人機(jī)工程學(xué)在汽車駕駛室顯示裝置上的應(yīng)用分析課件

人機(jī)工程學(xué)

人機(jī)工程學(xué)在汽車駕駛室顯示裝置上的應(yīng)用分析

07120422一引言駕駛室設(shè)計(jì)是轎車設(shè)計(jì)中非常重要的部分，設(shè)計(jì)是否合理直接影響到駕駛員的安全、效率、舒適和健康,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要是以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主。而人機(jī)工程學(xué)理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為依據(jù)人機(jī)工程學(xué)理論和利用計(jì)算機(jī)手段進(jìn)行駕駛室設(shè)計(jì)提供了條件，使設(shè)計(jì)方法程序化，從而縮短了設(shè)計(jì)周期。在人一汽車一環(huán)境系統(tǒng)中，人與汽車系統(tǒng)是主體。人與汽車相互作用的過程，就是利用人機(jī)界面上的顯示器和控制器，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)的信息交換過程。操作者通過駕駛室中的顯示裝置來了解汽車的整個(gè)運(yùn)行狀況，操作者面對(duì)的是快速傳遞和高度復(fù)雜的信息，要求操作時(shí)精度高而且快速準(zhǔn)確。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益更新，人機(jī)界面開始由硬件人機(jī)界面向軟件人機(jī)界面轉(zhuǎn)移，這是人與機(jī)都進(jìn)入了一個(gè)新的階段。研究人機(jī)界面的組成并使其優(yōu)化匹配，產(chǎn)品就會(huì)在質(zhì)量、造型、外觀、功能及產(chǎn)品可用性等方面得到改善和提高，同時(shí)也會(huì)增加產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值。程度。對(duì)于定量讀數(shù)的顯示，選擇電子式數(shù)字顯示。對(duì)于定性讀數(shù)的顯示，由于它不要求具體的數(shù)字，且模擬顯示更為靈敏、方便，因此選用指針式顯示。汽車行駛時(shí)，駕駛員需要隨時(shí)獲得汽車的形式狀況才能保證更好的駕駛，儀表板是精確反映行駛車況的唯一裝置，所以，如何設(shè)計(jì)好儀表板的各項(xiàng)功能并合理布置是非常重要的。三應(yīng)用分析3.1儀表顯示器的人機(jī)工程學(xué)原則顯示裝置設(shè)計(jì)還要考慮選擇顯示器和儀表的易讀性和準(zhǔn)確性。通常，汽車上各種儀表和信號(hào)指示器組裝在一塊儀表板上。儀表板的空間位置最好應(yīng)使駕駛員不必運(yùn)動(dòng)頭部和眼睛就能看清全部儀表，或至少應(yīng)在頭和眼的自然轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)。通常一般操作的視距距離設(shè)置在560～750mm之間，這樣能夠使眼睛較長時(shí)間地工作而不會(huì)疲勞。前方最佳距離為710mm左右，儀表板應(yīng)與駕駛員的視線成直角。人在正常坐姿下操作，頭部一般略自然前傾，所以儀表板應(yīng)相應(yīng)傾斜。通常，儀表板與地面的夾角600～750。儀表板上的儀表應(yīng)根據(jù)視覺運(yùn)動(dòng)規(guī)律排列，最常用、最主要的儀表和信號(hào)指示器應(yīng)盡可能排在視野中心3°范圍內(nèi)(最優(yōu)視區(qū))，一般儀表和信號(hào)指示器排在20°～40°的水平視野和視平線向下30°的垂直視野范圍內(nèi)，水平視野40°～60°和視平線下30°～75°和以上10°范圍區(qū)域只允許設(shè)置次要的，除了不常用和不重要的，一般不宜設(shè)置在80°水平視野之外。