Эргономические показатели АТС

 

Эргономика – это наука, изучающая удобство восприятия человеком окружающей среды.

Для человека в автомобиле это особенно важно, особенно водителя. Действия водителя неразрывно связаны с процессами приема и переработки информации, которую он получает с помощью анализаторов (зрительного, слухового и т.д.). Водитель принимает конкретные решения и управляет автомобилем на основе полученной информации.

Эргономические показатели характеризуются размерами пространства, удобством посадки и доступа к органам управления, параметрами среды (шум, микроклимат, вибрация, загрязнение воздуха), информативностью автомобиля (внешней и внутренней).

 

1. Рабочее место водителя

Рабочее место водителя должно соответствовать антропометрическим и психофизиологическим характеристикам человека. Оно должно быть удобным и влиять на работоспособность, утомляемость точность управления автомобилем.

Эксплуатационное свойство, характеризующее рабочее место водителя (пассажира) называется обитаемостью или комфортностью автомобиля. Обитаемость характеризует безопасность автомобиля. Обитаемость оценивается параметрами сиденья, органов управления, физико-химическими условиями.

1.1. Сиденье – состоит из остова, подушки, спинки и амортизирующего устройства, регулировочных устройств.

Посадка водителя считается удобной, если его части тела образуют углы, исключающие излишнее мышечное напряжение и обеспечивающие возможность управления автомобиля с минимальной затратой физической энергии (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Основные размеры, определяющие посадку водителя

 

На рис. 8.2 показаны эргономические показатели автомобиля.

 

Рис. 8.2. Эргономические показатели автомобиля

На рис. 8.3 рассмотрено оптимальное положение человека в машине.

 

 

Рис. 8.3. Оптимальные углы между звеньями машина – водитель

 

Центральная точка опоры туловища в положении сидя должна приходиться на область второго-четвертого позвонка.

Для снижения давления на опорную поверхность сиденья делают «анатомическими», соответствующие форме тела водителя (в гоночных автомобилях подбирают индивидуально).

Удобство посадки и управления зависит от расстояния между сиденьем и органами управления.

Центр тяжести тела и точка вращения тазобедренного сустава должны быть расположены на одной вертикали для снижения утомляемости мышц.

В планировочные размеры входит: расстояние подушки от пола 250-400 мм, ширина подушки 500-550 мм угол наклона подушки 5-10°, угол между подушкой и спинкой 90-100°, глубина сиденья 400-500 мм, расстояние от подушки до потолка 350-1050 мм и т.д.

Ускорение должно быть в пределах 10-15 м/с.

Колебания вертикальные не должны совпадать с частотами 4-5 и 30 Гц – наиболее ощутимые для человека (таз, голова). Колебания гасятся в пустотах подушки, упругий элемент – металлический (пружины). Качества сиденья определяют статической и динамической характеристикой. Иногда применяют микроподрессоривание сидений (для компоновки кабины над двигателем).

1.2. Органы управления бывают ручные и ножные. В зависимости от частоты использования – постоянные и эпизодические. По функциональному назначению – органы управления автомобилем (направление и скорость), вспомогательные устройства (фары, отопитель, …).

Органы управления должны соответствовать психофизиологическим и анатомическим возможностям, отвечать эстетическим требованиям, обладать свойством «встречной адаптации», т.е. приспособление к человеку.

Требования: высокий уровень автоматизации

малые время и усилия

удобная траектория

травмобезопасность конструкции

удобная форма, эстетичность

информативность

Рулевое колесо – усилие не должно превышать 50-100 Н (10-20 Н с усилителем) – для легковых 250 Н (120) – для грузовых, 500 Н – в случае поломки усилителя на пути 17 м. Свободный ход – 15° (5°). Полный угол поворота 3-3,5 оборота рулевого колеса.

Диаметр обода 300-500 мм. Иногда положение рулевого колеса регулируют.

Рычаги управления – оптимальное расстояние от человека 0,4-0,6 м различают: оптимальная зона, нормальная, максимальная. В максимальной зоне следует располагать органы эпизодического управления. Предельные усилия на рукоятке ручного тормоза 400-600 Н, переключения передач 6 Н, ножного 500-700 Н. Максимальный ход педалей 150-180 мм. Расстояние между рулевым колесом и любыми деталями кабины не менее 100 мм. Величина усилия на педали сцепления 300 Н. максимальное усилие ноги человека 1800 Н при отклонении упора 70° от вертикали.

