重卡驾驶室总布置设计方法与实践

张羽佳，李彦鹏，薛伟鹏

重卡驾驶室总布置设计方法与实践

张羽佳，李彦鹏，薛伟鹏

（质子汽车科技有限公司，陕西 西安 713700）

文章主要介绍重卡驾驶室在总布置设计过程中的基本流程和方法，可以为工程师在重卡驾驶室总布置设计过程中涉及的主要内容提供一定的经验参考。其中包括了人机工程、白车身、仪表、座椅、外饰等关键硬点尺寸设计方法及参考指标，以及在总布置设计过程中要注意的关键内容。该文章对重卡驾驶室总布置设计都提供了基础的帮助。

人机工程；驾驶室总布置；设计方法；重卡

驾驶室总布置是在整车总布置的基础上进行的。根据整车总布置提供的底盘相关数据和尺寸要求，据此再参考同类车型有关数据，即可初步确定前悬、接近角、驾驶室外廓尺寸、机罩高度、地板平面的高度、前围位置、座椅位置、方向盘位置等[1]。然后根据驾驶室基本尺寸，利用人机工程工具，进行驾驶室方案设计。驾驶室总布置的设计流程受到各个总成的相互制约，硬点尺寸相互关联，总布置的工作是一个不断重复、迭代修改、持续优化并寻求最佳设计方案的总体协同设计理念的过程。

驾驶室总布置，前期针对市场信息的搜集，对标数据的分析，确定驾驶室开发大方向，满足整车尺寸要求，符合相关法规的前提下，最大程度地优化驾驶室内外空间的利用，在满足产品定位及特殊需求的前提下，考虑人机交互的舒适性、方便性和装配维修的方便性，保证空间间隙的合理性，为外观造型的设计以及后续的工程设计提供了边界条件，并为各个系统在驾驶室中的布置位置提供合理建议，确保整体方案最优。

1 驾驶室总布置流程简介

驾驶室总布置从市场调研，到详细数据设计，再到产品试制完善硬点，具体流程如图1所示。

图1 总布置开发流程

2 方案研究阶段

总布置在预研阶段主要进行预研分析、市场搜集和对标分析。总布置需要搜集标杆车信息，整理方案样车的输入信息，针对目标市场、客户需求、产品定位等进行总布置方案策划，完成产品基本定义，为随后的详细设计提供输入条件。

3 详细研究阶段

3.1 设计流程

驾驶室总布置是基于人体姿态、视野、方便性、上下车方便性等方面进行布置，并反复进行各系统调整的过程，针对方案阶段的产品定义，完成型谱规划以及外部尺寸定义，随后进行内部尺寸定义、确定地板高度后针对人体硬点尺寸进行组合踏板、方向盘、仪表台、座椅、高架箱、门饰板、卧铺、风窗尺寸等基本尺寸定义，并根据造型的效果图、A级曲面（Class-A-Surface, CAS）、A面进行反复修订，并完成法规符合性、舒适性、视野符合性、操作方便性、检修方便性等一些列的校核，下面针对具体内容详细介绍。

3.2 建立坐标系

坐标系的确定是一切设计的基础，每个公司均有自己定义坐标系的原则，可以基于简单方便的原则，定义平面为边地毯上表面，平面为车辆最前端，如图2所示。

图2 驾驶室坐标系

平面：车辆纵向对称平面，平面的左方为负值。

平面：通过驾驶室最前端铅垂平面（前面罩最前端），司机正前方为负值。

平面：垂直于和平面的前地板上平面（驾驶员脚部区域），平面下方为负值。

3.3 外部尺寸

定义驾驶室外部尺寸主要是在满足国家法规的基础上根据应用场景、客户需求确定的。

在我国《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB 1589—2016）法规中，对驾驶室的尺寸做了详细要求，如表1所示。

表1 重卡尺寸要求

根据初定驾驶室的外廓尺寸和底盘数据，还需要确定驾驶室前悬、定位高度、机罩高度、卧铺尺寸和视野等，最后再结合竞争车型的驾驶室尺寸对比分析和特殊配置，确定开发车型的驾驶室基本尺寸。图3是主流车型外廓尺寸对比分析，通过对比分析确定开发车型的驾驶室长度和宽度的范围。随着商用车技术的发展，传统的单排、小排半、大排半、平顶、高顶、宽体、窄体已不能完全定义驾驶室的宽度，无人驾驶、智能座舱的应用，越来越多的特殊车型将应运而生。

