯表示出现危险情况，用绿色表示设备正常运行，用红色箭头表示温度升高的方向等。(2)定量显示装置用数量信息表示物理量的水平，主要用于表示动态信息。二、视觉显示装置的功能和类型(1)读数用仪表它指示各种参数和状态的具体数值，要求认读迅速、准确。(2)检查用仪表它指示各种参数和状态是否偏离正常位置，要求突出指针位置，使之清晰显眼。(3)警戒用仪表它指示各种参数和状态是否处于正常范围之内。(4)追踪用仪表它专为追踪操纵而设置。(5)调节用仪表它只指示操纵装置的调节量，而不指示机器系统的状态或参数。(1)指针式仪表它用不同形式的指针来指示有关参数或状态，具体式样、
42、形状和结构的差别很大。二、视觉显示装置的功能和类型(2)数字式仪表常用的有条带式数字仪表(如机械式里程表)、液晶显示和数码管显示等。(3)图形式仪表它用图形来形象化地显示机器系统的运行状态。(1)读数用仪表它指示各种参数和状态的具体数值，要求认读迅速、准确。(2)检查用仪表它指示各种参数和状态是否偏离正常位置，要求突出指针位置，使之清晰显眼。(3)警戒用仪表它指示各种参数和状态是否处于正常范围之内。(4)追踪用仪表它专为追踪操纵而设置。(5)调节用仪表它只指示操纵装置的调节量，而不指示机器系统的状态或参数。(1)指针式仪表它用不同形式的指针来指示有关参数或状态，具体式样、形状和结构的差别很大。
43、(2)数字式仪表常用的有条带式数字仪表(如机械式里程表)、液晶显示和数码管显示等。(3)图形式仪表它用图形来形象化地显示机器系统的运行状态。表5-14模拟显示与数字显示式仪表的主要特性对比三、指针式仪表的设计1.刻度盘设计2.刻度和刻度线设计3.文字符号设计4.指针设计5.指针式仪表的颜色匹配三、指针式仪表的设计图5-33常用指针式仪表a)指针运动而刻度盘固定的仪表b)刻度盘运动而指针固定的仪表1.刻度盘设计(1)刻度盘的形状刻度盘的形状常用的有圆形、半圆形、直线形，扇形等，如所示。(2)刻度盘的大小刻度盘大小与其刻度标记数量和观察距离有关。(1)刻度盘的形状刻度盘的形状常用的有圆形、半圆形、
44、直线形，扇形等，如所示。(2)刻度盘的大小刻度盘大小与其刻度标记数量和观察距离有关。表5-15刻度盘直径与刻度标记数量和观察距离的关系2.刻度和刻度线设计(1)刻度大小刻度盘上刻度线间的距离称为刻度。(2)刻度线每一刻度线代表一定的测量数值。2.刻度和刻度线设计图5-34刻度大小对读数误差的影响(1)刻度大小刻度盘上刻度线间的距离称为刻度。图5-35刻度线间的最小尺寸关系(2)刻度线每一刻度线代表一定的测量数值。1)最小刻度的标数进级应与读出精度相适应。2)当仪表刻度同时具有大刻度、中刻度、小刻度三级时，各级刻度的标数进级系统应相互兼容。3)同时使用多个仪表时，相同功能的仪表的标数进级系统应当
45、一致。4)带有小数的刻度标数，小数点前的“0”应该省略。(2)刻度线每一刻度线代表一定的测量数值。表5-16刻度线长度与观察距离的关系(2)刻度线每一刻度线代表一定的测量数值。图5-36刻度线宽度对读数误差的影响(2)刻度线每一刻度线代表一定的测量数值。表-7刻度线长度与刻度大小的关系单位：mm(2)刻度线每一刻度线代表一定的测量数值。图5-37刻度值数字标注得好与不好的示例1)最小刻度的标数进级应与读出精度相适应。2)当仪表刻度同时具有大刻度、中刻度、小刻度三级时，各级刻度的标数进级系统应相互兼容。3)同时使用多个仪表时，相同功能的仪表的标数进级系统应当一致。4)带有小数的刻度标数，小数点前
46、的“0”应该省略。3.文字符号设计(1)字符的形状对字符形状的要求是简单醒目，因此宜多采用直线和尖角，加强各字体本身特有的笔画，以突出“形”的特征。(2)字符的大小在便于认读和经济合理的前提下，字符应尽量大一些。(3)数字的立位刻度线上的标度数字的立位应与指针垂直或取正竖立位，使数字正对着操作者，以利于认读，如图5-38所示。(4)符号和标记形象符号和几何标志代替文字和数字，有利于提高辨认速度和准确度，例如用右箭头“”表示方向要比用文字“右”标注更易于判别。(1)字符的形状对字符形状的要求是简单醒目，因此宜多采用直线和尖角，加强各字体本身特有的笔画，以突出“形”的特征。(2)字符的大小在便于认
47、读和经济合理的前提下，字符应尽量大一些。(3)数字的立位刻度线上的标度数字的立位应与指针垂直或取正竖立位，使数字正对着操作者，以利于认读，如图5-38所示。图5-38数字的立位好与不好的示例(4)符号和标记形象符号和几何标志代替文字和数字，有利于提高辨认速度和准确度，例如用右箭头“”表示方向要比用文字“右”标注更易于判别。4.指针设计(1)指针的形状和大小指针的形状要简单、明确，不要有装饰。(2)指针的零点位置指针零点位置的选取与仪表的使用情况有关。(3)指针与刻度盘面的关系一般原则是指针尽量贴近刻度盘面，但又不与刻度盘面接触，以减小由于人的双眼视差和双眼不对称等因素引起的认读误差。(4)指针
48、的颜色和涂料指针的颜色与刻度盘的颜色应有鲜明的对比，而指针与刻度线、字符的颜色则应该一样。(1)指针的形状和大小指针的形状要简单、明确，不要有装饰。图5-39指针的基本形状a)刀形b)剑形c)直角三角形d)等腰三角形e)塔形f)带潜示线的塔形g)杆形h)梯形(2)指针的零点位置指针零点位置的选取与仪表的使用情况有关。图5-40多个检查用仪表成组排列时指针零点位置的设计方案a)9点钟位置b)上下相对c)12点钟方向(3)指针与刻度盘面的关系一般原则是指针尽量贴近刻度盘面，但又不与刻度盘面接触，以减小由于人的双眼视差和双眼不对称等因素引起的认读误差。图5-41仪表指针与刻度盘的结构关系方案a)单指
49、针设计b)双指针设计(4)指针的颜色和涂料指针的颜色与刻度盘的颜色应有鲜明的对比，而指针与刻度线、字符的颜色则应该一样。5.指针式仪表的颜色匹配表5-18不同颜色搭配时的配色效果四、仪表板的总体设计1.仪表板的空间位置2.仪表板上的仪表排列3.仪表板面的有效认读范围1.仪表板的空间位置图5-42仪表板的空间位置1.仪表板的空间位置图5-43弧形和弯折形仪表板2.仪表板上的仪表排列图5-44仪表板面的有效认读范围a)仪表板面的尺寸范围b)正确认读时间曲线仪表板面的最优认读区仪表板面的有效认读区O视野中心点1对仪表板面左边部分仪表的正确认读时间曲线2对仪表板面右边部分仪表的正确认读时间曲线3.仪表板面的有效认读范围
