1、摘要目前汽車尤其是乘用車設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)以人為中心，舒適性一直是汽車設(shè)計(jì)的主體和追求目標(biāo)。商用車是汽車工業(yè)產(chǎn)品型譜中的重要組成部分,在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。近年來隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、高等級(jí)公路的大量修建以及物流業(yè)的迅速發(fā)展,我國(guó)商用車發(fā)展迅速。國(guó)內(nèi)商用車企業(yè)雖然具有一定的自主研發(fā)和科技創(chuàng)新能力,但在商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)開發(fā)方面與國(guó)外相比還有一定的差距。運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理對(duì)商用車駕駛室進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì),改善駕駛員工作環(huán)境,對(duì)于提高商用車主動(dòng)安全性,保證駕駛員行車安全和身體健康具有重要意義。本文結(jié)合所承擔(dān)的“十一五”國(guó)家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃 （863計(jì)劃）項(xiàng)目“重型汽車集成開發(fā)先

2、進(jìn)技術(shù)（2006從 110105）” ,對(duì)重型商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入、系統(tǒng)研究,論文完成的主要研究工作如下:對(duì)重型商用車駕駛室人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和過程,以及采用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行了研究總結(jié) ,建立了重型商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)方法。研究了根據(jù)人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)建立用于商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)和分析數(shù)字人體模型的關(guān)鍵技術(shù),包括人體測(cè)量學(xué)參數(shù)描述、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模、人體肢體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)和姿勢(shì)求解的正向和反向運(yùn)動(dòng)學(xué)問題、幾何建模和外觀可視化、性能建模等 ,建立了三維數(shù)字化人體模型,開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重型商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)（SHOVED。 ）利用該系統(tǒng)對(duì)某商用車駕駛室座椅H

3、點(diǎn)位置、前后方視野、A 柱盲區(qū)、儀表視野和平均觀測(cè)距離、手伸及性,踏板舒適性,操縱方便性、風(fēng)窗刮掃面積和上下車方便性等人機(jī)性能進(jìn)行了設(shè)計(jì)、分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,該車型的人機(jī)性能滿足國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)要求,并給出了進(jìn)一步改善駕駛室人機(jī)性能的建議。提出了一種改進(jìn)的人體姿勢(shì)舒適度評(píng)價(jià)方法,即采用人體肌肉負(fù)荷作為姿勢(shì)舒適性的客觀量度 ,而肌肉負(fù)荷從宏觀上根據(jù)關(guān)節(jié)載荷計(jì)算;通過仿真分析獲得姿勢(shì)空間內(nèi)姿勢(shì)舒適性的分布;對(duì)姿勢(shì)舒適性分布數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,建立姿勢(shì)舒適性評(píng)價(jià)模型。本文將商務(wù)車駕駛室作為一個(gè)特殊、復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng)，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)理論，借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了裝載機(jī)駕駛室人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)化。該方法為縮

4、短裝載機(jī)新機(jī)型的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，也為進(jìn)行駕駛室設(shè)計(jì)和性能檢驗(yàn)提供了一種有效手段。關(guān)鍵字：人體測(cè)量學(xué)，駕駛室，人機(jī)工程學(xué)，數(shù)字人體模型ABSTRACTNowadays， the modem vehicle especially the car emphasis on that men is the center ， and the designing of Vehicle is the main content and target to Heavy-duty commercial vehicle is important part in automobile product catal

5、og, and plays an important role in our national economical construction and social development. In recent years, with rapid development of the Chinese national economy, extensive construction of highway, and development of logistics industry, Heavy-duty truck industry develops rapidly in China. Alth

6、ough domestic commercial vehicle enterprises have the abilities of self-R&D and science and technology innovation, but domestic commercial vehicle enterprises lag behind oversea automobile companies in ergonomic design. From the Point of view of vehicle design, the most direct way to improve the

7、 active safety of vehicle and Working environment of drivers safety and health, is to design the cab scientifically by using the ergonomic theories.Based on national 863 high-tech development Project ” Advanced Technology ofIntegration and development for Heavy-duty Truck ” , The profound and system

8、atic research works are carried out in this dissertation focusing mainly on the key techniques of Heavy-duty commercial vehicle cab ergonomic design and evaluation method. The major research contents are finished as follows:A summation is conducted for the ergonomic design contents, Processes and St

9、atistical method of commercial vehicle cab. A ergonomic design method for Heavy-duty truck is established.In this dissertation, key techniques of modeling of digital humanused forHeavy-duty commercial vehicle ergonomic design and analysis are studied, including anthropometry Parameters description,

10、kinematics and dynamics modeling, direct and reverse kinematics for limbs driving and Posture calculation, geometric modeling and visualization, Performance modeling, etc. A 3D digital humanmodel is built up. By integrating these functions, together with vehicle modeling and ergonomic analysis featu

11、res, a Heavy-duty commercial vehicle ergonomic design and evaluation system SHOVED (System for Heavy-duty Commercial Vehicle Ergonomic Design) is developed.By using SHOVED, cab concept can be constructed based on the cab parameters inputted, test samples of target population for ergonomic analysis c

