人機工程在城市客車設計中的應用

房立勇 辛磊 趙久永 弓引花 佟帥 袁輪

（1. 上海龍創汽車設計股份有限公司，上海201615；2. 金龍聯合汽車工業（蘇州）有限公司，蘇州215000）

主題詞：城市客車 操作舒適性 人機工程學 內飾

縮略語

1 前言

城市客車是城市公共交通的重要組成部分，為市民出行提供便利的條件。城市客車設計存在2 方面的挑戰：（1）需要使乘客在短暫的乘坐過程中體驗到乘坐舒適性；（2）需要使駕駛員在每天的駕駛過程中能夠體驗到視野開闊、操作方便和乘坐舒適性。

在當前汽車設計中，乘用車有著完善的人機舒適性評價標準，可以在車輛開發過程中提供輔助設計，但是城市客車的設計就缺少完善的人機舒適性評價標準，導致城市客車在設計過程中對于人機舒適性的考慮較少，影響駕駛舒適性。因此，本文主要闡述城市客車在設計過程中如何定義駕駛員人體坐姿、控制設計邊界和控制操作舒適性等，然后將城市客車設計過程中需要考慮的規范、法規和注意事項進行說明，為城市客車設計提供設計依據。

2 駕駛室空間設計

2.1 駕駛室設計

駕駛室空間設計前要確定駕駛員的坐姿、視野、操作空間和乘坐空間的目標值，這是駕駛室空間設計的重要輸入。駕駛員在城市客車上工作時間較長，設計時要從駕駛員乘坐舒適性、開關操作舒適性、屏幕觀察方便性等綜合評價駕駛員的駕駛舒適性，讓駕駛員能夠在長時間的工作中不易產生駕駛疲勞，并通過合理的駕駛艙設計，提高城市客車運行安全，減少安全事故的發生。

2.2 駕駛員坐姿設計

駕駛員坐姿尤為重要，會直接影響駕駛員的乘坐舒適性。不同類型車駕駛員的坐姿是不同的，按照國家推薦標準GB/T 15089—2001 中的分類，城市客車屬于M2 和M3 類載客汽車。參照SAE J1100 NOV2009 中的分類，城市客車屬于B 類車。從上述標準的推薦坐姿看，B 類車和M3 類載客汽車駕駛員的坐姿較乘用車坐的更直立，2 種車型駕駛員坐姿如圖1所示。

圖1 乘用車和城市客車駕駛員坐姿

本章闡述城市客車駕駛員坐姿規劃經歷的3個階段。

第1 階段：由相關主機廠輸入相應的人機硬點3個，分別為座椅參考點（SGRP）點、踵點（AHP）和轉向盤中心點（SWC）。然后將2D假人數據按照要求在駕駛室內進行布置，根據SAE規范對人體各個關節角度的舒適性進行驗證，但是這只是初步判斷。

第2 階段：由于每個公司在這之前都會有幾款成熟產品，所以也可以依據這些產品在市場上反饋的信息進行判斷，即現在的人體坐姿是否要調整，例如：駕駛員長期握轉向盤時大臂和小臂會不會是呈現“端著”的不舒服狀態，會不會在駕駛很短的時間就會出現酸痛；駕駛員腳在踩踏三踏板的過程中會不會出現踏板不能踩到底，腳呈現“勾著”的不舒服狀態，造成“腳酸”的市場反饋。這些成熟產品的市場反饋信息都是在設計過程中判斷如何調整人體坐姿的重要依據。

第3 階段：通過前2 個階段的調整還不能具有強的說服力，所以第3 階段要做的就是對市場上反饋口碑比較好的產品進行對標，用對標的數據進一步驗證調整結果是否可行。

通過以上3 個階段調整出來的人體坐姿，并在此設計的人體坐姿下進行城市客車的內飾設計，可以大幅提升城市客車人機交互舒適性，圖2為城市客車人體坐姿示意。

圖2 城市客車人體坐姿示意

3 駕駛員視野設計

在人機工程學中，駕駛員的視野尤為重要。駕駛員的視野要求主要取決于日常行駛過程中的安全性要求，所以在進行車輛設計過程中要著重考慮駕駛員的視野要求。現在國內對于乘用車的視野要求比較嚴格，但對于M2和M3類載客汽車（B類車）的視野要求就沒有明確的規范，沒有形成統一的視野設計要求，本章詳細闡述城市客車視野設計要求。