把視覺裝置布置在良好視區(qū)和有效視區(qū)的意義在于，可使操作者持久地處于能察覺信號(hào)的環(huán)境，或者置身于能收到信號(hào)的位置。僅在不得己的情況下才應(yīng)用在有效視區(qū)之外。因此，在轎車顯示裝置的總體布置時(shí)也應(yīng)根據(jù)視覺顯示裝置分區(qū)布置原則和視覺的特點(diǎn)來進(jìn)行布置。針對(duì)轎車顯示裝置的布置，在其最重要的儀表和指示燈的布置時(shí)，通過結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的儀表布置原則，并考慮到車內(nèi)部空間的有限性，較理想的布置是將其設(shè)置在水平視野的25°范圍和垂直視野野(在視水平線下30°以內(nèi)范圍）)的10°范圍之內(nèi)（如圖1），其正確認(rèn)讀為ls左右，這樣能夠保證駕駛員在較小的空間內(nèi)迅速、準(zhǔn)確地接收信息，并快速做出反應(yīng)，進(jìn)行安全有效的操作。當(dāng)水平視野超過25°時(shí)，正確認(rèn)讀時(shí)間開始劇增。人們?cè)谕ㄟ^視覺進(jìn)行識(shí)別信息時(shí)，其識(shí)別效果和方式除了受到視野視距、色彩等的影響外，還與人自身的視覺特征有關(guān)。因此在進(jìn)行顯示裝置的總體布置時(shí)，也要考慮到人的視覺特征，并有針對(duì)性的進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)調(diào)整。其主要考慮以下幾個(gè)方面：1．眼睛沿水平方向運(yùn)動(dòng)比沿垂直方向運(yùn)動(dòng)快而且不易疲勞。2．視線的變化習(xí)慣從左到右，從上到下和順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。3．人眼對(duì)水平方向尺寸和比例的估計(jì)比對(duì)垂直方向尺寸和比例的估計(jì)要準(zhǔn)確得多，因而水平式儀表的誤讀率(28％)比垂直式儀表的誤讀率(35％)低。取相關(guān)信息，其它次重要的和不重要的，則可依次按象限的觀察效果的排列結(jié)合其它設(shè)計(jì)原則進(jìn)行總體布置。在進(jìn)行視覺顯示裝置的總體布置時(shí)，要考慮顯示信息的種類和數(shù)目等。在最佳條件下，一般人能夠同時(shí)時(shí)(瞬間)接受工藝過程重要指示器示值多達(dá)7個(gè)(對(duì)這些示值操作者應(yīng)該經(jīng)常觀察)。因此，需考慮到操作者接收信息的能力有一定的限制，在總體布置時(shí)顯示的信息種類和數(shù)目不宜過多，應(yīng)將顯示的信息數(shù)量限制在人的視覺通道容量所允許的范圍之內(nèi)，使人處于最優(yōu)信息條件之下。如果一定要顯示多個(gè)信息，可以考慮結(jié)合另一感覺器官(如聽覺器官)來接受信息和數(shù)據(jù)。3.2.1儀表顯示裝置儀表是顯示裝置中使用最廣的一類視覺顯示器，按其認(rèn)讀特征又可分為數(shù)字式顯示器和模擬式顯示器。數(shù)字式顯示儀表是一種使用數(shù)字來顯示有關(guān)參數(shù)或工作狀態(tài)的顯示裝置，如各種數(shù)字顯示屏，機(jī)械和電子的數(shù)字計(jì)數(shù)器等。數(shù)字顯示的認(rèn)讀過程比較簡單，只是對(duì)單一的數(shù)字及符號(hào)的辨認(rèn)過程。這一類型的特點(diǎn)是：顯示簡單、精確等。模擬式顯示儀表是通過模擬量來顯示機(jī)器有關(guān)參數(shù)和狀態(tài)的視覺顯示裝置。