12、an be generated, comfort of upper and lower extremities can be evaluated considering steering, shift and pedal operations, front and back vision field, A-Pillar dead ground, dashboard vision field and mean observation distance, windshield sweep area, and convenience for up-and down truck can be anal

13、yzed and evaluated. Results show that ergonomic Performance of target vehicle satisfied domestic and SAE standard requirements. A few suggestions are proposed for improving ergonomic performance of the cab further.In this study, loader cab Was taken as a special and complex man machine Bythe aid of

14、the theory of man - machine engineering and computerized simulation the CADmethod of loader cab Wasrealized With the new design method。 The development cycle and cost were decreased And it provides an effective way for loader cab design and performance testsKeywords： Anthropometry Heavy-duty Commerc

15、ial Vehicle Cab第一部分前言論文研究背景商用車發(fā)展的潮流是行駛安全性越來越好,技術(shù)含量越來越高,駕駛越來越舒適和人性化。在人們生活水平大幅提高的我國(guó),隨著汽車工業(yè)技術(shù)水平的不斷提升和消費(fèi)者的不斷成熟,會(huì)對(duì)商用車的舒適性和安全性有著越來越高的要求,使得進(jìn)一步研究和改善商用車的人機(jī)性能十分必要。在駕駛室布置設(shè)計(jì)中,人機(jī)工程學(xué)的研究及應(yīng)用是提高舒適性、安全性最直接的措施,特別是對(duì)駕駛和乘坐環(huán)境的改進(jìn)尤為顯著。良好的人機(jī)工程設(shè)計(jì)會(huì)充分考慮操作者的生理、心理等因素與人一車一環(huán)境系統(tǒng)的狀態(tài),是實(shí)現(xiàn)汽車人性化設(shè)計(jì)的重要方面。人機(jī)工程布置還會(huì)影響整車內(nèi)外造型的尺寸,進(jìn)一步影響整車的總體性能和市場(chǎng)

16、競(jìng)爭(zhēng)力。從某種意義上講,人機(jī)工程設(shè)計(jì)的好壞直接決定了汽車設(shè)計(jì)水平的高低。近幾年,汽車安全性也成為人機(jī)工程學(xué)研究熱點(diǎn)之一。國(guó)外汽車工業(yè)重視 “以人為本”的同時(shí),加大了汽車安全駕駛的研究力度,強(qiáng)調(diào)通過合理設(shè)計(jì)和車身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)來減少汽車碰撞損失和加強(qiáng)行人保護(hù)（ 1） 。 目前仍然有許多問題要借助人機(jī)工程學(xué)手段做傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)過程是從概念設(shè)計(jì)到初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和分析反復(fù)進(jìn)行的過程,其中概念設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)中都包含了車身布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容,它是進(jìn)行造型和詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。隨著并行工程、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的不斷應(yīng)用和發(fā)展,現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)流程已將造型設(shè)計(jì)、布置設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析等內(nèi)容同步進(jìn)行

17、。但為減少協(xié)調(diào)的時(shí)間和保證設(shè)計(jì)效率,在設(shè)計(jì)初期就以布置設(shè)計(jì)的要求為依據(jù)下達(dá)造型等工作的任務(wù)書,并不斷在布置和其它設(shè)計(jì)內(nèi)容之間進(jìn)行協(xié)調(diào),最后完成設(shè)計(jì)。因此,布置設(shè)計(jì)是概念設(shè)計(jì)過程中很重要的內(nèi)容進(jìn)一步研究解決。人體模型駕駛室設(shè)計(jì)需要利用人體模型來盡可能的模擬現(xiàn)實(shí)中的人，從而縮短與人體有關(guān)的零部件的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)周期。以人體參數(shù)為基礎(chǔ)建立的人體模型是描述人體形態(tài)特征和力學(xué)特征的有效工具，是研究、分析、評(píng)價(jià)、試驗(yàn)人機(jī)系統(tǒng)不可缺少的重要輔助手段?？茖W(xué)、 合理的建立人體模型是人機(jī)工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)于像裝載機(jī)這樣比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)對(duì)象，應(yīng)用人體模型是一種重要的輔助手段，它既可以表現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，也可以用來調(diào)整設(shè)計(jì)，以確

18、定最終設(shè)計(jì)尺寸。人體模型按構(gòu)造方法可以分為物理仿真模型和數(shù)學(xué)仿真模型兩類。我們?cè)谌藱C(jī)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域常用的人體模型有二維人體模板、三維人體模型、人體數(shù)學(xué)模型和數(shù)字人體模型，最后一類人體模型以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠與設(shè)計(jì)對(duì)象的數(shù)字模型進(jìn)行交互，使人機(jī)系統(tǒng)三維顯示在設(shè)計(jì)師的面前。其特點(diǎn)是反映的信息量大，便于解決相關(guān)的復(fù)雜計(jì)算，是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加直觀、快速和可靠。人體模型在裝載機(jī)駕駛室設(shè)計(jì)中作為一種輔助手段，它既可以表現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果， 也可以用來輕松調(diào)整設(shè)計(jì)方案，從而確定最終設(shè)計(jì)尺寸。將人體模型引入到通過 CAD 技術(shù)建造虛擬的三維作業(yè)空間模型中（2） ，可以對(duì)比、分析、評(píng)價(jià)作業(yè)空間的多種設(shè)計(jì)方案。計(jì)算機(jī)中產(chǎn)