图3 卡车驾驶室长度宽度

3.4 内部尺寸

3.4.1驾驶室地板高度影响因素

在整体规划的基础上确定地板大体形式是为平地板还是凸地板（发动机上方的地板形式）。地板定位原则：在满足整车间隙要求情况下，驾驶室定位尽可能降低。根据底盘布置，影响驾驶室定位和地板的平整的主要有冷却模块、发动机和轮胎包络三大部分，除此之外注意其他附件对定位高度的影响。

驾驶室悬置的跳动液压悬置跳动量±25 mm，空气悬置跳动量±50 mm，以上两种悬置跳动量参考市面主流减震原件的跳动量。动态安全间隙为25 mm，轮胎包络制作如果考虑所有极限工况可与驾驶室跳动间隙设计为0 mm。

3.4.2人体点定义

人体点位置与驾驶室空间尺寸必须是相适应的，这样才能保证驾驶员良好的驾驶舒适性和视野性能，在新开发车型的前期就需要将点确定下来。如果在设计前期，车型的输入边界太少，根据对标车型分析和经验值，先初步确定点的位置，随着设计过程中输入的边界成熟后，逐渐进行修订。点的测量仪器是专门的三维人体模型，其测量方法和步骤按标准应按照《汽车点确定程序》（GB-T 11563—1995）进行，中国人体尺寸已经趋近于美国汽车工程协会（Society of Automotive Engineers, SAE）统计尺寸，在中国最新发布国标前，建议参考SAE尺寸。

点的布置与驾驶员乘坐舒适性、上肢和下肢的操作空间、视野性和头部空间以及乘员的乘坐空间等人机关系密切相关，是室内布置的主要内容，必须综合多角度考虑。影响点的边界输入主要有底盘硬点、驾驶室造型风格、人体模型的选择、驾驶室规划、卧铺尺寸、对标车型、组合踏板和地毯厚度等[2]。

面上的点定位：脚面踩踏点与加速踏板重合，踵点与地板重合（考虑不同地板的塌陷量），踝角初定87°（87°～130°），踵点距点垂直距离H30为405 mm～530 mm，根据人体舒适角度及对标值（见表2）确定踵点距离点水平距离L53。

面上的点定位：人体外侧需要考虑驾驶室侧围风格、门护板的厚度、手打方向盘空间、调节座椅按键空间、和操作安全带的空间；人体内侧的考虑冷却模块对机罩的宽度影响、踏板的布置、转向管柱的布置等，因此，点横向位置也需要多方面综合考虑。经过对标分析，要求人体中心到门外板的440 mm～510 mm。B类车点到踵点的高度差应该在405 mm～530 mm。

表2 人体舒适范围

3.4.3座椅位置设计

借鉴成熟车型的5%、50%、95%人体舒适姿态模型进行人体坐姿定义。根据确定的95%人体点位置，座椅最后最下位置为点下移25 mm、后移20 mm（确保99%人群舒适），确定座椅最后最下位置。以座椅适宜线为参考，结合国内成熟车型主观评价结果，确定座椅行程中间位置为50%人体点。结合人体坐姿各关键角度及座椅适宜线，确定5%人体点校核是否在座椅行程范围内。具体如图4所示。

图4 座椅行程

定义靠背倾角，靠背倾角是为了驾驶员保持良好的姿势，使其腹部与大腿间血管不受压迫，使躯干的部分体压分布在靠背上，腰背部有所依托而使肌肉得以放松，从而减缓疲劳。重卡车型一般要求靠背角在10°±5°范围内。

随后还需要定义坐垫倾角，头枕高度等参数，这些具体参数对总体布置影响不大，在座椅开发中会重点涉及。

3.4.4组合踏板位置设计

组合踏板的布置主要依据最初的前围结构、转向管柱安装结构和发动机罩的宽度，确定踏板的各项间隙，根据定义的点及初定踵点位置进行初步布置设计GB/T 15705—1995对重卡各踏板中心距要求了推荐值，如图5、表3所示。

3.4.5方向盘位置设计

随着重卡转向助力技术的应用，方向盘直径已经在逐渐减小，大部分车型设计直径为450 mm。方向盘倾角与方向盘高度是定义方向盘位置的两个尺寸，用方向盘与平面的夹角表示，方向盘跟驾驶员的主观感受一致，总结以下谋款重卡车型参数作为参考，见表4。

