基于人機工程學的壓路機駕駛室設計

唐笑 張召春 楊曼芳 袁方直

摘 要：本文介紹了工程機械駕駛室的設計開發內容，重點說明人機工程學應用于工程車輛的必要性，并以壓路機駕駛室為例子，運用RAMSIS分析軟件進行人機工程分析，找出可能存在的問題，并給出解決方案。

關鍵詞：壓路機駕駛室；人機工程；RAMSIS

中圖分類號：U418.326 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）20-0117-03

The Design of RoadRoller Cab Based on Ergonomics

TANG Xiao ZHANG Zhaochun YANG Manfang YUAN Fangzhi

（SANY Heavy Industry Co.， Ltd.，Changsha Hunan 410100）

Abstract： This paper introduced the design and development of the cab of construction machinery， emphasizing on the necessity of applying ergonomics to engineering vehicles. Taking the cab of roller as an example， the paper analyzed ergonomics by using RAMSIS analysis software， found out the possible problems and gave the solutions.

Keywords： roller cab；ergonomics；RAMSIS

壓路機是一種利用碾輪的碾壓作用，使土壤、路基墊層和路面鋪砌層壓實的工程機械，廣泛用于筑路、筑堤和筑壩等工程。壓路機屬于土方作業機械，一般情況下，作業時間較長，工況較惡劣。因此，需提供舒適性較高的駕駛室。本文以單鋼輪壓路機為例，介紹工程機械駕駛室的設計流程及設計內容，并運用RAMSIS軟件進行可觸及性、舒適性和視野等人機工程分析，反饋指導駕駛室的詳細設計。

1 人機工程學及其軟件介紹

RAMSIS是一種采用數字人體模型進行乘員仿真和車輛內飾人機工程設計的CAD工具[1]，其是一款常用的人機工程學分析軟件，該軟件提供了一個詳細的CAD人體模型，模擬仿真駕駛員的行為，使設計者在產品開發初期就可以進行大量的人機工程分析（空間性、視野、可觸及性、舒適度和操縱力等），從而避免以后階段的修改。引入RAMSIS分析軟件對新產品的人機工程進行優化設計，可以減少試驗次數，縮短研制周期，降低生產成本。

2 駕駛室設計開發內容

駕駛室設計是依據主機工業造型及總體布置要求進行白車身設計、內外飾設計、電氣開發等，并同步進行工藝設計及外協外購件開發，以便于滿足樣機試制。駕駛室最基本的功能是為駕乘人員提供設備操作及乘坐空間，因此，在滿足整機總體布置要求的前提下，還需考慮滿足人機舒適性、安全法規、視野法規、淋雨密封性和隔音降噪等要求。工程機械駕駛室設計開發內容如圖1所示。

駕駛室人機工程學分析，是在駕駛室總體方案及CAS數據制作時進行方向盤、座椅、扶手箱等布置及視野初步校核，在詳細設計時同步開展視野、上下車方便性、空間性、姿態、觸及性和舒適性的人機工程學分析[2]。通過校核及分析，找出駕駛室人機工程學的問題，用于指導詳細設計改進。駕駛室人機工程學分析內容如圖2所示。

3 人機工程學在駕駛室設計中應用

單鋼輪壓路機產品主要是面對歐美市場，其駕駛室造型配合整機造型及總體布置，外觀采用視野性能良好的八面體造型，其結構采用“型材骨架+鈑金蒙皮”形式，以滿足駕駛室ROPS強度要求[3]及良好視野要求。單鋼輪壓路機駕駛室設計模型見圖3。

在設計駕駛室時，除白車身、內外飾及電氣設計外，還需滿足車門密封性、地板接口密封性的要求。由于此款壓路機需出口至歐美國家，其玻璃、后視鏡等外協外購件還需要滿足相關ECE認證要求。

壓路機及其駕駛室在ProE中完成第一版詳細數模后，便以IGES文件導入RAMSIS中進行人機校核，找出改善點以便于指導進一步設計數模。常選取95百分位和5百分位的人體模型進行人機工程校核，以滿足90%的操作人員的舒適度要求[4]。本文人體數據庫選用美國（NHANES III）人體數據，男性，年份為2018年，年齡范圍為18～70歲，進行上車姿態分析、視野分析、可觸及性分析、舒適度評價等人機工程校核。

第一，上車姿態分析。主要是找出上車舒適度、樓梯設置合理性、上車扶手合理性等。通過RAMSIS分析出此款壓路機上車扶手、踏步等設置合理，但95百分位人員在上第三級踏步時左腳不能舒適伸展（如圖4所示），需調整踏板寬度和踏步傾斜角度，以提升人員上車便利性。

第二，視野分析。通過RAMSIS模擬駕駛員在操縱設備時，觀看路面、工作裝置、儀表臺、后視鏡等視線范圍。本項目分析出95百分位及5百分位人員的駕駛室整體視野良好，儀表臺無遮掩，滿足視野要求（如圖5所示）。

第三，可觸及性分析。該分析常結合舒適度判定布置合理性，可找出常用操縱元器件（開關按鈕、手柄、收音機、空調面板等）、非常用元器件（衣帽鉤、水杯托、安全錘等）是否在可觸及區及操作舒適度。舒適度數值范圍：0～2.5是理想區間，2.5～5.5是可接受區間，5.5～8.0則是不舒適區間。本文分析出95百分位人員正常操作此壓路機，舒適度評分為4分（如圖6所示），判定為可接受，座椅及方向盤位置相對合理，但仍要微調相關元件的布置位置，以進一步提升舒適性。

4 結論

駕駛室作為工程機械的一個重要組成部分，其在設計開發過程中除了要滿足基本的造型及標準法規要求外，還要進一步對操作者的視野、舒適性、方便性等進行人機工程分析，以便為操作者營造一個安全、舒適、方便的作業環境，從而增強產品的競爭力。應用RAMSIS進行人機工程分析，可以快速找到產品設計的不足之處，對新產品的詳細設計具有很強的指導意義。

參考文獻：

[1]張德進，姜文東.基于RAMSIS的叉車人機工程學分析與仿真[J].工程機械，2012（3）：28-32.

[2]趙尚義.RAMSIS軟件在汽車人機工程設計中的應用[J].裝備制造技術，2008（7）：64-66.

[3]國家質量技術監督局.土方機械滾翻保護結構實驗室試驗和性能要求：GB/T 17922—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.

[4]黃英，張以忱.人機工程學在工程機械司機室布置與設計中的應用研究[J].機械設計與制造，2000（6）：88-89.