19、生的三維圖形可以使設(shè)計(jì)師更加方便、快捷的調(diào)整人機(jī)環(huán)境之間的相互關(guān)系。通過多個(gè)設(shè)計(jì)方案的對(duì)比、分析、評(píng)價(jià)，最終能夠優(yōu)選出最合理的作業(yè)空間。商用車人機(jī)設(shè)計(jì)方法人機(jī)工程設(shè)計(jì)通常始于概念設(shè)計(jì)初期。此前,先要明確產(chǎn)品開發(fā)的目標(biāo)；并通過對(duì)標(biāo)分析，確定人機(jī)工程設(shè)計(jì)的基本概念、目標(biāo)和約束條件（如 :駕駛室長(zhǎng)、寬、高，座椅高度,前方地面盲區(qū)長(zhǎng)度等）。此外,還要了解目標(biāo)駕駛員群體特點(diǎn)（男女比例、地區(qū)、年齡特點(diǎn)等）和人體尺寸,作為人機(jī)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，商用貨車具有底盤高，駕駛室為平頭,駕駛室內(nèi)部高度方向空間大、長(zhǎng)度方向空間緊湊等特點(diǎn)。此外，重型商用貨車的駕駛員群體多數(shù)為男性。對(duì)于全新開發(fā)車型,重型商用貨車人機(jī)工程設(shè)計(jì)

20、主要內(nèi)容和流程。最終的布置結(jié)果必須滿足如下要求：（ 1）乘員坐姿符合乘員群體舒適乘坐要求；（ 2）保證必須的空間,以保證駕駛員操作靈活準(zhǔn)確,增強(qiáng)舒適性和安全性；（ 3）操縱裝置的布置位置和作用力大小符合人體操縱范圍和操縱力特點(diǎn)；（ 4）駕駛員視覺信息系統(tǒng)適合人眼視覺特性和駕駛員視野要求,且能及時(shí)獲得正確的駕駛信息。從總體上講，汽車人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)分為初步設(shè)計(jì)和后期校核兩個(gè)階段。初步設(shè)計(jì)的任務(wù)是建立乘員和室內(nèi)主要部件的布置方案。傳統(tǒng)的人機(jī)工程初步設(shè)計(jì)或者對(duì)于全新開發(fā)所進(jìn)行的初步設(shè)計(jì),參考的資料和數(shù)據(jù)相對(duì)較少，通?？梢园凑找欢ǖ脑O(shè)計(jì)流程來建立一個(gè)初步的設(shè)計(jì)方案。由于設(shè)計(jì)內(nèi)容是從駕駛員乘坐和駕駛環(huán)境設(shè)

21、計(jì)參數(shù)定義開始,然后過渡到駕駛室、乃至整車的設(shè)計(jì)參數(shù)定義,因此,這種設(shè)計(jì)過程又稱為從內(nèi)到外的設(shè)計(jì)，從內(nèi)到外的設(shè)計(jì)過程中,為了方便進(jìn)行乘員布置、表達(dá)設(shè)計(jì)意圖、進(jìn)行視野校核、以及工程制圖等,通常借助一些設(shè)計(jì)工具輔助完成。初步設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要的階段。初步設(shè)計(jì)的結(jié)果為后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)確定了基本的基調(diào)。本節(jié)對(duì)重型商用車駕駛室人機(jī)工程學(xué)初步設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究總結(jié)，并應(yīng)用于本公司的某款車型的開發(fā)中，取得了良好的效果（ 3） 。裝載機(jī)駕駛座椅主要參數(shù)的人機(jī)工程要求。駕駛座椅主要參數(shù)的人機(jī)工程要求駕駛座椅屬于工作用座椅，通過以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)工作用座椅4O3-53UW正確的座高應(yīng)使坐者大里保

22、存水平小催天 亶森直.雙腱能平放在地面上.這是因?yàn)榇蟾诺着刖?8S的柔軟肌肉并不適合承受過度的壓力，坐 墊前端所受的壓力信使人感到很不舒適.坐寬里我的設(shè)定必羯適合于身材高大者,其相對(duì) 應(yīng)的人體測(cè)域值是普寬.430-45Dn堡深些法應(yīng)技第&百分位的人體尺寸設(shè)計(jì),這樣 身材嫌小者坐著舒5s.身體高人者只要小度 能得到拄定的支埼.也不會(huì)在人底部位引起 任力疫苗.350700m2* -12*因作蛙空間一般在身體前WL如坐面過分后忘一 1asi脊椎因身體前傾作業(yè)面會(huì)被拉直.破壞用正常的腰椎曲線，形成一種黃力的愛樂四此訪救不能太太的主要參數(shù)有相應(yīng)的人機(jī)工程設(shè)計(jì)要求，見表1-1設(shè)計(jì)部位人機(jī)工程學(xué)要家

