基于CATIA的客车驾驶员视野分析与实现

高毅，张跃进，李明涛，张广显

（中通客车控股股份有限公司，山东聊城252000）

基于CATIA的客车驾驶员视野分析与实现

高毅，张跃进，李明涛，张广显

（中通客车控股股份有限公司，山东聊城252000）

介绍客车驾驶员视野的相关要求，并对驾驶员视野进行分析；结合CATIA软件对LCK6127H车型的驾驶员视野设计进行校核，为相关设计提供参考。

客车；驾驶员视野；CATIA；分析

高速公路的迅猛发展给客车带来了巨大的市场需求。与此同时，出行安全也越来越受到全社会的广泛关注。驾驶员是出行安全最关键因素之一，为驾驶员提供良好的视野就显得极为重要。本文结合我公司LCK6127H车型，依据人机工程学原理，运用CATIA软件对驾驶员视野进行设计校核，以期实现优良的驾驶员视野，保证车辆行车安全。

1 驾驶员视野要求

良好的驾驶员视野是确保行车安全的关键因素，因此，包括我国在内的世界上许多国家都出台了各种标准、法规，为行车安全保驾护航。美国汽车工程师协会（Society of Automotive Engineers，SAE）经过统计分析得出眼椭圆，它是指不同身材驾驶员以正常姿势坐在驾驶舒适位置时，其眼睛位置在车辆坐标系中的统计分布图形，因为该图形呈椭圆形，故也称作眼椭圆[1]。如今，眼椭圆工具经过不断的修正改良，已普遍应用到驾驶员视野设计校核分析中。

1.1 车前视野要求

驾驶员车前视野主要是指驾驶员从前风窗玻璃向车前一定角度范围内观察到的空间视野。影响该视野的主要是上视角和下视角。GB/T 13053-2008[2]规定了上视角及下视角的公式：

式中：M为眼点距离地面高度，m；N为眼点距离前杠最前沿的水平距离，m。

同时大多数客车的车外后视镜也是通过车前视野观察到得，因此俯视时，客车车身A柱和B柱相对于驾驶员眼椭圆的角度也是驾驶视野设计校核必须考虑的。

1.2 仪表板视野要求

合理的仪表板布置决定着驾驶员仪表视野的好坏。良好的仪表板视野有利于驾驶员清晰方便地观察确定车辆的状态，及时迅速地对车辆作出正确的反应。仪表参数读取时，视线与仪表垂直时准确率最高。根据经验，斜向45°观察是垂直观察读取误差的2～5倍。因此，一般将最常用的仪表，如车速里程表、转向灯指示等布置在仪表中间，将较少用的转速表、水温表、燃油表等布置在视野20°～40°范围内。超过40°以上的视野，可布置次要的仪表装置。眼睛的视野角度、视野距离及显示区域的大小应该合理、适当，三者的关系如下：式中：α为视野角度；L为视野距离；D为显示区域大小。

正常人体的视野距离为46～71 cm，较高的视觉效率为40°以内，人体头部和眼睛水平及垂直位置最大和最舒适的视野范围如图1和图2所示。

从图2中可见，观察时在视野中心30°的范围内视野最为清楚，因此，应把最关键、最常用的仪表面板布置在这一范围内。一般将仪表布置在眼睛视点上、下各30°的范围内较好。结合驾驶员实际工况的视野盲区校核并加以避免，就能极好地满足驾驶员视野需要[3]。

1.3 内视镜视野要求

用于观察车内状况的内视镜应尽量无盲区，使驾驶员能方便观察到车内所有乘客的乘坐状态以及车内状态。通常用驾驶员左、右视野的总视野来校核视野良好与否，如图3所示。

其中：L、R分别代表驾驶员的左、右眼点；L'、R'分别为驾驶员左、右眼点在后视镜镜面中的成像点；A区域代表左眼单眼视野角范围;B区域代表右眼单眼视野角；C区是左、右眼的重合视野角；D区为左、右单眼总视野角；M代表车内后视镜。

