某重型卡車駕駛室人機工程分析

祿正偉，閆振濤，徐金志

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

工藝裝備

某重型卡車駕駛室人機工程分析

祿正偉，閆振濤，徐金志

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

結合某重型卡車駕駛室人機工程設計及車身總布置設計確定工作，應用RAMSIS軟件，對樣車的駕駛員坐姿舒適性、室內空間、組合儀表遮擋、變速操縱舒適性及上下車方便性進行了校核分析，對新產品的設計進行校核確認，并為下一步改進提供依據。

重型卡車；人機工程；RAMSIS；校核

CLC NO.:U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-81-04

前言

隨著用戶對車輛舒適性要求越來越高，購買者對重卡車輛的人機工程學性能也越重視。為滿足客戶需求，各大汽車公司在車型車身總布置設計階段，通常極其關注車輛的人機工程設計。本文應用人機工程軟件RAMSIS對某重型卡車駕駛室的駕駛員坐姿舒適性、空間、組合儀表遮擋、變速操縱舒適性等進行了分析。通過軟件分析，根據分析結果數據，可直觀和科學的評價設計的合理性，對不合理部分在設計初期提出修改意見，避免設計后期發生變更。

1、RAMSIS軟件簡介

RAMSIS上個世紀80年代由德國凱澤斯勞騰的HumanSolutions股份有限公司與慕尼黑工業大學的人機工程學系共同研究開發的。其全稱意思是模擬乘員實際操作狀況的計算機輔助人體數學模型。RAMSIS是一種逼真的三維人體數字模型，是一種用于車輛人機工程分析和設計以及乘員仿真的高效工具。該軟件可以提供一個詳細的三維人體數字模型，來模擬仿真駕駛員的行為，為工程師的設計提供大量方便。該軟件在只有簡單CAD數據的情況下就可以進行大量的人機工程分析，從而可以讓設計者在產品開發的初期排除、修改問題，從而避免在后續階段進行昂貴的修改[1]。

2、對該樣車進行人機工程校核

在該重型卡車CAS設計階段，利用RAMSIS對該車型進行人機工程校核，主要對不同人體模型駕駛員坐姿舒適性、駕駛員腿部空間、儀表可見視野及選換擋舒適性進行校核分析。

2.1 駕駛員坐姿分析

駕駛姿勢舒適性主要取決于座椅、方向盤、踏板的布置位置能否為駕駛員提供舒適穩定的坐姿。且駕駛員的幾何位置關系到能否為駕駛員提供良好的視野和相對于各種操縱機構與顯示裝置的舒適位置。理論上， 舒適性坐姿應該能夠滿足脊柱正常生理彎曲，分配人體與座椅之間的壓力，避免人體產生不適等。

由于駕駛員的舒適姿勢隨車型的不同而變化，往往各自選擇的舒適姿勢下的關節角度有較大的差別。根據SAE對B類車坐姿舒適性要求，圖1給出了駕駛員舒適駕駛姿勢所要求的人體生理角度范圍。

首先通過UG 2D Manikin模塊分析該車型駕駛員姿態角是否符合推薦值要求，分析結果如圖2所示：結果顯示，通過合理的設計座椅、方向盤中心及加速踏板位置，使駕駛員駕駛時各姿態角度符合SAE推薦角度范圍的要求。

圖1 B類車舒適駕駛姿勢下的人體生理角度范圍

圖2 樣車駕駛員各姿態角分析結果

其次應用RAMSIS對5百分女性，50，95百分位男性模型人體不舒適度進行評價分析，如圖3所示：

圖3 5，50，95百分位人體駕駛姿態

不舒適度校核結果：如上圖4-6校核結果所示，樣車在5百分位女性，50，95百分位男性人體正常駕駛的坐姿不舒適度評值分別為4.9、4.8、4.3，不舒適度評值均小于5，均能夠滿足設計要求。

圖4 5百分位女性人體不舒適度評價

圖5 50百分位男性人體不舒適度評價

圖6 95百分位男性人體不舒適度評價

2.2 駕駛員周邊空間分析

圖7 95百分位男性左腿空間

圖8 95百分位男性右腿空間

駕駛員周邊空間校核主要是針對不同百分位人體在舒適駕駛姿勢狀態下人體各部分與汽車內飾件之間的間隙要求，如腿部空間、肩部和肘部空間等。

腿部空間校核結果：如圖7，8所示，95百分位男性左側腿部同大燈清洗開關裝飾板與轉向管柱包殼的距離分別為77mm和53mm，右側腿部轉向管柱包殼、右側裝飾板、中央雜物盒左擋板的距離分別為46mm、65mm、94mm，左右側腿部空間滿足設計要求。

