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第一部分 汽车设计中的人机工程学概念、问题和方法3

第1章 汽车人机工程学介绍3

1.1 汽车设计中的人机工程学3

1.1.1 主旨和目标3

1.1.2 人机工程学：它是什么？3

1.1.3 人机工程学方法4

1.1.4 解决问题的方法6

1.1.5 人机工程学研究7

1.1.6 汽车设计中人机工程学工程师的职责7

1.2 人机工程学的历史8

1.2.1 人机工程学和人因工程的起源8

1.2.2 汽车产品设计中的人机工程学发展历史9

1.3 人机工程学的重要性9

1.3.1 基于人机工程学设计的产品、系统和流程的特点9

1.3.2 为什么要应用人机工程学？10

1.3.3 人机工程学不是常识10

1.4 人体特性和功能简介10

1.4.1 物理功能10

1.4.2 信息处理功能11

1.5 人机工程学的实施11

第2章 工程人体测量学和生物力学13

2.1 概述13

2.2 在汽车设计中使用人体测量13

2.2.1 百分位数计算19

2.3 生物力学在汽车设计中的应用20

2.3.1 基本的生物力学考虑因素21

2.3.2 座椅设计中的生物力学考虑23

2.3.3 座位设计的其他考虑因素24

2.3.4 与驾驶人适应性有关的座椅设计考虑26

2.4 数字人体模型方面的最新进展29

第3章 乘员布置31

3.1 什么是汽车布置？31

3.1.1 乘客布置或乘坐布置布局31

3.1.2 制订乘员布置：设计考虑因素32

3.2 制订汽车布置的顺序33

3.2.1 高级汽车设计阶段33

3.2.2 制订“可接受”车辆概念34

3.3 车辆关键尺寸和参考点的定义36

3.3.1 单位、尺寸和坐标轴36

3.3.2 布置尺寸、参考点和与座椅轨道相关尺寸36

3.3.3 内部尺寸41

3.4 驾驶人布置开发步骤45

3.5 其他问题和尺寸53

第4章 驾驶人信息采集与处理55

4.1 概述55

4.2 时间的重要性55

4.3 理解驾驶人视觉注意事项56

4.3.1 人眼的结构56

4.3.2 驾驶过程中的视觉信息获取58

4.3.3 调节59

4.4 信息处理60

4.4.1 一些信息处理问题和注意事项60

4.4.2 人类信息处理模型61

4.4.3 人的记忆67

4.4.4 人类信息处理的三个记忆系统的通用模型68

4.5 人为错误69

4.5.1 错误的定义69

4.5.2 人为错误的类型69

4.5.3 利用SORE模型理解人的错误70

4.6 心理物理学70

4.7 视觉能力71

4.7.1 视觉对比度阈值71

4.7.2 视力72

4.7.3 驾驶人的视野73

4.8 闭塞研究76

4.9 通过其他感官形式获得的信息77

4.9.1 人类的听觉和声音测量77

4.9.2 其他感官信息78

4.10 汽车设计中信息处理的应用79

4.10.1 基于驾驶人信息处理能力的设计准则79

4.11 结论80

第5章 控制、显示及其车内布置83

5.1 概述83

5.2 控制和显示界面83

5.2.1 良好控制器的特征84

5.2.2 良好视觉显示器特征84

5.3 控制器和显示器的类型85

5.3.1 车载控制器85

5.3.2 车载显示90

5.4 设计的注意事项、问题以及布置原则92

5.4.1 一般设计注意事项92

5.4.2 控制设计注意事项93

5.4.3 视觉显示设备设计注意事项95

5.4.4 控制和显示的布置原则96

5.5 评价控制和显示的方法97

5.5.1 布置手动控制和显示设备的可用空间98

5.5.2 控制和显示设备的评估对照表100

5.5.3 人机工程学总结图表100

5.6 控制与显示设备设计问题的一些案例108

5.7 结束语112

第6章 汽车视野114

6.1 视野介绍114

6.1.1 车内设计与车外设计的衔接114

6.1.2 什么是视野？114

6.1.3 支持所需视野的数据源115

6.2 视野类型116

6.2.1 360°可视性的系统考虑116

6.2.2 单视野、两单眼视野和双视野118

6.3 前视野评估120

6.3.1 前上视角和前下视角评估120

6.3.2 发动机室盖之上和之外的可视性121

6.3.3 指令性乘坐位置122

6.3.4 矮小驾驶人问题122