图5 组合踏板中心位置

表3 重卡个踏板中心距推荐值

表4 四款方向盘参数

随后根据方向盘与周边环境的间隙进行具体参数的调整，建议值见表5。

表5 方向盘间隙推荐值

方向盘定义之后还需要通过软件结合人体硬点尺寸绘制方向盘盲区，以便接下来定义组合仪表等仪表台上零部件的位置。

3.4.6仪表台位置设计

仪表台外围大尺寸主要限制为仪表台下盲区，仪表台的向高度会直接影响驾驶员下视野，驾驶员需要看到车前5 m以外的地面，并且与标高车型进行对标对整体仪表台上部遮挡进行考量，盲区越小越好。

向尺寸主要影响车内部电器件、主线束、空调、风道等仪表内部的零部件布置，并且与人体操作方便性、空间舒适性强相关。

根据人体硬点尺寸，按照法规SAE J287绘制驾驶员手伸及面（见图6）对仪表台所有需要手操作的按键、旋钮、换挡等进行布置[3]。

图6 驾驶员手伸及界面

初步布置后再根据每个按键的使用频次进行调整。

组合仪表的位置需要考虑与眼睛的目距，不小于700 mm，并且在仪表盲区[4]以外，与驾驶室其他透光位置的光源无光纤反射之眼椭圆，不造成仪表炫目，并且仪表光线不会通过前风窗反射至眼椭圆。

仪表台布置还需要出风口、杯托、储物等功能件的布置。

3.4.7其他位置设计

驾驶室内部还有高架箱、天窗、卧铺等功能件、阅读灯、音响等电器件需要进行布置，主要根据人体的操作方便性、空间舒适性、检修方便性等进行合理布置设计可以通过RAMSIS软件进行设计评价，人体尺寸根据SAEJ833进行校核。

驾驶室外部上车踏步需要进行布置、第一级踏步离地不大于600 mm，每级向阶差不大于400 mm，向阶差大于25 mm，并且需要根据人机硬点及布置进行视野校核，其中包括了前方视野、360°环视、间接视野等（参考法规《GB 15084机动车辆间接视野的性能和安装要求》《GB 11562 汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》）。

4 总结

驾驶室总布置是驾驶室开发的基础，并且贯穿在设计的每一个阶段。驾驶室的布置是一个不断修订相互妥协的过程，每一个零部件的布置都会根据特定场景、特殊需求进行调整，所有的参考范围只能作为指导，并不能作为强制尺寸限制（法规项除外）。一个好的布置一定是在有限的空间内满足产品的设计要求的基础上，最大限度的为驾驶员提供更好的驾乘体验，以人为本，永远是驾驶室总布置的重要原则[5]。

随着技术的不断发展，驾驶室的总布置设计要更多地考虑模块化的设计理念[6]，并且不仅仅是模块的拆分和共用，更应深入产品的生产路线、工艺、运输、销售等等各个环节中实现利润最大化。今后虚拟现实验证、人机台架等先进技术的引入将会大大提升总布置设计效率。

[1] 袁泉.汽车人机工程学[M].北京:清华大学出版社, 2018.

[2] 裴凯东.基于人机工程学对重型车辆驾驶室的设计与研究[D].太原:中北大学, 2015.

[3] 刘群,任金东,张茜,等.考虑困难度的驾驶员坐姿手伸及能力研究[J].机械工程学报,2016,52(14):125- 133.

[4] 全国汽车标准化技术委员会.汽车驾驶员前方视野要求及测量方法:GB 11562—2014[S].北京:中国标准出版社,2014.

[5] 肖军.重卡驾驶室设计趋势研究[J].汽车工业研究, 2015(12):57-63.

[6] 陈平,余传海,王琪栋,等.汽车模块化平台战略分析[J].汽车工程师,2017(9):15-17,24.

Design Method and Practice for the General Layout of the Cab of a Heavy Truck

ZHANG Yujia, LI Yanpeng, XUE Weipeng

( Zhizi Automobile Technology Company Limited, Xi'an713700, China )

This article mainly introduces the basic process and method of heavy truck cab in the process of general layout design, it is mainly used to guide engineers in the design of the overall layout of the cab of a heavy truck, and provides a certain empirical reference.Including the design methods and reference indicators of key hard point sizes such as ergonomics, body-in-white, instrumentation, seats, exterior decorations, etc., as well as the key contents to be paid attention to in the overall layout design process. This article provides basic assistance in the design of the overall layout of the cab of a heavy-duty truck.

Ergonomics;Cab in the process of general layout; Design method;Heavy truck

U463.81

A

1671-7988(2023)03-83-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.03.016

张羽佳（1990—），男，工程师，研究方向为商用车驾驶室总布置设计，E-mail:362056997@qq.com。