汽车电器开关的人机工程设计
2015年4月20日 17:19 作者:李 伟 梁占飞 杨家亮 钱书盈汽车电器开关的人机工程设计
李 伟 梁占飞 杨家亮 钱书盈
集瑞联合重工有限公司 安徽芜湖 241000
【文章摘要】
通过对汽车电器开关布置区域和位置、汽车电器开关档位设置与操控方向的逻辑关系、汽车电器开关人机工程尺寸设计、汽车电器开关操作力设计、汽车电器开关安装力和拆卸力设计这些汽车电器开关人机工程的因素的论述得出结论：在汽车电器开关设计过程中，通过对汽车电器开关人机工程的因素的控制，可以使汽车电器开关的人机工程设计更合理，可以有效防止驾乘人员对汽车电器开关的误操作，可以达到提升汽车电器开关操控舒适性的目的。
【关键词】
汽车电器开关；组合开关；点火开关； 玻璃升降开关；人机工程
1 汽车电器开关
汽车电器开关是连接驾乘人员和汽车电器设备的桥梁。驾乘人员通过汽车电器开关可以完成汽车点火起动和熄火、灯光照明系统控制、音响娱乐系统控制、空调系统控制等操作。汽车电器开关人机工程设计的合理性直接影响到驾乘人员的安全和操控舒适性。例如，组合开关与方向盘的距离过大会造成驾驶员操作组合开关时手部疲劳问题，组合开关与方向盘的距离过小会造成碰手问题。本文着重对影响汽车电器开关人机工程的因素作分析，这些因素包括汽车电器开关布置区域和位置、汽车电器开关档位设置与操控方向的逻辑关系、汽车电器开关人机工程尺寸设计、汽车电器开关操作力设计，以求通过控制这些因素来达到提升汽车电器开关人机工程和操控舒适性的目的。
2 中国成年人体手部尺寸
图1 是GB10000-88《中国成年人人体尺寸》标准中对人体手部尺寸的描述。
人体手部尺寸根据性别和百分位数的不同而不同。
3 汽车电器开关布置区域和位置
3.1 根据操控习惯，驾乘人员的动作可以分为以下几类
腕关节不动，手部动；
肘关节不动，前臂动；
肘肩部不动，上臂动；
上半身轻微移动；
上半身较大移动；
3.2 根据3.1 中驾乘人员操控开关的动作分类，可以将驾乘人员手可伸及区域分为五个区域，如下图2 ：
图2
图2 中区域1、区域2、区域3、区域4 和区域5 布置汽车电器开关时的人机操控舒适性如下 表1 ：
表1 图2 汽车电器开关的人机操控舒适性
在布置汽车电器开关时，优先选择布置区域1，区域2、区域3 和区域4，不建议选择区域5。
4 汽车电器开关档位设置与操控方向的逻辑关系
汽车电器开关的档位设置逻辑性、操控方向要和人的日常生活习惯相符。
汽车电器开关操控方向与档位设置逻辑性之间的关系，见表2
说明：表2 中箭头所指的方向为“打开”或“增加”。
5 汽车电器开关人机工程尺寸设计
汽车电器开关人机工程尺寸设计主要考虑汽车电器开关操纵件的本身尺寸、汽车电器开关与周边件的舒适距离、汽车电器开关防止误操作的尺寸。下面分别介绍组合开关、点火开关、玻璃升降开关、仪表板上开关人机工程尺寸设计。
5.1 组合开关人机工程尺寸设计
组合开关一般布置在方向盘下方， 集成了灯光控制、转向灯控制、变光控制、雨刮洗涤控制、巡航控制、辅助制动控制等使用频率比较高的功能，属于扳柄式开关。在设计时要充分考虑组合开关与方向盘的人机尺寸，同时还要考虑组合开关手柄及旋钮的尺寸，以确保驾乘人员操作的舒适性，不给驾乘人员造成疲劳感。
图3
其中, 尺寸A 、尺寸C、尺寸D、尺寸E、尺寸F 的含义为：
尺寸A ：方向盘轮缘内侧与方向盘上多功能开关的距离；
尺寸C ：组合开关手柄中心与方向盘中心距离（沿方向盘12 点位置方向，手柄中心在上方为正）；
尺寸D ：组合开关手柄中心距离方向盘外缘的Y 向最小距离（突出为正）；
尺寸E ：组合开关手柄中心上边缘距方向盘轮缘下边缘的距离；
尺寸F ：组合开关手柄中心距方向盘上表面的距离；