从图3可以看出，当车内乘客区能均位于D区域，驾驶员就能较好地观察到车内状态。

1.4 外视镜视野要求

车外后视镜是驾驶员观察车外路况环境的重要工具，国标对其也有严格的要求。

驾驶员一侧视野情况，在车身驾驶员侧的水平路面上设置一段宽度至少为2.5m的区域。区域的右侧和客车车身的纵向基准面平行，同时以左边最外侧切线平面为基准，从驾驶员眼点向后10m处延伸到地平线。若驾驶员能在车内通过外视镜观察到的后方视野大于上述区域，说明驾驶员一侧视野符合国标要求。

非驾驶员一侧视野情况较为复杂，通常设置以下几种区域。

1）在车身非驾驶员一侧的水平路面上，设置一段宽度至少为4m的区域，是指左侧和客车车架中心面平行，以车身右边最外侧的切线平面为基准，将驾驶员的眼点后20m处延伸至地平面形成的区域。

2）在该侧水平路面上设置一段宽度至少为3.5m的区域，是指左侧与客车前后方向中心平面平行，同时以车身右边最外侧切线平面为基准，从驾驶员的眼点后30m处延伸至地平面共同形成的区域。

3）通过外后视镜，驾驶员还必须观察到宽度为0.75m、并从驾驶员的眼点后4m处与以上区域相接的视野区域[4]。

根据标准要求，当驾驶员能在车内通过外视镜观察到的后方视野均大于上述各区域，即说明能保证驾驶员的良好视野，利于安全行车。

2 驾驶员视野设计校核

结合LCK6127H车型前期总布置要求，首先确定前围立挡板位置，再结合驾驶员踏板、座椅基本参数，确定驾驶员眼椭圆（眼点）位置，确定方向盘尺寸及位置，进而进行仪表台及面板、外视镜等的设计校核。运用CATIA软件对该车型进行驾驶员视野三维设计及校核。

2.1 驾驶区模型建立

1）确定驾驶区立挡板位置。按照总布置要求，保证前围空间布置主要有以下部件：前部左右大灯、刮水器总成、除霜除雾装置。适当考虑除霜管路、底盘管路等因素，保证各部件拆装维修方便性。建立驾驶区立挡板三维模型，如图4所示。

2）驾驶区布置模型建立。依据文献[2]，结合人体模型与方向盘、离合、制动、油门踏板等相对于驾驶员位置，针对客车驾驶区，布置主要项（如图5所示）驾驶区附件定位。

本文驾驶区布置主要尺寸参数见表1。

表1 驾驶区布置主要尺寸参数

根据上述参数，最终建立的驾驶区布置三维数模如图6所示。

2.2 正前视野设计校核

根据文献[2]要求和驾驶员座椅模型及参数，确定R点坐标。R点至前风窗下沿水平距离的最小距离1 000 mm，且H点在R点前100mm处，求H点的坐标[5]；在H点上方635 mm处，依据人体模型，放置眼椭圆三维数模；依据驾驶区侧视图，绘制校核正前视野，如图7所示。

根据图7，结合三维图测量驾驶员上视角1为46°，满足视野要求；光照最高入射线2照到仪表面板下部，所影响范围较小，且通过面板反射线5均位于不高于面板且水平向下的位置，视野较好[6]；因客车驾驶区高度较高，驾驶员眼椭圆中间点下视角4及眼椭圆切点下视角3偏大，通过在外视镜上增加前下视镜来避免车身前部的视野盲区。

2.3 仪表板视野设计校核

结合人机工程学及驾驶员手伸界面布置仪表面板，结合车仪表较多、使用频率等实际情况，综合考虑方向盘带来的视野盲区，采用分散布置的形式来布置客车仪表，并依据CATIA软件进行视野模拟驾驶员观察仪表板视野，如图8所示。

结合CATIA自带人体模型得出此位置眼点的人眼视线在眼睛视点下24°，处于人体较舒适位置。根据图8，方向盘在仪表板上会形成一定的盲区。该区域可布置操作频率不高的控制按钮等，人体头部略微移动即可观察到。需要注意的是，仪表面板不应形成反光，影响驾驶员观察，因此，仪表面板应按亚光效果设计。