它具有顯示信息形象化、直觀化的特點(diǎn)，使人對(duì)示值在全量程范圍內(nèi)所處的位置一目了然，對(duì)于測(cè)量的偏差值，不僅顯示出偏差量，而且示出偏差位于給定值的哪一側(cè)(正或負(fù)，加或減等)。在不需要精確讀出顯示的具體數(shù)據(jù)時(shí)，它能夠迅速、直觀的顯示出當(dāng)時(shí)所處范圍的位置，機(jī)器大概是一個(gè)什么狀態(tài)，從而使操作者在第一時(shí)問內(nèi)做出反應(yīng)。經(jīng)調(diào)研了解到，在現(xiàn)行轎車的儀表顯示器中，最主要的顯示儀表都是模擬式的，比如通過指針式顯示器來指示汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況，當(dāng)指針指到紅色刻度時(shí)，駕駛員不需要讀出它的示值就可以通過指針?biāo)肝恢幂^清晰、有效地了解到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過大，并注意降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以免出現(xiàn)危險(xiǎn)(圖2)。圖2發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表指示在汽車駕駛過程中，駕駛員進(jìn)行儀表認(rèn)讀的時(shí)間比較短，因此要求各種顯示裝置盡可能無誤地傳遞信息，使人能迅速地、準(zhǔn)確地識(shí)別信息。對(duì)于模擬式顯示裝置來說，解決這些問題的主要措施，就是設(shè)計(jì)和選擇好儀表刻度盤、字符、指針和顏色匹配，使它們之間相互協(xié)調(diào)，以符合人對(duì)于信息的感受、辨別和理解等的生理與心理特征，從而使人能迅速、準(zhǔn)確地接受信息。針對(duì)儀表刻度盤的設(shè)計(jì)，主要可以通過其形狀的不同來進(jìn)行不同的選擇。其類型有：開窗式、圓形、半圓形、水平直線型和垂直直線型。其讀數(shù)認(rèn)讀效果是不同的，開窗式認(rèn)讀范圍小、視線集中、動(dòng)眼1．表盤設(shè)計(jì)掃描路線短，誤讀率最低，因此優(yōu)于其它四種形式。圓形和半圓形次之，但由于它給出了兩維空間的位置刺激，并且符合長期來人們觀察儀表所形成的習(xí)慣，因此，圓形式和半圓形式優(yōu)于直線式。由于人眼睛的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是水平運(yùn)動(dòng)比垂直運(yùn)動(dòng)速度快、準(zhǔn)確度高，故水平直線式又優(yōu)于垂直直線式，五種形式刻度盤的認(rèn)讀準(zhǔn)確率如圖3。在設(shè)計(jì)轎車內(nèi)部的儀表盤形狀時(shí)，可以根據(jù)以上人機(jī)學(xué)的研究結(jié)果來進(jìn)行合適的選擇?？紤]到駕駛員在認(rèn)讀表盤時(shí)首先進(jìn)行的是判斷顯示在全范圍內(nèi)的位置，因此不宜使用開窗式的表盤。因?yàn)殚_窗式的雖然認(rèn)讀準(zhǔn)確率最高，但是卻沒有通過指針顯示所在量程范圍內(nèi)的具體位置，不能夠滿足駕駛員的第一判斷。圓形式，具有良好的位置顯示和準(zhǔn)確率，因此，在大部分時(shí)候都可以采用。但是，由于該形式的最大刻度常與最小刻度數(shù)重合在一起或距離很近，而駕駛員在進(jìn)行判斷的時(shí)間很短，因此需要在最大和最小刻度之間有一個(gè)明顯的區(qū)分，以免發(fā)生識(shí)別錯(cuò)誤。在進(jìn)行儀表盤面設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)某些設(shè)計(jì)要求(像整體、均衡等)需選用圓形盤面時(shí)，應(yīng)考慮在盤面上將最大和最小刻度位置明顯區(qū)分開，以保證認(rèn)讀的準(zhǔn)確性。