在设计时，尺寸A 、尺寸C、尺寸D、尺寸E、尺寸F 的经验值见下表3 ：
表3 组合开关与方向盘人机工程尺寸经验值
图4
图1 人体手部尺寸（单位：mm）
表2 汽车电器开关操控方向与档位设置逻辑性之间的关系
电子制作
其中, 尺寸G 、尺寸H、尺寸L、尺寸M 的含义为：
尺寸G ：组合开关手柄端部与调节旋钮中心面的距离；
尺寸H ：调节旋钮的直径；
尺寸L ：调节旋钮突出组合开关手柄的距离；
尺寸M ：调节旋钮的宽度；
在设计时，尺寸G 、尺寸H、尺寸L、尺寸M 的经验值见下表4 ：
表4 组合开关手柄及旋钮人机工程尺寸经验值
5.2 点火开关人机工程尺寸设计
点火开关一般布置在组合开关右侧手柄下方，通常设置LOCK、ACC、ON、START 四个档位，属于旋转式开关。在设计时除了要充分考虑驾驶员手部操作空间外，还要点火钥匙的插入角度，以确保驾驶员操作点火开关的舒适性。
图5
其中, 尺寸L306 的含义为：点火钥匙手部包络与仪表板面板之间的距离；
在设计时，尺寸L306 的经验值见下表5 ：
表5 点火钥匙手部包络与仪表板面板之间的距离
图6
其中, 尺寸A072 的含义为：在LOCK 挡时，钥匙柄与竖直线之间的夹角；
在设计时，尺寸A072 的经验值见下表6 ：
表6 在LOCK 挡时，钥匙柄与竖直线之间的夹角
5.3 玻璃升降开关人机工程尺寸设计
玻璃升降开关一般布置在门护板上， 通常设置上升、关闭、下降三个档位，属于拉钩式开关。在设计时除了要充分考虑玻璃升降开关按钮扣手的长度和深度外，还要考虑在驾乘人员操作时，驾乘人员的手部不会碰到门护板。玻璃升降开关人机工程尺寸，见下图7:
图7
其中, 尺寸N 、尺寸P、尺寸R 的含义为：
尺寸N ：玻璃升降开关按钮扣手X 向长度；
尺寸P ：玻璃升降开关按钮扣手Z 向深度；
尺寸R ：玻璃升降开关按钮X 向中心面与门护板的Y 向距离；
在设计时，尺寸N 、尺寸P、尺寸R 的经验值见下表7 ：
表7 玻璃升降开关人机工程尺寸经验值
5.4 仪表板上开关人机工程尺寸设计
仪表板上一般布置有危险警报灯开关、雾灯开关、电动后视镜调节开关、背光调节开关、大灯角度调节开关、差速锁开关、PTO 开关、气电喇叭选择开关、室内顶灯开关、诊断开关等，开关类型有按键式、旋钮式、滚轮式和翘板式。设计时，需要考虑开关按钮或旋钮的尺寸大小及高度，本文以按键开关为例说明。
图8
在设计时，尺寸AB 、尺寸AC、尺寸AD 的经验值见下表8 ：
表8 圆形按键式开关的人机工程尺寸经验值
图9
在设计时，尺寸AE 、尺寸AF、尺寸AH 的经验值见下表9 ：
表9 圆形按键式开关的人机工程尺寸经验值
6 汽车电器开关操作力设计
汽车电器开关操作力设计要适应人的生理特点，便于大多数人使用操作。汽车电器开关的操作阻力主要由摩擦阻力、弹性阻力、惯性阻力等构成。摩擦阻力的特性是运动开始时阻力最大（即静摩擦力），运动发生后阻力显著减小。弹性阻力的大小与汽车开关操作按钮的行程成正比。惯性阻力的大小与汽车开关操作按钮的运动加速度成正比。
最优操作力的大小与汽车电器开关的性质和操作方式密切相关，见下表12
7 结论
经过以上分析得出结论，可以通过控制汽车电器开关布置区域和位置、汽车电器开关档位设置与操控方向的逻辑关系、汽车电器开关人机工程尺寸设计、汽车电器开关操作力设计这些因素来达到提升汽车电器开关人机工程和操控舒适性的目的。
【参考文献】
[1] 周一鸣. 毛恩荣. 阮宝湘. 车辆人机工程学. 北京：北京理工大学出版社，1999.12
表12 汽车电器开关最优操作力的大小
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