Травмобезопасность – ремень безопасности, пневмоподушка, подголовники, складывающиеся колонки руля, упругие элементы органов управления, предотвращающие травмы до ускорений 20-40 д.

1.3. Физико-химические условия на рабочем месте. Шум, вибрация, микроклимат – физические условия. Состав воздуха – химические.

Шум бывает полезный (звук двигателя, сигналы автомобилей…) и вредный. Шум – это беспорядочные сочетания звуков различной частоты и силы.

Влияние шума оценивается уровнем звукового давления в децибелах

 

,

 

где I₀ – пороговая интенсивность звука, I₀ = 10^-12 Вт/м².

Шум бывает постоянным, прерываемым, широкополосным, импульсным, тональным. Постоянные шум не превышает 5 дБ. Эквивалентный уровень звука постоянного шума равен уровню звука постоянного шума, вызывающего эквивалентное воздействие. Эквивалентный уровень звука определяется по результатам измерений уровней звук шумомером по шкале А в дБ. Уровень измеряют в течении 30 мин и рассчитывают по формуле

 

,

 

где f_i – доля времени воздействия шума i-го класса, %;

L_i – средний уровень звука i-го класса, дБ (А).

Вредное действие шума возрастает при увеличении его громкости, частоты и информативности: увеличивает скрытый период двигательной реакции, снижает зрительное восприятие, нарушается координация.

Правилами №9 ЕЭК ООН нормируется внешний шум автомобиля 84-92 дБ (А). У нас ГОСТ 19358-74 по внешнему и внутреннему шуму (измеряется в 9 октавных полосах от 3,5 до 8000 Гц). Уровень внутреннего шума: легковые – 80 дБ (А), грузовые – 85, автобусы 75-80.

Для сравнения: обычный разговор 50 дБ, крик 70-80, нижний болевой порог – 90, верхний – 135.

Шум уменьшают плотной подгонкой дверей, стенок, обивкой, прокладками и т.д.

Вибрация – это колебания высокой частоты и малой амплитудой. Наиболее опасны вибрации в диапазоне 2-5 Гц, вызывающие резонанс тела: ухудшает зрение, деятельность нервной системы, кровяное давление. Амплитуда опасна свыше 0,03 мм. Регламентируются санитарными нормами.

Микроклимат. Наиболее благоприятна температура 18-24 °С, при повышении появляется утомляемость, ошибки в действиях, реакции замедляются. t = 50 °С – допустимая в течение 1 ч. t = 11 °С минимально допустима. Температура воздуха в кабине влияет на частоту ДТП (рис. 8.4). Способы борьбы: светлая краска, термопоглощающая стенка, кондиционер, снижающие t° на 10-12 °С.

Для низких температур: термоизоляция, двойное остекление, электрообдув стенок, отопитель. Потребное количество тепла на 1 чел.: 2 кДж/ч.

 

Рис. 8.4. Влияние температуры на число ДТП

 

Нормальная влажность для человека 30-70 %.

Рекомендуемая скорость движения воздуха до 1 м/с. Воздухообмен на 1 человека 0,4-0,6 м³/мин.

Вредные примеси воздуха. Острое отравление при концентрации паров бензина 5-10 мг/л.

Предельные значения СО – 0,02 мг/л; СО₂ – 0,4; акролеин – 0,007; пары бензина – 0,1; окиси серной кислоты – 0,001; минеральная пыль – 0,0005.

Микроклимат поддерживается системой вентиляции, которая должна быть естественной и принудительной, системой отопления (от двигателя, независимая), кондиционерами – устройством, очищающим воздух, охлаждающим (нагревающим), увлажняющим (осушающем) воздух. Работает автоматически от термостатов и гигроскопических приборов.

 

2. Информативность автомобиля

 

Система Автомобиль-Дорога воздействует на психофизическое состояние водителя визуально, тактильно (ощущения), звуковым воздействием.

Информативность (рис. 8.5) – это свойство автомобиля обеспечивать участников движения информацией, необходимой для функционирования системы ВАД.

Информация поступает в виде сигналов: естественных и искусственных.

Зрительные ощущения поставляют 90 % информации.