23、推薦值算臂由后琴和銀厘絹或，大都分匚件場(chǎng)合.靠背腰靠岸主要，腰靠一般設(shè)在由坐面網(wǎng)上的第二節(jié)囊椎骨處.115"器背幀角是指平面與能背的奏謝.從保持正 靠背怪角 常自然形態(tài)的的口桂.塔如燈遙感角度與.靠背憾偏取115*較為合表1-1座椅主要設(shè)計(jì)部位及設(shè)計(jì)要求人機(jī)工程設(shè)計(jì)原則人機(jī)系統(tǒng)中，操縱裝置是將人的信息輸送給機(jī)器，用以調(diào)整、改變機(jī)器狀 態(tài)的裝置。操縱裝置將操作者的信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)器的輸入信號(hào)，是人機(jī)信息交互的重要組成部分，其設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到整個(gè)人機(jī)系統(tǒng)能否正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)。 遵循人機(jī)工程設(shè)計(jì)原則，這就要求保證操縱裝置的操縱有效性， 同時(shí)要考慮到以 下幾個(gè)方面：（1）操縱器的形狀適應(yīng)人的

24、生理特點(diǎn)；（2）操縱器的形狀便于觸覺對(duì) 他進(jìn)行識(shí)別；（3）尺寸應(yīng)符合人體尺度的需要。根據(jù)人與物接觸部位不同，操縱 器可以分為手控操縱器和腳控操縱器，這兩種操縱裝置在裝載機(jī)駕駛室中都存 在。裝載機(jī)工況和作業(yè)要求復(fù)雜，因此其操縱裝置除了常規(guī)的踏板和操縱桿， 還有不同于普通車輛的動(dòng)臂操縱桿和鏟斗操縱桿，這就要求在操縱裝置的人機(jī)工 程設(shè)計(jì)中，要充分考慮駕駛員的生理特點(diǎn)，也要考慮操縱裝置的使用功能和使用情況。 而且裝載機(jī)的操縱裝置使用頻繁，其在駕駛室內(nèi)的布置及操作順序要符合人的生理、心理特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)習(xí)慣。第二部分工作原理汽車人機(jī)工程設(shè)計(jì)國(guó)外對(duì)汽車人機(jī)工程學(xué)的研究起始于上世紀(jì)五十年代,主要集中在北美地區(qū),尤

25、其是推出了很多標(biāo)準(zhǔn)，有的已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織所采用,如 :三維 H 點(diǎn)裝置、眼橢圓等。這些研究為科學(xué)地從事汽車人機(jī)工程設(shè)計(jì)奠定了良好的理論基礎(chǔ)和方法條件。在國(guó)內(nèi) ,溫吾凡、劉金秋等人都曾對(duì)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于汽車駕駛室設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行過研究。葛如海專門研究了重型商用牽引車駕駛室設(shè)計(jì)的人機(jī)工程問題。 經(jīng)過對(duì)人機(jī)工程學(xué)在汽車內(nèi)部布置方面應(yīng)用和相關(guān)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行消化吸收的基礎(chǔ)上,一些人研究如何將領(lǐng)域知識(shí)凝練到軟件中,以快速地完成人機(jī)工程設(shè)計(jì)和分析。例如:宋寶玉、李維斗等人研究開發(fā)了駕駛室人機(jī)工程設(shè)計(jì)軟件。在人機(jī)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)方面,許多企業(yè)和高校也在不斷研究。有的研究了一種主觀評(píng)價(jià)內(nèi)部布置的方法,選擇一定數(shù)

26、量的有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員,根據(jù)駕駛經(jīng)驗(yàn)、舒適性感受等主觀判斷,對(duì)駕駛室各部分進(jìn)行主觀打分,從而實(shí)現(xiàn)主觀評(píng)價(jià)。有的系統(tǒng)研究了汽車駕駛室設(shè)計(jì)的人機(jī)界面評(píng)價(jià)過程,包括從廠商的項(xiàng)目提出到最終的綜合人機(jī)評(píng)價(jià)等個(gè)步驟，研究了汽車坐姿不舒適性主觀評(píng)價(jià)方法,并研究了通過易讀性、量表信度和表面效度的顯著性水平來簡(jiǎn)化問卷指標(biāo)的方法。踏板布置加速踏板的安裝位置和駕駛員座椅高度決定了駕駛員的基本乘坐姿態(tài),對(duì)駕駛員坐姿舒適性和各項(xiàng)功能操作具有重要影響（4）。此外,加速踏板位置還決定了駕駛室其它部件（其它踏板、轉(zhuǎn)向盤等）的布置位置,是車內(nèi)布置的重要參考元素。加速踏板布置分析主要關(guān)注以下問題:（ 1）踏板中心高度。會(huì)影響駕駛員踩

