基于人机工程学某重卡驾驶室分析评价

王首玉

摘 要：文章从某重卡驾驶室用户评价入手，在参考二维图纸关键参数简化建模的基础上，使用CATIA V5人机分析模块对驾驶室进行了视野分析、上肢空间分析、操作空间分析、换挡杆的操作性分析、坐姿分析，最后结合人机工程学理论对驾驶室人机界面的合理性做出了评价。

关键词：重卡;人机工程;CATIA;人机评价

中图分类号：U463.8  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）15-146-03

Abstract： This article starts with the users evaluation about the CAB， On basis of the key parameters of 2D drawing to simplify the establishment of models， By using the human-machine analysis module of CATIA V5， analyze the visual field， upper limb space， operation space， operation handle， sitting posture， Finally， combined with the ergonomics theory， the rationality of man-machine interface of the cab was evaluated.

Keywords： Heavy duty; Ergonomics; CATIA; The evaluated of man-machine

CLC NO.： U463.8  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）15-146-03

引言

据世界卫生组织事故调查显示，驾驶疲劳是造成交通事故的重要因素。而产生疲劳的原因之一即是驾驶室的人机界面不合理。同时消费者对驾驶室内部舒适性、便捷性的关注日益增多。

近年来重卡企业对产品的整车造型和舒适性越来越关注，更多地应用了人机工程学原理，更加注重人的体验，为重卡驾驶室者创造了更舒适的工作环境。

本文人机分析对象是国内某重卡企业引进国外技术的改进型重卡产品。使用CATIA V5人机分析模块在参考二维图纸关键参数简化建模的基础上对驾驶室人机工程做出评价并提出改进建议。

1 驾驶室人机理论初步

1.1 仪表台及视野分析

在驾驶员将座椅调整到适当位置，同时以正常的驾驶姿势进入座位，其眼睛位置在车身坐标系中的统计分布图形（等概率密度线）称为驾驶员眼椭圆。如图1所示。驾驶员在正常驾驶位置时眼睛在车身坐标系内的分布可用一定群体的驾驶员眼椭圆来描述，因此眼椭圆运用到车身设计中用以衡量驾驶员视野性的好坏。

仪表板距离驾驶员眼睛的距离最好是710mm，其上缘与视线平齐较好，驾驶员下视线与水平视线的夹角不大于45°为最好，仪表板上边缘与水平视线的夹角不大于10°为佳。仪表板面最好与驾驶员的视线成直角，至少应不小于60°，在正常工作姿势下，头部通常自然略微前倾，因此布置仪表面板时应相应倾斜，仪表板与水平的夹角60°-75°为佳。

1.2 坐姿分析

平面人体样板上的躯干线与大腿中心线的交点称为H点，如图-2所示，实际H点是立体人体模型左右两H点的中点。座椅参考点（S点）是生产制造厂商规定的设计基准点，也是座椅上的一个设计参考点，在驾驶室布置设计时，95%的人体模型放置到座椅上时S点与H点重合。满足驾驶室性能要求的设计都与H点紧密相关。

1.3 驾驶室空间设计及显示控制相合性分析

方向盘、换挡杆和脚踏板等是驾驶室内频繁使用的操纵装置。

方向盘是驾驶员使用时间最长的操纵装置，驾驶操纵的准确性和舒适性，很大程度上由方向盘的人机性能决定。方向盘设计参数主要有角度、位置和大小等。

换挡杆是驾驶员需要频繁操纵的一种控制装置，其主要设计参数有位置、行程和操作角度等。

脚踏板主要是油门踏板、制动踏板和离合器踏板。在设计脚踏板时，需考虑脚踏板的空间位置和踏平角。

2 驾驶室人机性能客户评价

2.1 客户调研概况

（1）调研目的：通过调研客户驾驶体验，反馈驾驶室在人机方面的用户期望。

（2）调研对象：经销商30人，客户20人，回收有效问卷45份。

（3）调研方式：通过邮件发放、回收问卷。

2.2 用户评价结论

综合问卷分析发现该款驾驶室在以下人机工程方面还有优化空间：

（1）仪表台平面角度不佳，方向盘影响部分仪表读取;

（2）功能按钮色彩单调，标识不够清晰、醒目;

（3）前下部视野有部分障碍;

（4）部分客户建议在驾驶室通道增加一些功能设施。

3 驾驶室人机分析

3.1 人体模型选取

由于CATIA V5的人机设计与分析模块没有中国人体模型，因此本文选择与中国人体型接近的韩国人体模型。由于重卡驾驶员一般身材相对高大，本文选择第95个百分位的男性模型作为研究对象。选择的模型身高为1775㎜，其對应第89.98百分位数。选定人体模型后，在坐姿模式下，座椅高度设定为500㎜，眼高设定为1347㎜。

3.2 下部视野分析

略微低头，腰部挺直的姿态下视野范围：坐姿挺腰的情况下，向下低头30°时，部分功能按钮和仪表面板不在舒适的视野范围内，操作台横向布局还需优化。同时视线与操作台夹角大于90°，仪表存在反光和稍微的误读，仪表台空间位置有一定的优化空间。

3.3 驾驶员上肢活动空间

通过图5视图可以看到，驾驶室左部按钮在单独左手的可操作范围内，但是单独右手时部分按钮需调整坐姿才能触及，比如身体必须向前倾才可以够到点烟器，驾驶室右侧空间布局具有改进空间。

3.4 作业空间布局合理性分析

在车身设计中，作业空间限定之后，确定合适的操纵装置位置及作业面是作业空间布置的主要内容。作业空间的布置需要考虑人-机-人之间的关系。

通过图6可以看出，分析对象人机作业空间布局合理。

3.5 操纵控制装置可操作性分析

3.5.1 换档操作杆操作时的基本姿态

由分析可知，人手在操作杆上的人机舒适性为最优。

3.5.2 离合器、加速踏板、脚制动操作时的基本形态

在踏板设计时应首先考虑踏板阻力，一般脚踏板纵力大小为45-90N。同时，为了使坐姿操作时脚的舒适性，大、小腿之间的夹角最好在105°-110°之间。通过分析踏板人机性能较好。

3.6 座椅舒适性分析

通过图9坐姿的人机分析视图可以看出，大腿和腰部的舒适性还需提高。

4 结语

本文通过对客户驾驶体验的调研，反馈出客户人机性能的期望，同时选取适合我国人体尺寸的模型，在CATIA人机模块对驾驶室下视野、上肢操作空间、操作空间、换挡杆的操作性、坐姿等进行了人机分析，根据汽车的人机评价标准，对以上人机分析进行评价，分析结果显示该重卡驾驶室仪表台布局和座椅人机性能有一定的优化空间。

由于是基于二维图纸关键尺寸建立的简易模型，在分析过程中不能对驾驶室人机性能做出准确的、定量的评价，又由于重卡内部结构比较复杂，本文所做的只是初步的研究，仅为驾驶室人机分析工作做出一些探討，在今后的工作中还需建立全方位的商用卡车驾驶室人机评价模块。

参考文献

[1] 李成.CATIA V5从入门到精通[M].人民邮电出版社，2010.7.1.

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[3] 李乐山.设计调查[M].北京，中国建筑出版社，2007.

[4] 田新民，田泉，田原.中国汽车驾驶员P95拳椭圆测量[J].汽车工程， 2000：251-255.