Участники движения делятся на операторы и внешние участники. Водитель выступает в качестве оператора и внешнего участника, поэтому реагирует на внутреннюю информацию (от автомобиля) и внешнюю.

 

 

 

звуковые сигнализаторы органы управления

низкая волна

 

	внешняя		внутренняя		обзорность

 

 

кузов символические изображения

световозвращатели панель приборов

освещение

сигнализация

Рис. 8.5. Информативность автомобиля

 

2.1. Внешняя информативность

 

2.1.1. Кузов

 

Окраска должна обеспечивать световой и цветовой контраст с дорожным покрытием. Яркие, светлые автомобили реже попадают в ДТП. Лучшие цвета – оранжевый, желтый, красный, белый. Всякий цвет на фоне дополнительного цвета воспринимается более ярко. Автомобили оперативных служб окрашиваются в два цвета, один из них должен относиться к группе наибольшей яркости.

К цветографической отделке поверхности автомобиля предъявляются требования: 1) сигнальность (выделение из потока) и 2) опознаваемость (определение назначения автомобиля).

Большие дозы ярких цветов действуют вначале возбуждающе, а затем утомляют. Поэтому красно-желтые цвета применяют в основном для небольших автомобилей (легковых).

Грузовые автомобили, автобусы необходимо окрашивать в холодные цвета (зеленый, голубой, синий) или темные. Это снижает утомление, а сигнальность обеспечивается габаритами. С этой же целью следует окрашивать в темные цвета с малым коэффициентом отражения поверхности автомобиля, находящиеся в поле зрения водителя (капот, панель).

 

 

2.1.2. Световозвращатели

 

Различают три вида отражения света: зеркальное, диффузионное (рассеивание), смешанное.

Световозвращатели – устройства, отражающие свет в обратном направлении к источнику излучения.

Это средства увеличения информативности в темное время суток. Состоят из оптически плотных прозрачных катодиоптров.

Различают пленочные закрытые с шаровыми линзами (видимость 60 м) и плоскопризменные катафоты (видимость до 600 м, угол до 35°).

Световозвращатели согласно ГОСТ 8769-75, ISO-R-303 предназначены для обозначения габаритов автомобиля. Расположение их строго регламентировано Правилами №3 ЕЭК ООН. В зависимости от фотометрических характеристик световозвращатели делятся на 3 категории: I – для автомобилей; II – для медленно движущихся средств; III – для прицепов – в виде треугольников. I и II категории могут иметь любую форму и вписываться в окружность 200 мм.

По правилам ЕЭК световозвращатели должны быть плоскопризменными. Пленочные – используют для номерных и дорожных знаков, отделки экстерьера автомобиля.

 

2.1.3. Система автономного освещения. Видимость дороги и объектов

 

Различают физиологическую и геометрическую видимость.

Физическая видимость дороги характеризует возможность зрительного обнаружения объекта. Она зависит от яркостей фона L_ф кд/м² и объекта L_об и оценивается величиной яркостного контраста

 

 

Чем выше К тем виднее объект, больше вероятность распознавания. Видимость определяется отношением фактического контраста К_ф к его пороговому значению К_пор

 

 

где , а,b – коэффициенты, зависящие от угловых размеров объекта.

Коэффициент ослепленности

 

 

где DL_с – разность пороговых яркостей при наличии слепящих источников; DL – то же при их отсутствии.

Дальность видимости (геометрическая видимость) определяется как расстояние, на котором видимость V ³ 1.

Распределение света фар регламентируется освещенностью в контрольных точках измерительного экрана согласно Правилам №1 ЕЭК ООН, предусматривающие минимально и максимально допустимые величины освещенности.

Для оценки светораспределения фар ближнего света европейского типа применяется экран. Освещенность (люкс) или сила света (кандела) определяют в 4-х зонах экрана (рис. 8.6). Для других типов фар – другие экраны.

Рис. 8.6. Экран

 

В 1912 г появился стартер, 1913 – эл. лампа 2-х нитевая, с 1924 – 1й закон 2 фары и задний фонарь Правило №1, 2, 4, …, 48, …, 77.

Число, расположение, цвет и углы видимости фар регламентируются стандартом ISO-R-303, ГОСТ-8769-75. Автомобиль оборудуются фарами 4-х типов: ближнего света, дальнего света, широкоугольного – противотуманного света, скоростного света (прожекторы).