半圓形式，給出了較好的準(zhǔn)確率和位置顯示，在許多情況下能較好的顯示信息。而在汽車的部分儀表中，由于需要在盤面上顯示較多的刻度范圍，如：時(shí)速表的顯示，就因汽車的最大時(shí)速較高而要求顯示0、20?180、200?等多個(gè)刻度，此時(shí)使用半圓形盤面進(jìn)行排布多個(gè)刻度，會(huì)因顯示面積受限而使刻度間距較小，會(huì)影響駕駛員的識(shí)別準(zhǔn)確度。綜合考慮，可將汽車儀表盤面設(shè)計(jì)成略大于半圓的大半圓式盤面(圖4)。這樣能滿足大部分盤面設(shè)計(jì)的要求，不僅可以使最大和最小刻度之在汽車中，最主要的有四個(gè)儀表：①發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表、②發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、③車速表、④油量表(以下用①、②、③、④分別表示)，現(xiàn)行轎車中大部分的設(shè)計(jì)如圖5。圖5儀表顯示形式該設(shè)計(jì)中②和③的盤面被設(shè)計(jì)成大半圓式，其顯示起來比較清晰、醒目，因此是較合理的設(shè)計(jì)。將盤面設(shè)計(jì)成大半圓形能夠進(jìn)一步提高駕駛員在駕駛轎車的過程中認(rèn)讀儀表信息的速度和準(zhǔn)確度，減輕視覺疲勞。并且，這四個(gè)儀表在功能上比較類似，都是要求駕駛員對(duì)其示值的大小和位置進(jìn)行判斷，將①、④盤面與②、③盤面設(shè)計(jì)成～致外形，不僅能夠提高單個(gè)儀表的認(rèn)讀，還能從總體布置上體現(xiàn)出一致性。將表盤設(shè)計(jì)成相似形態(tài)，能夠形成相似性組合，使駕駛員在識(shí)別時(shí)能夠?qū)⑺鼈冏鳛橐粋€(gè)完形來考慮，減少其它視覺元素的干擾和影響。因此這種設(shè)計(jì)形式既能增加單個(gè)儀表識(shí)別的準(zhǔn)確度，又能圖6方案一圖7方案二圖8方案三圖9方案四2字符為了讓儀表能迅速、準(zhǔn)確地把信息顯示給人，不僅要按人機(jī)學(xué)來進(jìn)行盤面和指針的設(shè)計(jì)，還要使字符的設(shè)計(jì)符合人機(jī)學(xué)要求。具體的主要考慮字符的形狀、立位、大小等。對(duì)于儀表字符形狀的考慮，要求其簡單顯眼，可通過直線和尖角等來加強(qiáng)字體本身特有的筆畫，使其具有便于認(rèn)讀的特征。圖10為幾種常見的字符形式。在光線良好，視覺條件較優(yōu)的情況下，采用直線和圓弧形的字符比較好；在快速分辨和能見度較差的情況下，考慮到人眼對(duì)直線輪廓比對(duì)曲線輪廓更易于接受，因此使用圖10（c）所示的直線和尖角形較好。圖10(a)是建議使用的字形吲?，F(xiàn)行轎車儀表的字符中，也是使用圖10(a)所示的字體，經(jīng)調(diào)研了解在儀表的刻度上標(biāo)上相應(yīng)的字符時(shí)，為使人能夠更好的認(rèn)讀，對(duì)于指針運(yùn)動(dòng)式儀表，表示的字符應(yīng)直立，如圖11（a）為兩種類型的對(duì)比；對(duì)于儀表面運(yùn)動(dòng)的，儀表字符應(yīng)在轉(zhuǎn)到指針位置時(shí)處于直立，如圖11(b)和(d)為不同類型的對(duì)比，在任何情況下字符的立位都應(yīng)正對(duì)著操作者，以利于閱讀。為了避免指針對(duì)標(biāo)數(shù)的遮擋，字符應(yīng)標(biāo)在刻度標(biāo)記的外側(cè)，如圖11（a）。當(dāng)條件不允許時(shí)才標(biāo)在刻度標(biāo)記的內(nèi)側(cè)，如圖11（b）。