27、關(guān)節(jié)舒適性。由于加速踏板踩踏頻繁,其布置必須考慮長(zhǎng)時(shí)間操作的舒適性。加速踏板未踩下時(shí),應(yīng)保證跺關(guān)節(jié)角度A46不小于870,踩到底后A46 不大于105“ ,以保證駕駛員踩關(guān)節(jié)舒適；(2)踏板表面傾斜角度要合適，否則會(huì)影響踏板表面和腳底面的貼合；(3)要保證駕駛員腳底施力位置始終處于踏板中心附近；(4)踏板轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置要合適。不合適的轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置 ，不能保證在踩踏行 程范圍內(nèi)腳底施力點(diǎn)位置始終位于踏板中心附近，或者踏板表面與腳底面的貼 合；(5)制動(dòng)和離合踏板的位置可參照加速踏板位置進(jìn)行布置。為保證緊急制動(dòng)時(shí)，駕駛員不會(huì)誤踩到加速踏板，通常制動(dòng)和加速踏板表面錯(cuò)開一定距離；(6)確定所有踏板高度和

28、前后位置之后，還要確定側(cè)向的位置和間距，包括離合踏板與駕駛員中心線、制動(dòng)踏板與駕駛員中心線、以及制動(dòng)踏板與加速踏板之 問的間隙。根據(jù)上述原則，可以對(duì)踏板的布置方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，乃至給出合理的布置建議。踏板布置相關(guān)尺寸參見圖 2-1。圖2-1 SAE定義的踏板布置尺寸H點(diǎn)方案設(shè)計(jì)人體設(shè)計(jì)樣板法 人體設(shè)計(jì)樣板法是采SAEJ82fr定義的H點(diǎn)二維人體設(shè)計(jì)樣板58來布置定位H點(diǎn)位置，如圖2-2所示。圖2-2 H點(diǎn)二維人體模板在踏板位置方案確定之后，將第95百分位的男子人體模板按要求擺放在駕駛 室內(nèi)。將其加速踏板踵點(diǎn) AHP與踏板附近指定的地面上的一點(diǎn)重合，整個(gè)腳掌繞 AHP旋轉(zhuǎn)至腳掌與踏板面貼合；調(diào)

29、節(jié)背部角到要求的角度然后鎖定，從而定位軀干； 再調(diào)整模板小腿和大腿的角度，則這時(shí)的設(shè)計(jì)H點(diǎn)為最后H點(diǎn)。按同樣步驟將第5百分位的女子人體模板擺放在駕駛室，所得到白設(shè)計(jì)H點(diǎn)為最一前H點(diǎn)。 根據(jù)第5百分位女子和第95百分位男子H點(diǎn)來確定H點(diǎn)的上下、前后調(diào)節(jié)行程。這種確定H點(diǎn)的方法簡(jiǎn)單可行，在內(nèi)部正向設(shè)計(jì)初期是一種很重要的方法。但是人體模板雖然是用統(tǒng)計(jì)意義上的人體數(shù)據(jù)所創(chuàng)建的，但是并不具有實(shí)際代表意 義用為它只是兩個(gè)人體模板，只是兩個(gè)個(gè)體，并且這種統(tǒng)計(jì)意義上的人體模板在 現(xiàn)實(shí)生活中是很少會(huì)存在的。所以利用這種人體模板設(shè)計(jì)出來的H點(diǎn)適應(yīng)度是不夠的。雖然應(yīng)用的是95百分位的男性人體模板和5百分位的女性人體

30、模板， 但是實(shí)際上設(shè)計(jì)出的H點(diǎn)并不一定能夠保證良好的適應(yīng)性。SAE®意H點(diǎn)位置曲線法(5)1985年,SAE隹出了 SAEJ151標(biāo)準(zhǔn),用來輔助進(jìn)行駕駛員 H點(diǎn)布置。SAEJ1517 中推薦了不同百分位的一組適意駕駛位置時(shí) H點(diǎn)的位置線嘩,其中每一條曲線都 表征了 H點(diǎn)位置與定位參考點(diǎn)之間的水平 XH和垂直方向ZH的位置關(guān)系。對(duì)于B 類車,zH與xH呈線性關(guān)系 參見表2-1。圖2-3給出了 B類車的一 SAE®意H點(diǎn)位置線。給定不同百分位的H點(diǎn)高度就能夠得到最后、最前以及其它百分位的設(shè) 計(jì)H點(diǎn)，座椅的行程和升程可根據(jù)最后和最前 H點(diǎn)來確定。先女比例90： 1075 ; 25

