中重卡人机及关键性能研究思路

王 琦，冯 朝，张晓珂

（陕西汽车集团股份有限公司 技术中心，陕西 西安 710200）

目前国内商用车的整车性能指标引用旧教材及欧洲标准，而随着技术突破、国内路况向好、载重规范化、驾驶员年轻化以及国内外不同的工况、载重、驾驶员操作习惯等诸多因素，这些性能指标已不能很好地支撑产品设计。同时，用于人机校核的人体模型，也是按照GB 10000—88《中国成年人人体尺寸》或者SAE J833《人体尺寸》模型进行，校核存在失真，驾驶重型商用车的几乎均为男性群体，若还继续考虑5分位女性，对整个空间的布局会形成掣肘。

商用车的整车性能指标（人机操控、可靠性、动力性、通过性），还是按照以前教材中设计规范制定，从欧洲的设计标准中沿用过来；但国内道路情况、国人的审美、驾驶员体态特征、驾驶员操作习惯等与欧洲不相同，直接生搬硬套会造成评价失真。同时随着中国社会的发展、生活水平的提高，中国人平均身高都有了明显增加；道路基建水平较以往也有了大幅提高，路况也在持续向好；且国内近些年对治超政策趋严，载重也趋于规范化。

1 现状分析

1.1 人体模型分析

目前，我国人体相关的汽车开发设计标准体系还处于不完善阶段，仅有《GB/T 10000—1988中国成年人人体尺寸》以及《GB/T 14779—1993坐姿人体模板功能设计要求》，我国不少企业仍然使用美国汽车工程师学会（Society of Auto- motive Engineers, SAE）标准人体模型及推荐标准进行布置，但是美国和中国人体不仅在身高存在较大悬殊，在躯干比例也存在很大不同。目前中重型卡车的驾驶员基本为男性群体，但在实际人机校核中还会考虑到第5百分位女性，这样会造成空间布置上的浪费，甚至会牺牲第95百分位男性的操作空间。虽然通过SAE标准可以增加车辆开发的合理性，但如果分析不彻底的使用，反而会降低车内人员的舒适性及车辆视野安全性等。

随着中国社会的发展，生活水平的提高，平均身高、体重、臂长等重要特征都有了明显增加，而且随着办公环境、作业场景、生活习惯等影响，坐姿也潜移默化地发生了变化，20世纪90年代的人体尺寸和坐姿要求已不适用。

目前汽车大国均有符合本国人体模板数据为汽车研发提供支持，中国需尽快建立自己的人体模板体系。

1.2 性能指标分析

目前国内的人机分析的物理边界以及整车的性能边界，多数沿用欧洲标准设定，如牵引车整车B10寿命1.5×10km的设定，但国内的工况、零部件质量、司机驾驶习惯、维修保养等和欧美不完全相同，基于直接数值的引用，必然与实际不符。

基于整车可靠性指标设定的不合理，在系统、总成、零部件未充分验证的情况下，会导致总成及零部件的匹配存在过剩或不足，出现生命周期内零部件频繁损坏或车辆报废后零部件还远未达到设计寿命，不利于整车竞争力的提升，造成社会资源的浪费，最终都是市场买单。

2 提升措施

在设计初期结合市场定位和目标人群，按照国人身高、体重、臂长等姿态特征，选择合适的中国男性百分位人体模型，同时兼顾满足内部空间及舒适的人体坐姿；通过摸底载重、运营工况、驾驶员操作习惯，结合法规导向、市场需求、技术发展趋势，建立适用于我国人体和自卸车工况的整车性能指标、主观评价标准，对产品设计更有实际意义。

2.1 人体模型定义

考虑到中重卡用户大多数为男性，选取第95百分位男性人体（表1为主要参数，图1为尺寸分析）作为设计上限，第5百分位男性人体作为设计下限，再用第50百分位男性人体进行人机校核、驾驶员行为分析（驾驶室人员行为分析如图2所示、坐姿分析如表2所示），更加符合实际用户的驾驶空间需求，保证设计合理不冗余。