6.3.5 高个驾驶人问题123

6.3.6 遮阳板设计问题123

6.3.7 刮水器和除霜需求123

6.3.8 A柱造成的盲区124

6.4 视镜设计问题127

6.4.1 对视镜视野的要求127

6.4.2 视镜位置128

6.4.3 通过视镜确定驾驶人视野的步骤129

6.4.4 凸面镜和非球面镜131

6.5 测量视野的方法131

6.6 其他可视性问题135

6.6.1 光的透过率135

6.6.2 其他可视性下降原因135

6.6.3 遮阳板135

6.6.4 平面镜与凸面镜组合视镜135

6.6.5 重型货车驾驶人问题135

6.6.6 摄像机和显示屏136

6.7 结论136

第7章 汽车照明138

7.1 简介138

7.1.1 汽车照明设备138

7.1.2 目的139

7.2 前照灯和信号灯：目的和基本的人机工程学问题139

7.2.1 前照灯139

7.2.2 信号灯140

7.3 前照灯照明设计中需要考虑的问题140

7.3.1 目标可见性考虑141

7.3.2 现有前灯照明系统存在的问题142

7.3.3 前照灯照明新技术进展142

7.4 信号灯设计考虑143

7.4.1 信号照明可见性问题143

7.4.2 当前信号照明系统存在的问题144

7.4.3 信号照明新技术进展和相关问题144

7.5 光输出的测量145

7.5.1 光测量单位145

7.5.2 前照灯测试点和前照灯光束模式145

7.5.3 远光灯与近光灯146

7.5.4 前照灯照射下的路面亮度和眩光亮度148

7.5.5 信号灯的光度要求149

7.6 前照灯评价方法151

7.7 信号照明评估方法156

7.7.1 光度测量和合规性评价156

7.7.2 现场观察和评估157

7.7.3 高位制动灯（CHMSL）的车队研究161

7.7.4 其他信号照明研究163

7.8 结束语163

第8章 汽车的上下车168

8.1 汽车上下车介绍168

8.2 与上下车有关的汽车特征及尺寸169

8.2.1 门把手170

8.2.2 座椅参考点位置的横截面和脚移动空间171

8.2.3 车身各部位相对于座椅参考点的位置距离174

8.2.4 车门和门铰接角度174

8.2.5 座椅和枕垫位置和材料174

8.2.6 座椅硬件设备174

8.2.7 轮胎和门槛板175

8.2.8 脚踏板175

8.2.9 两车门汽车后排和第三排座位的进出175

8.2.10 重型货车驾驶室的进出176

8.3 评估上下车的方法177

8.4 任务分析178

8.5 汽车车身形式对上下车的影响180

8.6 结论181

第9章 汽车外部界面：服务和装卸任务184

9.1 汽车外部界面介绍184

9.2 研究的方法和问题187

9.2.1 标准、设计准则与需求188

9.2.2 检查清单189

9.2.3 装卸操作时的生物力学准则189

9.2.4 手动举升模型的应用190

9.2.5 任务分析190

9.2.6 观察、交流以及实验的方法190

9.3 结论192

第10章 汽车工艺194

10.1 汽车设计工艺194

10.1.1 目的194

10.1.2 什么是汽车工艺？194

10.1.3 汽车工艺的重要性195

10.1.4 产品满意度圆环模型195

10.1.5 卡诺质量模型197

10.1.6 汽车工艺的贡献198

10.2 测试方法199

10.3 工艺评估研究的案例200

10.3.1 转向盘工艺200

10.3.2 其他方面研究202

10.4 结论202

第11章 人机工程师在汽车设计过程中的角色204

11.1 概述204

11.2 描述汽车研发过程的系统工程模型204

11.3 车辆评估206

11.3.1 人机工程师的目标206

11.3.2 评估方法206

11.3.3 工具、方法以及技术207

11.4 机工程师的责任207

11.4.1 车辆研发过程中人机工程学支撑流程步骤208

11.4.2 早期设计流程步骤208

11.4.3 设计过程中的协调211

11.4.4 存在的问题与挑战212

11.5 结论212

第二部分 先进技术话题、试验、建模和研究217

第12章 驾驶人视觉模型217

12.1 车辆设计中驾驶人视觉模型的使用217

12.2 与可视性相关的系统考虑217

12.3 光测量218