31、50: 50模型乜f =90023047%,637.76 1317ZWXjf = 928.86-O.519Z, 七仙=K2244r 0,4607* 兒尸占f=922.49-0494Z“w =85531-050% 福產(chǎn) 762.17-0.48乜表2-1 SAEJ1517H隹薦不同百分位的一組適意駕駛位置的H點(diǎn)位置線圖2-3 B類車SAE適意H點(diǎn)位置曲線SAEB意線是根據(jù)早先的美國(guó)人體數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析之后得出的，對(duì)于不同時(shí)代、不同國(guó)家的人體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不一定適用。計(jì)算對(duì)應(yīng)某一百分位的H點(diǎn)時(shí)只能得到一個(gè)點(diǎn)，靈活性較差。同時(shí)，SAE®意線法沒有將目標(biāo)駕駛員群體的統(tǒng)計(jì)特性,尤其是國(guó)別、身材、男女比

32、例、百分位等作為參數(shù)，因此，不能針對(duì)任意給的駕 駛員目標(biāo)人群都適用。SAE®意線比較適合于在從內(nèi)到外的車身布置方法中使 用。因此，很多人也研究了其它的H點(diǎn)布置方法。面向指定駕駛員群體的H點(diǎn)布置方法駕駛員座椅的布置通過確定不同身材駕駛員乘坐位置 （H點(diǎn)位置）來實(shí)現(xiàn)，這 些H點(diǎn)分布呈現(xiàn)一個(gè)范圍。對(duì)于重型商用貨車，用一個(gè)矩形表示駕駛員群體中一 定比例個(gè)體H點(diǎn)位置的分布范圍，稱為H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口 160,其位置和尺寸反映了設(shè) 計(jì)方案對(duì)于目標(biāo)群體的適應(yīng)程度，通常要求適合90%的駕駛員；此外，在保證駕 駛員下肢舒適的前提下，將座椅位置布置得適當(dāng)靠前一些，以保證良好的駕駛員 前方下視野。H點(diǎn)的布置是駕

33、駛室內(nèi)其它布置設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，并且關(guān)系舒適、安全 等多方面性能，因此，在最基本的駕駛員乘坐方案中，必須科學(xué)、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)H點(diǎn)調(diào) 節(jié)窗口。已知條件為地板和加速踏板參考點(diǎn) PRP位置,參見圖2-4。在布置坐標(biāo)系尤02 下，某一個(gè)體駕駛員的H點(diǎn)位置坐標(biāo)，駕駛員上半身越傾向直立。硬點(diǎn)尺寸H30為 座椅高度，是乘坐參考點(diǎn)到加速踏板踩點(diǎn)的垂直距離，反映了群體命分布的狀況。 對(duì)于帶有高度方向調(diào)節(jié)功能的座椅，應(yīng)位于 H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口的右邊界中點(diǎn)處。設(shè) 計(jì)中通常根據(jù)對(duì)標(biāo)分析或設(shè)計(jì)目標(biāo)給出刀30,再據(jù)此確定H點(diǎn)在水平和垂直方向的分布范圍，即硬點(diǎn)尺寸TL23升217和L53。上述硬點(diǎn)尺寸和術(shù)語(yǔ)的定義參見 文獻(xiàn)，這里的刀30、

34、L53指的是汽車設(shè)計(jì)參數(shù)。圖2-4重型商用車H點(diǎn)布置商用車主要考慮男子群體。根據(jù)我國(guó)成年男子身高、坐高的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算覆蓋群體范圍90%的群體身高Hs和坐高從的分布邊界，見圖2-5;在邊界上生成分布均勻的8個(gè)樣本點(diǎn)，其人體尺寸參見表2-1。在布置坐標(biāo)系口刃Z中, 大腿長(zhǎng)度L3、小腿長(zhǎng)度L4、以及跺關(guān)節(jié)到踩點(diǎn)的距離 Lg有關(guān)。通過分析得知， 與乘坐位置有關(guān)的變量L3、L4和Lg的分布只存在一個(gè)很顯著的主成份，可根據(jù)它 的單調(diào)性來設(shè)計(jì)H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口。鑒于下肢長(zhǎng)度的單調(diào)性與該主成份是一致的，有 理由選取樣本點(diǎn)中下肢長(zhǎng)度最長(zhǎng)和最短的兩個(gè)作為設(shè)計(jì)樣本。通過對(duì)比可知，下肢最長(zhǎng)的樣本點(diǎn)是P5,最短的樣本點(diǎn)

35、是P6。圖2-5覆蓋群體分布的樣本點(diǎn)樣本點(diǎn)身高1坐高小大腿長(zhǎng)人小腿氏4P11833.8908.0438.6427.6P2 j152631908.040553953P31680.0993.03524343.6P41680.0823.0428J4173P51788.7847.9465.4453,7P615713968.1315.1307.2P7178&71968.1411.9401.5P815713847.9368.63593表2-2樣本人體尺寸根據(jù)已知條件（PRP地板和萬(wàn)30），以及商用車駕駛員肢體活動(dòng)范圍，計(jì)算H 點(diǎn)分布范圍，計(jì)算公式如下2-1:Xit = Xttt + 4 - cos

