城市公交驾驶区设计技术发展及优化方案分析

宋东虹、赵永军、宋百朝、于东好

（1.扬州万盛实业有限公司，江苏扬州225002；2.北汽福田汽车股份有限公司，北京102206；3.江苏宏昌天马物流装备有限公司，江苏扬州225002）

0 引言

近年来，城市化进程加速，城市人口增加以及居住郊区化使得交通需求量剧增，交通事故时有发生，而交通事故与司机的疲劳驾驶密切相关。为降低交通事故的发生率，提高司机驾驶的舒适性，结合城市公交的开发项目，以CAD 图纸为依据，应用三维数据建模软件UG NX 建立驾驶区车身骨架模型。采用模块化空间模拟设计，生成设计和校核的二维人体模型，利用驾驶区仿真模拟计算，分析2D 人体模型、手可触及区、眼椭圆视线、仪表板可见性、挡风玻璃视野区、A 柱阻碍、后视镜，提高司机乘坐的舒适性，使乘坐更具人性化，更加合理。

1 分析步骤

1.1 三维模型的建立

对整车进行分段结构设计开发，针对驾驶区分块优化设计，分析驾驶员模拟试验数据。先要创建较为准确的三维模型，即三维模型与实际车身框架要一致，越接近实际情况，精度越高。

汽车总布置中提到的性能要求，即视野性、操纵方便性、手伸及性、舒适性等等，都要以人为本，决定人的关键基准H 点。建模组件包含：驾驶区骨架部分共5 个模块（车顶、地板、前围、左侧围、右侧围）、前挡风玻璃、仪表台、方向盘、脚踏板、倒车镜[1]。

1.2 驾驶区舒适性分析

1.2.1 人体工程学的运用

构建人体模型参数，是对驾驶区分析的开始。我国人体测量学的研究起步较晚，美国始于19世纪。受资料来源局限性影响，只是抽取典型案例，针对性较强。只对需求的人群进行准确测量，并保留数据；历史原因造成测量和分析极为不准确；属于典型设计必要的，是个体的人或某一特定群体（国度、民族、职业）的精准数据。要想获得有用的人体尺寸数据，必须对于不同背景的个体和群体，其特征尺寸、人体差异和尺寸分布的规律进行调研剖析。在统计学的参与下，进行统计分析，得到准确的测量数据。因此，选取有代表性的国家和地区的资料，也是一项庞大而精细的工作。

依照中国的《人体尺寸的研究》中，对于我国人体的测量值，可作为设计时的参考。构造尺寸和功能尺寸是相辅相成的，相互关联，相互影响。上身高度、膝盖高度、体重、腰宽、坐下时的肩高、手臂尺寸等等这些人体结构尺寸对驾驶区设计是关键。另外还要考虑人体功能尺寸的可变性，由于人体在驾驶区是运动的，构造尺寸和功能尺寸是两个完全不同的定义概念。

人体尺寸表及常用功能尺寸表如图1(a、b)所示。

1.2.2 影响人体尺寸测量值的因素

成年人的人体各部位尺寸之间存在切合“黄金分割”模型，但是在比例关系的总结过程中，看似结果简单，实际人体测量是一个烦琐的过程。根据人体种族不同，环境差异造成白人、黑人、黄种人，不同人种的比例的系数不同，测量范围不同，进而推算其他的尺寸。

人体尺寸因为年龄、世代以及种族等多方面的原因而存在差异。不仅要对人体尺寸进行测量，还要积累文字材料，做大批量的精算剖析验证。内外因都会对人体尺寸的测量值产生影响，存在差别化。个体与个体之间，群体与群体之间，在尺寸上存在较大差异。只有统计较多的样本量，才能获取更为合理的数据库。合理使用人体尺寸的数据，才能达到预期的目标。

1.2.3 人体尺寸对驾驶区设计的影响

汽车设计中驾驶员人体尺寸百分位的选择，需引入统计学中百分位的概念[2]。

用百分位的方法解决人体之间的尺寸存在差别，分布在一定的范围内。利用标准差对人体尺寸数据进行收集，并分析尺寸的合理性，反映统计对象在人体尺寸上的离散程度。解决问题样本，统计标准人体尺寸和矮小人体尺寸人数的百分比。详细探讨分析见表1。

表1 百分位档位差异分析

选取其中一组人体尺寸，按照分布规律，应符合正态分布统计学规律，选取其中的中间值，将过大和过小的数值，排列分布在范畴两端。“矮小”用第5 百分位标示，有5%的统计对象不足此测量值；“高大”用第95 百分位标示，有5%的统计对象身材更为高大，大于测量值。从理论讲，设计很难满足所有驾驶员的人体尺寸。因此，从正态分布角度，设计符合大多数驾驶员的人体尺寸，取舍两端尺寸，选取中间90%～99% 的数据作为设计依据。尽可能排除决定影响因子，使数据更为严谨，以免造成不良后果。基于以上种种因素，需要对驾驶员的肢体尺寸及关键词进行定义，才能有效地建立人体模型，从而进行准确的分析见表2。

表2 人体模型分析

2 结语

通过本文阐述的过程进行驾驶区优化设计，动态模拟驾驶区人体尺寸和功能动作尺寸，有效利用三维模型分析，三维模型虚拟人的深入应用，满足百分位人体的设计理念，借助虚拟现实技术，在三维虚拟环境下进行舒适性设计，对城市公交各类车型进行模块化设计，提高车辆产品在驾驶员长期操作情况下，避免疲劳驾驶，提高驾驶员舒适度，提高产品竞争力；有效降低司机的疲劳；降低交通事故发生。

未来城市客车的设计从产品概念设计开始，贯穿于整个产品技术设计阶段，指导产品试验验证都要控制产品性能的安全性、舒适性和综合NVH 性能。