12.3.1 光测量单位219

12.3.2 光学测量及测量仪器220

12.4 视觉对比阈值220

12.4.1 Blackwell对比阈曲线221

12.4.2 对比阈值计算222

12.4.3 对比阈值与可视距离的计算222

12.4.4 眩目对视觉对比的影响224

12.5 计算目标物可见度的步骤225

12.6 不舒适眩光预测229

12.7 可辨认性230

12.7.1 影响可辨认性的因素231

12.7.2 可辨认性建模232

12.8 由仪表盘至风窗玻璃的反射引起的眩光234

12.8.1 评估幕罩眩光影响的设计工具235

12.8.2 幕罩眩光预测模型236

12.8.3 说明驾驶人年龄、太阳光亮度及车辆设计参数影响的模型应用238

12.9 结论241

第13章 驾驶人性能测量244

13.1 概述244

13.1.1 有效性能测量的特点244

13.1.2 驾驶与非驾驶任务245

13.1.3 确定测量什么246

13.2 驾驶人性能测量247

13.2.1 测量的类别和分类247

13.2.2 文献中采用的一些测量方法248

13.2.3 驾驶性能测量范围249

13.3 驾驶人表现和性能试验的研究250

13.3.1 横向位置的标准偏差250

13.3.2 转向盘转角的标准差250

13.3.3 速度标准差251

13.3.4 车辆速度251

13.3.5 任务总时间、扫视时间以及扫视次数251

13.3.6 驾驶人失误253

13.4 驾驶性能测试的应用253

13.5 结论254

第14章 驾驶人工作负荷测量257

14.1 概述257

14.1.1 驾驶人任务及工作负荷评估257

14.1.2 工业研究现状258

14.2 潜在精神工作负荷概念258

14.3 测量驾驶人工作负荷的方法259

14.3.1 驾驶人行为测量259

14.3.2 生理测量260

14.4 演示驾驶人工作负荷测量的研究266

14.4.1 在导航系统中输入目的地266

14.4.2 手机和MP3播放器的手持设备与语音接口267

14.4.3 在模拟驾驶中发短信267

14.4.4 在两个驾驶模拟器上对比驾驶人表现和行为268

14.4.5 ISO LCT的应用269

14.5 结论272

第15章 车辆评价方法277

15.1 评价问题回顾277

15.2 车辆研发过程中的人机工程学评估278

15.3 评估方法278

15.4 数据采集和分析的方法282

15.4.1 观测方法282

15.4.2 交流方法282

15.4.3 实验方法283

15.5 客观测量和数据分析方法283

15.6 主观方法和数据分析方法284

15.6.1 尺度评级284

15.6.2 基于成对比较的方法287

15.6.3 Thurstone成对比较法287

15.6.4 层次分析法291

15.7 评价技术在汽车设计中的一些应用293

15.7.1 检查表293

15.7.2 观察性研究294

15.7.3 汽车用户访谈294

15.7.4 基于间隔尺度的评价294

15.7.5 使用可编程汽车白车身进行研究294

15.7.6 驾驶模拟器的研究294

15.7.7 现场研究和驾驶测试295

第16章 特殊驾驶人和用户群体298

16.1 用户与他们需求的概述298

16.2 理解用户：问题和关注点299

16.2.1 车辆类型和车身风格299

16.2.2 市场细分300

16.2.3 女性驾驶人300

16.2.4 老年驾驶人300

16.2.5 市场地理位置的影响302

16.2.6 残疾人和功能障碍驾驶人303

16.3 设计全球型汽车中的问题303

16.4 展望304

第17章 未来的研究和新技术问题306

17.1 概述306

17.2 汽车设计中的人机工程学需求306

17.2.1 将来不久的乘用车307

17.3 未来研究的需求和挑战308

17.3.1 实现技术308

17.3.2 现行可用的新技术硬件和应用309

17.3.3 可行的技术实施计划311

17.3.4 与技术实施有关的问题315

17.4 其他研究需求316

17.5 总结317

附录319

附录A 人因工程发展历史上的标志性事件319

附录B 人体测量尺寸323

附录C 验证信息处理的Hick定律325

附录D 验证手部运动的Fitts定律327