36、( - ota - a) +- cos(n - as -a4) + Z? cos(a9)ZJt,工 w + ( sin(n:-a -a)+£4 si 口 (n-aK -aj- Z. sin(%)分別計(jì)算兩個(gè)樣本點(diǎn)的H點(diǎn)分布區(qū)域，如圖2-6所示。圖2-6 H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口在圖中畫出了不同舒適程度的區(qū)域，以不同的顏色表示。在這兩個(gè)區(qū)域中分 別選取一點(diǎn)作為最前最低H點(diǎn)（圖中P肝口最后最高H點(diǎn)（圖中P2）,由這兩個(gè)點(diǎn)形成 H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口。所選的H點(diǎn)應(yīng)盡可能具有較好的舒適性。如前所述，sgRP位于H 點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口的右邊界上，所以,選取這兩個(gè)H點(diǎn)的時(shí)候，還要使H30盡可能與設(shè)計(jì)目 標(biāo)值一致；并在保證H點(diǎn)

37、調(diào)節(jié)窗口左下角和右上角落入相應(yīng) H點(diǎn)分布范圍的同時(shí) 盡可能減小TL23和Z日17,以減小座椅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。布置工具圖形定位布置工具圖形是進(jìn)一步進(jìn)行儀表板、操縱件布置，保證目標(biāo)駕駛員群體中的大多數(shù)人具有良好的駕乘舒適性有力工具（7）。SAE眼橢圓B類車橢圓標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容自1987年以來一直沒變。尺寸參見表 2-3。B類車定 位時(shí)以ATRP駕駛室布置工具圖形定位基準(zhǔn)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。由于操作B類車的駕駛員中，具體車型的不同，駕駛員群體中男女比例可能會(huì)有較大的差異，因此， 眼橢圓定位時(shí)需要考慮駕駛員群體中男女比例。此外，在側(cè)視圖上，眼橢圓關(guān)于其中心有向前下方度的轉(zhuǎn)角；在俯視圖上，左右眼橢圓關(guān)于其中心有向

38、右側(cè)度的轉(zhuǎn) 角。百分位77.23 / mm氏軸Lx J mm短軸/nun豎軸Lz / mm95th100133173.8105.086.0>133198.9105,086.099 th100733242.1149.01220>133268.2149.0122,0表2-3 B類車橢圓尺寸、 AHP圖2-7 B類車眼橢圓男女比例go： io男女比例75:25男女比例為50:50IX =-134,44 + 12.23/440匕二 725匕=32.5 r!Z = 707.52-4.1744()X - 201X)5 十 1365440Yt= -32.5Yh=32.5Z = 699.66-3.

39、82440<"X -175.26 十 1268 A40匕二325匕=32.52 = 691.09 - 3.577140表2-4定位公式（男女比例為我）：10） （男女比例為75瑞25） （男女比例為3。二50）(2-2)眼橢圓中心相對(duì)于Al,RP點(diǎn)的定位公式列于表2 4。表中，萬(wàn)為橢圓中心相 對(duì)于ATRP勺水平距離；玖、殊分別為左、右眼橢圓中心相對(duì)于 ATRP的側(cè)向距離；z 為圓中心相對(duì)于ATRP勺垂直距離。眼橢球繞其中心旋轉(zhuǎn)：在俯視圖中向內(nèi)側(cè)偏度, 側(cè)視圖中向前下偏轉(zhuǎn)度。ArRP是駕駛室布置工具圖形定位基準(zhǔn)點(diǎn)，是SAEJ151麻 準(zhǔn)中定義的、用于定位布置工具圖形的基準(zhǔn)點(diǎn)（8）

40、。對(duì)于A類車，根據(jù)95th百分位 H點(diǎn)位置曲線和H點(diǎn)高度計(jì)算ATRP對(duì)于B類車，根據(jù)50th百分位駕駛員H點(diǎn)位 置曲線、H點(diǎn)高度和駕駛員男女比例來計(jì)算戶 a,RP ATR眼置根據(jù)下式計(jì)算：85531 - 0.509Z822.44-U,460Z798.74-0.446Z轉(zhuǎn)向盤布置轉(zhuǎn)向盤布置，包括確定中心位置、傾角和輪緣直徑。合理地布置轉(zhuǎn)向盤，對(duì)于改善駕駛員操縱姿勢(shì)、減小操舵力，從而降低駕駛疲勞程度具有重要意義。確定轉(zhuǎn)向盤的位置要考慮與儀表板和駕駛員之間的距離合適。轉(zhuǎn)向盤輪緣到駕駛員軀干的距離不宜小于250mm，這個(gè)間隙是安全的重要保證。轉(zhuǎn)向盤前后位置 還要保證駕駛員打轉(zhuǎn)向時(shí)的伸及性。轉(zhuǎn)向盤的高度