圖9 5百分位女性腿部空間

腿部空間校核結果：如圖9，5百分位女性通常采用座椅調節至前端駕駛，人體模型與方向盤和儀表臺護板的距離是重點干涉評價區域，經測量方向盤在下端位置時距離5百分位女性人體的距離為111mm，滿足設計要求。

圖10 95百分位男性肩部空間

肩部和肘部空間校核結果：如圖10所示，95百分位男性肩部與周圍內飾件無干涉，同內飾件的最小距離為98.3mm，滿足設計要求。

2.3 組合儀表盲區校核

組合儀表是使用最頻繁的顯示器。必須注意車速表的位置，就是至少95%或更多的駕駛人能夠看到它，這就要求儀表面板不被轉向盤輪緣、輪輻、中心區域和手柄控制器所遮擋[2]。

組合儀表視野盲區指的是由于方向盤及其周邊附件而造成的駕駛員對儀表板上指示裝置的視野障礙。法規要求駕駛員在舒適駕駛姿勢狀態下，能透過方向盤的看到儀表裝置上顯示的信息，確保沒有重要信息被遮擋。

根據人機工程要求這些裝置應該在5th女性和95th男性的視野范圍之內[3]。其中影響視野上限的為方向盤輪緣，影響視野下限的為方向盤中央蓋板或轉向盤管柱上沿。

圖11 95百分位男性方向盤最高位置

圖12 95百分位男性方向盤最低位置

如圖11、12，對于95百分位男性人體模型，在方向盤調至高點時，組合儀表無遮擋，方向盤調至最低點，部分組合儀表信息被遮擋，但能看到組合儀表的主要信息部分。

圖13 5百分位女性方向盤最高位置

圖14 5百分位女性方向盤最低位置

如圖13、14，對于5百分位女性人體模型，在方向盤調至高點時，組合儀表無遮擋，方向盤調至最低點，部分組合儀表信息被遮擋，但能看到組合儀表的主要信息部分。

組合儀表盲區校核結果：方向盤調至最高位置時，方向盤對儀表無遮擋，調整最低位置時，僅部分信息被遮擋。由于方向盤調節角度大，近40°，不同體型的駕駛員，通過調節方向盤可尋找到適合自己駕駛的位置避開盲區。

2.4 選換檔舒適性校核

選換檔舒適校核是指駕駛員在進行選換檔過程中人體的操縱舒適性。在Ramsis軟件中操縱過程中人體的不舒適評價值以不大于5為宜。

圖15 樣車擋位示意圖

圖15為樣車檔位示意圖，下面對四個極限位置前進擋位（1,2,5,6擋）進行舒適性校核。

圖16 95百分位男性1擋位置分析

圖16 95百分位男性 6擋位置分析

表1 95百分位男性各擋位置分析結果

表2 5百分位女性各擋位置分析結果

從表1，2校核結果可以看出：變速操縱各擋位不舒適值均小于5，基本部滿足舒適性要求。

2.5 上下車方便性校核

如圖17，通過RAMSIS動態模擬分析可知，樣車四級登車踏步及扶手布局合理，既滿足法規，又符合人機工程。可較好的滿足用戶使用要求，方便性較好。

圖17 95百分位男性上下車方便性校核

3、總結

根據以上對某重型卡車駕駛室的部分人機工程分析及評價結果，總結如下：

（1）應用UG 2D Manikin模塊分析樣車駕駛員姿態角符合B類車推薦值要求，結合RAMSIS對不同人體模型的駕駛姿態舒適性分析也表明樣車駕駛員姿態可滿足駕駛舒適性要求；

（2）樣車駕駛員位置的腿步空間、肩部及肘部空間充足，可滿足不同人體模型的使用要求；

（3）樣車方向盤調節角度大，通過調節方向盤，駕駛員尋找到適合自己駕駛的位置避開儀表盲區；

（4）變速操作各擋位位置基本滿足舒適性要求；

（5）樣車的四級踏步設計，可完全滿足上下車方便性要求。

[1] 任金東,范子杰,黃金陵.適合不同駕駛員群體眼橢圓統計方法[J].機械工程學報,2006.

[2] Vivek D. Bhise.汽車設計的人機工程學[M].北京：機械工業出版社,2014.

[3] 邱垂翔,林濟余,曾壯.基于Ramsis的某輕型商用車駕駛員位置人機工程分析[J].汽車實用技術,2013.

The Analysis of Heavy Duty Truck Cab Ergonomics

Lu Zhengwei, Yan Zhentao, Xu Jinzhi
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

During ergonomics and general layout design for a heavy duty cab, in this paper, by using RAMSIS, the analysis and check of driver’s seated position comfort, interior space, combination instrument obstructive vision, transmission gear shifter comfort and accessibility of up and down in this cab was made. The check results make sure the designs for the truck cab and provide a reference for improvement.

Heavy duty truck; Ergonomics; RAMSIS; Check

U467.1

A

1671-7988 (2017)08-81-04

祿正偉，工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.028