（1）要考慮乘用車的視野規范，如前方視野（玻璃透明區、180°視野和信號燈視野）。

（2）要考慮城市客車的A 柱障礙角，此項要求在國標GB 11562—2014中沒有明確要求，但是俄羅斯法規ГОСТ 51266—99有相關要求，可以參照此項法規進行視野設計。

（3）針對下視野盲區、前方查看小孩和視野要求，通常此類的規范不是強制要求，但是每個主機廠在進行駕駛艙設計的過程中都會盡量把盲區做到最小，提高駕駛的安全性。城市客車視野的設計可以參考以色列法規Mandatory Requirements For Buses，該法規要求駕駛員能看見車前100 mm、高116 mm的小孩模型（圖3），該法規為城市客車儀表板（Instrument Panel,IP）邊界定義提供了重要依據。

圖3 以色列客車視野法規要求[5]

（4）組合儀表視野是城市客車駕駛員視野設計的重要部分，因為組合儀表顯示的信息會直觀反饋車輛的行駛信息，如果在行駛過程中駕駛員不能直觀的讀取組合儀表的信息，影響駕駛員的信息判斷，會給行車帶來安全隱患。但是通常情況下，城市客車的轉向盤直徑會≥450 mm，轉向盤對組合儀表的遮擋就會很小，所以在駕駛員視野設計過程中重點是直觀視野(駕駛員對組合儀表的視距、視角）的設計，同時兼顧防止組合儀表板形成反光炫目和防止夜間行車時在側玻璃形成虛像，消除影響駕駛員視野的不利因素。

在調整組合儀表位置的時候，也要兼顧組合儀表相對駕駛員眼橢圓中心的視距和視角。在城市客車駕駛員視野設計時，需要考慮到組合儀表到駕駛員的視距通常會比乘用車大。由于城市客車駕駛員人體坐姿較直立，且IP 相對較低，所以導致駕駛員眼橢圓中心點到儀表板的視距較乘用車的視距會大，但是只要控制在900 mm 以內，駕駛員可以看到組合儀表板的信息，此視距規范在城市客車設計中通過駕駛艙模型得到了驗證。

城市客車的行駛安全一直受到高度重視，間接視野的設計也是保障行駛安全的重要設計要求。所以在城市客車視野設計時，通常會考慮更多的間接視野，采用很多外后視鏡（外后視鏡、補盲視鏡、廣角后視鏡和前下視鏡）可以為駕駛員提供多種視野信息，方便駕駛員判斷車輛外部的情況。歐盟最新法規中，補盲視鏡的視野區域有所增加，法規區域見圖4的補充視野，在城市客車間接視野的設計中要著重考慮按此法規要求增加視野區域。

圖4 補盲鏡視野區域

被動安全監視布置方面，城市客車的每次運行過程中，會承載很多乘客，再加上夏季悶熱天氣，駕駛員很容易疲勞，所以通常會在駕駛艙內布置監視器（通常會布置在A 柱上，或者頂棚上）。在布置監視器的時候，需要考慮監視器視角能夠滿足監測駕駛員臉部狀態，且不影響駕駛員的視野（此處需要注意，不要因為增加安全監視裝置造成增加A柱障礙角）。

通過以上的調整基本上會把城市客車的視野狀態確定，然后進一步確定城市客車的內飾邊界。

4 內飾空間設計

城市客車內飾空間在進行設計的過程中，需要考慮2 類用戶的操作使用，即駕駛員操作和乘客使用。針對這2 類使用操作，本章闡述了在城市客車的內飾空間設計中如何滿足這2 類操作的要求，圖5 為城市客車駕駛室俯視圖。