Фары каждого из первых трех типов должны быть одинакового (белого или желтого) цвета, расположены симметрично, на одной высоте и плоскости. Расположение, цвет и светораспределение прожекторов не оговаривается. Для фар БС и ДС С (НС) и CR (HCR) max высота 1200, min 500.

В Европейских странах обязательны европейские ассиметричные фары ближнего света. Асимметричность создана за счет экрана лампы и имеет гибкую границу. Американская система допускает к эксплуатации в ряде Европейских стран, США и СССР с ограничениями. Асимметричность создается за счет расположения нити и оптических микроэлементов, рассеивается, что усложняет его конструкцию. Основное требование хорошо освещать, не ослеплять – по-возможности. Четкой границы на экране нет. Оптические элементы в США выпускают в виде герметичных ламп-фар. Показатель видимости лучше.

Фары дальнего света принципиально не отличаются. Сила света замеряется в контрольных точках экрана. Дальность ³ 100 м.

Противотуманные фары (В) – имеют экран перед лампой и 45-90° широкоугольный рассеиватель. Это не создает светящейся толщи атмосферы вдоль линии зрения водителя. Особенно подходят такие фары для слабоосвещенных улиц и дорог (как габаритные очки), не утомляют, нет контраста.

Скоростной свет должен обеспечивать дальность ³ 200 м и угол 30°. Галогенные лампы дают освещение до 400 м, срок службы больше (или сила света), отсутствует осаждение вольфрама на стенках колбы. Начинают использовать гиперболические отражатели. Суммарная сила света всех фар не должна превышать 150000 кд.

 

2.1.4. Система внешней световой сигнализации

 

Истолкование информации, вызываемой сигнальными огнями должно быть однозначным.

Требование: надежно воспринимается,

быть понятной для всех участников движения,

исключать двойственное толкование.

Минимальный комплект обязательных светосигнальных приборов: указатели поворота, сигнал торможения, габаритные огни, фонарь освещения номерного знака.

Число, расположение, цвет и видимость сигналов регламентируются стандартом ISO-R-303, ГОСТ-8769-75.

Световые и цветовые характеристики, нормы и методы испытаний регламентируются ЕЭК ООН Правилами №4, 6, 7, 27, 38, ГОСТ 10987-74 соответствующий европейским нормам безопасности.

Кроме обязательных есть дополнительные сигналы: сигнал открытой двери (увеличение габарита), сигнал аварийной остановки, стояночные световые сигналы, фонари заднего хода, фонари автопоезда, противотуманные задние фонари.

Цвет указателей поворота – оранжевый. Сила света, кд: передний 175, задний днем 175, ночью 40. Передние габаритные огни – белые 4 кд, задние – красные 2 кд. Сигнал торможения – красный 40 кд, днем 130 кд. Фонари заднего хода освещают расстояние 5 м.

Стояночные огни часто располагают на стойках кузова – бело-красные. Указатель автопоезда – оранжевый в виде 3-х фонарей или треугольника. Устанавливается на крыше.

Фонари должны располагаться на расстоянии не менее 10 см друг от друга. Перспективно повышать расположение указателей поворота и стоп сигналов. Создаются фонари с автоматической регулировкой силы света в зависимости от освещенности. Дебатируется вопрос о замене бело-красных на сине-зеленые фонари.

 

2.2. Внутренняя визуальная информативность

2.2.1. Панель приборов

 

По смыслу информацию делят на информацию о возникновении явления, его продолжительности, окончании, о текущем развитии, о ткущем состоянии (рис. 8.7).

 

 

Рис. 8.7. Виды информации

 

Требования:

По компоновке – сокращение времени восприятия показаний при условии достаточности информации. Наиболее важные приборы должны располагаться вблизи зрительной оси водителя при взгляде его на дорогу, с учетом частоты обращения. Чем ближе панель приборов к нижней границе обзорности, тем меньше время обращения, больше безопасность.

Наиболее «быстрые» по скорости считывания круглые и полукруглые шкалы, затем горизонтальные и вертикальные шкалы.

Освещение приборов не должно вызывать повышение уровня световой адаптации и ослепления водителя.