41、的確定應(yīng)考慮駕駛員上肢的舒 適性，太高會(huì)造成“端胳膊”的感覺，容易加快疲勞。由于不同身材駕駛員乘坐位 置和肢體尺寸的離散性，上述要求不容易對(duì)于大多數(shù)人都滿足，因此，轉(zhuǎn)向盤的位 置一般設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)的，使得大多數(shù)人都能夠通過調(diào)節(jié)獲得舒適的轉(zhuǎn)向盤操作位 置。轉(zhuǎn)向盤傾角的選定應(yīng)該使轉(zhuǎn)向盤輪緣所在平面盡量與駕駛員觀察儀表時(shí)的 接近視線垂直，以獲得最佳的儀表視野；同時(shí)，還要與手部抓握軸線的方向相適應(yīng)。 商用車轉(zhuǎn)向盤直徑通常大于450mm。太小則操縱不穩(wěn)定，且影響儀表視野。轉(zhuǎn)向 盤直徑太大會(huì)浪費(fèi)布置空間。很多商用貨車都裝有轉(zhuǎn)向助力裝置，不必采用加大 直徑的辦法來減小操舵力（9）。最終所確定的轉(zhuǎn)向盤中心位置、

42、傾角和轉(zhuǎn)向盤直徑，是通過反復(fù)進(jìn)行駕駛員人體、座椅、轉(zhuǎn)向盤布置和位置校核后得到的?，F(xiàn)代轉(zhuǎn)向盤上還集成了許多操縱 鈕鍵，如雨刮器開關(guān)，風(fēng)擋玻璃洗滌器噴水開關(guān)，大燈、轉(zhuǎn)向燈、小燈開關(guān)，喇叭按鈕, 巡航按鈕等。布置這些的時(shí)候要考慮手指操作的伸及性。 適當(dāng)選擇這些鈕件的形 式和操作順序，保證操作方便性。儀表板布置儀表板主斷面設(shè)計(jì)儀表板主斷面位于駕駛員中心對(duì)稱面處。儀表板主斷面的設(shè)計(jì)是駕駛員坐環(huán) 境概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。參見圖 2-8。圖2-8儀表板斷面設(shè)計(jì)原理根據(jù)駕駛員前方地面盲區(qū)要求作前方下視野線切，與眼橢圓下方相切，則切與水平面所成的角度即為駕駛員前方下視野角a。為保證前方下視野的要求,應(yīng)該使儀表板上

43、方最高點(diǎn)、前風(fēng)窗玻璃下邊緣和轉(zhuǎn)向盤輪緣都低于下視野線切。作轉(zhuǎn)向盤輪緣最高處截面下方和眼橢圓上方的公切線L1作轉(zhuǎn)向盤輪毅上方和眼橢圓下方的公切線L2,則儀表盤應(yīng)該布置在Ll和L2之間。連接儀表盤中心和眼橢 圓中心的直線L3,它應(yīng)平分L1、L2之間的空間；直線U與水平面的夾角應(yīng)該在30“范圍內(nèi)。儀表盤平面到眼橢圓中心的距離R最大為75Omm,推薦距離為710。儀表盤平面與直線L3的夾角一般控制在80度到100度范圍內(nèi)。儀表布置儀表盤和儀表在寬度方向的位置應(yīng)布置在可視區(qū)域內(nèi)。為此，應(yīng)該作出不受方向盤阻擋的可視區(qū)域。在可視區(qū)中心附近應(yīng)該布置最常用、最主要的儀表 ，如:車速里程表（10）。在最重要的儀表

44、周圍布置一般性儀表，如:發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、燃油 表、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表等。有些汽車儀表盤上還集成了發(fā)電機(jī)狀態(tài)、燈光、變速檔位、 環(huán)境溫度、路面傾斜度等儀表。這些儀表排列順序應(yīng)與其認(rèn)讀順序相一致，同時(shí)考慮它們彼此之間邏輯上的聯(lián)系。 相互聯(lián)系越多的儀表應(yīng)布置得越靠近。 當(dāng)儀表 很多時(shí)，應(yīng)按照它們的功能區(qū)分排列，區(qū)與區(qū)之間顏色搭配應(yīng)有明顯的區(qū)別。性質(zhì) 重要的儀表區(qū)，在儀表板上要有引人注目的背景。儀表罩布置儀表罩要有足夠的深度,以遮住射向儀表玻璃的光線。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行眩目檢查。如果入射光經(jīng)過儀表面反射后不會(huì)與眼橢圓相交,就不會(huì)產(chǎn)生眩目現(xiàn)象。儀表罩的布置不能影響前方下視野，其斷面應(yīng)該布置在前方下視野線 Ld以下、公切 線 Ll 的上方。儀表罩最前端與轉(zhuǎn)向盤要保持一定的距離，免發(fā)生干涉。第三部分結(jié)論本文是對(duì)商務(wù)汽車駕駛室設(shè)計(jì)方法構(gòu)架及其相關(guān)參數(shù)評(píng)價(jià)方法的有益探索，以人機(jī)工程學(xué)為基本原理，借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，對(duì)裝載機(jī)駕駛室進(jìn)行人機(jī)工程設(shè)計(jì)，能夠提供給駕駛員舒適的駕駛姿勢(shì)，良好的視野和合理的操縱裝置布局