2.4 外视镜的视野设计校核

驾驶员观察外视镜时的视野需结合人体眼睛和头部的转动极限范围布置设计[7]，以满足视野需求。其基本要求如下：

1）对于驾驶员一侧的外后视镜，镜体与驾驶员眼点的连线在水平方向，应与驾驶员中间眼点直前观察视野的夹角在55°范围内。

2）对于乘客门一侧的外后视镜，镜体与驾驶员中间眼点的连线应与直前观察视野的夹角在75°范围内。

3）外后视镜镜体在竖直方向的视野范围应在直前视野上、下各45°范围内[8]。

根据驾驶员眼点位置和车身后视镜位置，车身A柱不影响视野。经过测量，眼点中部观察左侧后视镜的角度为25°左右，观察右侧后视镜的角度为50°左右，符合标准要求。三维模拟驾驶员观察外后视镜视野，如图9所示。

通过图9可看出，驾驶员观察后视镜视野良好。

2.5 车外后视镜的视野设计校核

根据后视镜镜面曲率、驾驶员眼点位置[9]，外视镜视野标准，运用CATIA建立相应的三维模型对驾驶员左、右侧外视镜视野进行校核模拟，如图10和图11所示。

结合前面所述驾驶员一侧视野要求，由图10可看出，从驾驶员眼点的视线观察左侧外视镜镜面，通过镜面反射的左下边线2、右下边线3、右上边线4、左上边线5综合范围远大于左侧标准视野范围1[10]，符合标准要求。

结合前面所述非驾驶员一侧视野要求，由图11可看出，从驾驶员眼点的视线观察右侧外视镜镜面，通过镜面反射的左下边线2、右下边线3、左上边线4、右上边线5，其综合范围远大于标准要求的右侧标准视野范围1，符合标准要求[11]。

3 结束语

LCK6127H车型通过样车实验及后期的市场验证，驾驶员均对驾驶视野比较满意。依据CATIA进行视野设计达到了预期的效果，同时，该车型驾驶员视野设计校核也对以后的车型开发有较好的指导作用。

[1]占建云.汽车车身内部布置方法研究与总结[D].长春：吉林工业大学，2003.1.

[2]GB/T 13053-2008，客车车内尺寸[S].北京：中国标准出版社，2008.

[3]刘金秋.人机工程在汽车驾驶室设计中的应用研究[J].汽车技术，1989，（2）

[4]GB 15084-2006，机动车辆后视镜的性能及安装要求[S].北京：中国标准出版社，2006.

[5]李佳洁.基于人机工程的汽车内部布置方法研究[D].长春：吉林工业大学，2007.6.

[6]丁玉兰.人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2003.

[7]SAE J1050A-1994,Describing and Measuring the Drivers Field ofView.

[8]任金东，范子杰，黄金陵.基于知识的汽车后视野分析系统[J].汽车工程，2006，（2）

[9]SAE J1052-2002,Motor Vehicle Driver and Passenger Head Position.

[10]张德仁.HKC6109系列客车客车前视野校核及车外后视镜位置的设计[J].客车技术与研究，1999，21（1）

[11]高毅.基于人机工程学的客车内部布置研究[D].长春：吉林大学，2012.6.

修改稿日期：2013-12-05

View Field Analysisand Imp lementation of Bus/Coach Driver Based on CATIA

Gao Yi，Zhang Yuejin，LiMingtao，ZhangGuangxian
（ZhongtongBusHolding Co.,Ltd,Liaocheng252000,China）

Theauthors introduce the relevant requirementsofbus/coach driver field,and analyse the driver'svisual field.They combinewith CATIA software to carry out thedesign check of the LCK6127H coach driver's visual field. This can provide references for relevantengineers.

bus/coach;driver'svisual field;CATIA;analysis

U463.7；TP391.72

B

1006-3331（2014）02-0033-04

高毅（1980-），男，硕士；工程师；主要从事内外饰设计开发工作。