Скорость чтения КИП зависит от остроты зрения, угловых размеров и положения объекта, уровня освещенности и контраста фона и объекта. Наибольшая острота зрения достигается при различении белого пятна на черном фоне.

К контрольным и сигнальным лампам предъявляют требования те же, что и к освещению щитка приборов: 1) хорошо различимы и неизменно обращать внимание; 2) не изменять уровня адаптации глаз и их ослеплять. Это противоречивые требования. Отсюда требования многорежимности силы света в зависимости от освещенности.

Размеры сигнализатора выбирают с учетом достижения четкости различения символов. Чувствительность глаза зависит от цвета (рис. 8.8). Видимая часть спектра – волны длиной 380-708 нм

(1 нм = 10^-9 м), т.е. от фиолетового до темно-красного. Максимум кривой – зеленый цвет. Красный составляет только 10 % от зеленого.

Рис. 8.8. Зависимость чувствительности от цвета

 

Обязательные сигнализаторы на панели:

мигающая контрольная лампа указателя поворота – зеленого цвета;

сигнализатор включения ближнего света и габаритных огней – зеленого;

сигнализатор включения дальнего света – синий;

указатель включения стояночного тормоза – красный;

контрольные лампы давления масла, температуры, давления в пневмоприводе, шинах – красная.

Международных стандартов по внутренней сигнализации нет, есть только рекомендации ISO, в том числе по условным обозначениям.

 

2.2.2. Обзорность

 

Вибрации (сенсорные ощущения) и слуховые ощущения от автомобиля и дороги стремятся в современных автомобилях к нулю. Зрение выступает важнейшим реактором, становится единственным органом чувств, дающим информацию.

Обзорность (рис. 8.9) – конструктивное свойство автомобиля, определяющее объективную возможность для водителя беспрепятственно видеть путь движения.

Параметры обзорности делят на основные, характеризующие восприятие водителя объектов в направлении движения, и дополнительные.

Критерии оценки обзорности:

1. Геометрические размеры оконных проемов и очищаемых зон стекла, углы обзорности с места водителя.

2. Геометрические размеры «слепых» зон на горизонтальной площадке.

3. Геометрические размеры и площади «слепых» зон на горизонтальной площадке (в баллах).

4. Эталонный контур – панорама, видимая водителем через переднее стекло.

Рис. 8.9. Обзорность

 

Обзорность с места водителя стандартизирована ГОСТ 22734-77 и Правилами ООН №43, 46. Разработаны программы расчета обзорности на ЭВМ.

Пример. Максимальная высота верхней кромки переднего стекла обуславливается верхним углом обзора £ 30°, но больше угла, при котором водитель видит светофор, подвешенный на высоте 5 м над серединой проезжей части при остановке у линии «Стоп» в 12 м от светофора.

Нижний угол обзорности ограничен длиной и высотой капота.

Горизонтальные углы обзорности ограничены стойками кузова, поэтому часто стекла делают панорамными, выгнутыми для смещения стоек назад.

Большое значение для обзорности имеют системы обдува и очистки стекла при дожде и низкой температуре.

Обзорности оценивается также через зеркала заднего вида.

 

2.3. Звуковая информативность автомобиля

 

Звуки, воздействующие на слух водителя делятся на случайные и необходимые.

Случайные (шумы) отвлекают водителя, утомляют его, нарушают сумеречное зрение. Интенсивность необходимых звуковых сигналов должна быть на 10 дБ выше уровня шума.

 

2.3.1. Звуковые сигнализаторы

 

В настоящее время нет международных документов, унифицирующих состав и характеристики звуковых сигнализаторов (силу звука, прерывность, тембр). Они используются не часто в качестве дублирующих световых сигнализаторов и как сигналы тревоги при падении уровня тормозной жидкости, давления в пневмосистеме, шинах и т.д.

 

2.3.2. Несущая волна

 

В последнее время получают распространение автоматизированные системы передачи информации водителю о состоянии дороги, транспортного потока, заторах, оптимальных маршрутах. Системы «работают» на автомобильный приемник, настроенный на определенную «несущую волну» – специально выделенную длину волн для водителей. На этой волне передается также функциональная музыка – «стимулятор», поддерживающий высокую работоспособность водителя.

На этой же волне работает автоматизированная система выбора маршрута по наикратчайшему расстоянию.

Лекция №9