2.2 性能指标修订

随着国家道路基建水平的提高、各工况运营标准的完善，以及不同细分市场差异化需求，需要针对不同细分市场的典型工况进行路谱采集、车辆运营特点分析、用户关注点分析、使用寿命调研等，并以满足法规为基础，以保证安全、可靠为前提，修订了部分性能指标，保证整车高适应性、高性价比。

以某区域城建渣土自卸车为例（调研了典型渣土车运行工况），在满足上述要求的前提下，将下限设定为满足实际工况的使用，并预留出合适的设计余量，策划的性能指标如表3所示。

2.3 设计参数确定

车辆主要设计参数依据实际工况以及设计教材参考制定，同时为了更好地指导设计，对原有的教材中更加理论的指标进行具体化转换。

如将原有的对整车姿态角的要求，转化为对车辆满载前后轮心高差的要求，结合空满载前后轴荷分配、空满载底盘附件离地高度要求等，在选定轮胎的基础上，能够很准确地确定前后悬架设计的主要参数。

另外针对底盘附件的尺寸设计边界，也进行了详细科学的约束，结合底盘、货箱的匹配，经过轴荷计算，确定合理的轴距范围，并依据现有物料及技术趋势进行总布置分块规划，以此确定底盘附件的向边界，同时结合上装对底盘附件超过车架上翼面不大于某一数值的具体要求、车架腹面高度、低于车架下翼面的最大距离（依据底盘附件离地间隙、悬架空满载轮心高定义）等，确定底盘附件的向边界，依据法规要求的整车最大外宽、附件的安装支架结构、侧防护的安装等，确定底盘附件的向边界；基于以上定义的底盘附件的物理边界，作为正向开发底盘附件的尺寸参考，具有实际意义。

3 未来愿景

目前人体特征研究和整车性能挖掘较浅显。人体特征需要政府层面主导，企业、高校、学会、社会组织共同去推动落地。同时推动国内汽车座椅舒适性自主创新设计的研究。

整车性能需要头部企业结合车辆本身、按照实际工况、用户审美等多方面综合因素去定义，保证产品开发有法可依、有据可查。

整车设计参数需要结合实际工况、设计教材等进行更加详细的转化，并对过于理论的部分进行修订，以便能更实际地指导工程师进行详细的整车设计。

3.1 基础数据研究

通过扫描仪扫描目标人群的标准姿势，通过数据处理获得中国驾驶人群的人体尺寸参数。

通过测量驾驶员的舒适坐姿，可以得到驾驶员的坐姿关节角度、空间位置等信息。

人体特征研究是一项庞大的社会基础研究任务，只有做细做扎实了，建立符合中国人体特征的三维假人人体数据库，这样不仅能满足国内汽车行业的实际使用需求，而且推动国内工业设计向前迈了实质性的一大步。

3.2 性能指标完善

结合国内生产制造水平、道路实际工况、用户驾驶习惯等大数据的摸底分析，制定符合国情的整车人机操控、可靠性、动力性、通过性等性能指标，树立全行业的设计基准，避免设计冗余、不足设计带来的资源浪费、安全隐患等。

做细做精性能指标的研究工作，按照实际情况搭建的整车性能指标库，“做到一工况一指标”，将会推动整个行业的良性发展，形成宝贵的知识沉淀。

3.3 设计参数定义

结合基础数据研究、性能指标完善等，最终按照细分市场定义一个更具有指导实际设计意义的设计参数，让工程师们能够建立起理论结合实际的设计思维。

4 结论

随着中重型卡车驾驶员的年轻化，人们对于卡车的舒适性及整车性能指标要求越来越高，对人机分析在汽车设计中的应用也更加苛刻，人机分析将更加注重目标人群的实际状况，以便制造出更舒适、更人性、更科学的汽车，同时整车性能指标及设计参数的制定要结合现实工况并具有实际指导意义，这样才能使车辆的综合效能达到最佳水平。