開窗式儀表窗口大小應(yīng)至少能顯示被指示數(shù)字及其前后兩側(cè)的兩個(gè)數(shù)字，以便看清指示運(yùn)動(dòng)的方向和趨勢(shì)，如圖11（d）。圖11為各種類型的儀表進(jìn)行不同刻度標(biāo)示方式的情況的對(duì)比。圖11不同刻度標(biāo)示方式的對(duì)比經(jīng)調(diào)研了解，現(xiàn)行轎車儀表的字符標(biāo)示方式如圖12所示。儀表顯示數(shù)字設(shè)置在刻度標(biāo)記的內(nèi)側(cè)，主要是因?yàn)檐噧?nèi)儀表要在白天和夜間不同條件下使用，夜間使用時(shí)通過在內(nèi)部設(shè)置背景燈將表盤照亮，如果字符設(shè)置在刻度標(biāo)記的外側(cè)，其在夜間會(huì)因沒有足夠亮度而不能良好地顯示信息。并且，考慮到人的最佳視角以及駕駛室內(nèi)的空間有限，儀表顯示信息的面積也不宜太大。因此，只能將儀表字符設(shè)置在表盤面上進(jìn)行顯示。圖12現(xiàn)行轎車儀表字符的位置3指針指針的形狀要單純、明確、有明顯的指示性形狀。針身以頭頂尖尾部平、中間等寬或狹長三角形的比較好。常用的指針形式如圖13指針針尖寬度應(yīng)與最短刻度線寬度等寬，如果小于最短刻度線寬度，則指針在刻度范圍內(nèi)的移動(dòng)不易看清。如果大于最短刻度線寬度，當(dāng)指針在兩刻度線之間時(shí)，韌度精度又會(huì)受到影響。指針長度要合適，針尖不應(yīng)遮擋刻度標(biāo)記，但也不能遠(yuǎn)離刻度標(biāo)記，而且指針不能離表面太遠(yuǎn)，以免操作者在認(rèn)讀時(shí)因視角不同產(chǎn)生讀數(shù)的偏差。對(duì)于指針顏色的考慮，要使其與度盤顏色有較鮮明的對(duì)比，并盡可能與刻度標(biāo)記、數(shù)碼的顏色協(xié)調(diào)。圖13指針的常用形式3.2.2信號(hào)燈顯示裝置信號(hào)燈顯示裝置指視覺信號(hào)由信號(hào)燈產(chǎn)生的顯示裝置。目前已廣泛應(yīng)用于車輛、飛機(jī)、航海、家用電器及儀表板等上。其特點(diǎn)是面積小、視距遠(yuǎn)、引人注目，但信息負(fù)載有限，當(dāng)信號(hào)較多時(shí)，信號(hào)顯示會(huì)顯得雜亂，并相互干擾。信號(hào)燈顯示裝置主要有兩個(gè)作用：(1)指示性，即引起操作者的注意，或指示操作者進(jìn)行操作；(2)顯示性，即反應(yīng)某個(gè)指令、某種操作或某種運(yùn)行過程的執(zhí)行情況。在信號(hào)燈的設(shè)計(jì)中，必須使其符合人的視覺特性，以保障信息傳遞的速度和操作者的識(shí)別質(zhì)量。為了保證信號(hào)燈在使用過程中具備醒目、迅速的傳遞功能，要求對(duì)信號(hào)燈的亮度、顏色和形象等方面進(jìn)行多方面的考慮。針對(duì)信號(hào)燈的亮度，考慮到強(qiáng)光信號(hào)比弱光信號(hào)易于引起注意，所以其亮度應(yīng)至少2倍于背景的亮度，以便吸引操作者的注意。并且考慮到閃光信號(hào)比固定信號(hào)更能吸引人注意這一點(diǎn)，在保持信號(hào)燈亮度的基礎(chǔ)上，在部分重要信息或危險(xiǎn)信號(hào)的信號(hào)燈顯示上可使用閃光信號(hào)，以便引起觀察者的進(jìn)一步注意，但要注意光的強(qiáng)度和閃爍不能使人感到刺眼和眩目。在顏色上，通過對(duì)顏色的含義、人的心理以及顏色的習(xí)慣使用特點(diǎn)等進(jìn)行分析，綜合考慮應(yīng)在作為警戒、禁止或指示不安全情況的信號(hào)燈上使用紅色比較好，提請(qǐng)注意的信號(hào)燈應(yīng)用黃色，表示正常運(yùn)行的信號(hào)燈用綠色，其它