圖5 駕駛室俯視圖

4.1 駕駛室內飾設計

駕駛室空間設計是內飾空間設計的重要部分，主要考慮駕駛室內的空間，包括駕駛員肩、肘、臀空間、腿部空間、頭部空間和按鍵可操作性。為保證城市客車駕駛員可靠地駕駛，城市客車駕駛員基本上會在一個與乘員艙隔離的駕駛室內駕駛車輛，如果駕駛室空間太小，會給駕駛員一種緊湊感、壓抑感，所以在設計城市客車駕駛室時，內部空間的設計就尤為重要。在進行駕駛室空間設計時，通常要兼顧駕駛員轉動轉向盤時肘部不能與周邊碰到。按照以往要求，轉向盤與周邊影響轉向盤轉動的內飾邊界控制要大于等于150 mm，這樣就能有效地減少肘部空間不足的情況。

對IP 和副儀表上布置的按鍵一定要考慮操作舒適性，在進行操作舒適性判斷的時候，由于城市客車駕駛室空間較大且頂棚較高，所以用傳統的手伸界面，不能全部滿足要求，這時候就要利用RAMSIS軟件中的手伸界面，用來參考內飾按鍵操作的評價，來判斷內飾邊界是否可行。另外布置按鍵的時候還要考慮操作方便性，如副儀表上靠近駕駛員布置的按鍵，和遠離駕駛員布置的按鍵都需要滿足駕駛員手伸及要求。通常城市客車副儀表上會布置3～4排按鍵，保證結構空間的前提下，就會出現靠近后面的兩排按鍵存在不容易操作的情況。根據設計過程中的模型體驗和樣車體驗，建議將按鍵都要布置在座椅參考點（SGRP）之前（圖6），這樣才能避免駕駛員手臂在不彎曲很大角度的情況下操作相關功能鍵。

圖6 手伸及校核參考

另外，在對城市客車的IP和副儀表進行按鍵布置時，還要考慮按鍵與按鍵的中心間距，按鍵中心與相鄰內飾面的間距。按鍵和按鍵中心的間距要大于等于20 mm，按鍵中心到相鄰內飾面的間距要大于等于20 mm，圖7顯示按鍵與按鍵中心間距。

圖7 按鍵與按鍵中心間距

4.2 乘客空間設計

乘客空間設計主要考慮乘客乘坐舒適性和通過舒適性。在進行設計時要按照歐標法規嚴格執行，并在此基礎上考慮人機工程學。歐盟法規主要對通道空間、座椅間距、乘客有效頭部空間、乘客手操作空間、輪椅空間進行要求，下面就對這些要求分別做簡要闡述。

（1）通道空間

通道空間從乘客門到乘客艙內都要注意。首先要考慮臺階的高度、臺階上腳踩踏的承載空間和在臺階旁邊供乘客使用的扶手，扶手的抓握空間和抓取方便性是提高乘客上下車舒適性的重要措施。另外，在檢查通道空間時，通常會采用極限狀態去測量通道空間，即將測量量塊靠緊通道一側，這樣就能保證城市客車在進行法規檢查過程中，獲得好的檢測結果。圖8所示為城市客車通道測量狀態示意。

圖8 通道空間示意

（2）座椅間距

在歐盟法規中對座椅高度、座椅與座椅的間距，及座椅與相鄰內飾面的間距都有明確要求，但在進行座椅布置時，還要考慮人機舒適性，即座椅與座椅的高度差要控制在15 mm以內，避免乘客在使用座椅時出現落差感。

（3）輪椅空間

在設計城市客車時，要考慮殘障人士的使用，尤其是乘坐輪椅的乘客，所以在進行城市客車設計時要考慮輪椅的存放空間和殘障人士的操作方便性。歐盟法規對輪椅空間有明確的要求，要考慮殘障人士的使用方便性，如考慮靠背、緩沖墊和扶手，讓殘障人士在使用此空間時，能夠體會到來自設計者的特殊關愛。另外，為了避免空間浪費，可以設計折疊座椅，用來在沒有殘障人士使用時供其他乘客使用，圖9 為輪椅空間的設計示意。

圖9 輪椅空間設計

（4）頭部空間

在進行座椅布置時，要兼顧乘客的頭部空間，即座椅上方的垂直凈空間。如果不考慮這個要求，在實車體驗過程中就會出現乘客碰頭的問題，甚至可能造成乘客傷害，建議此處垂直凈空間要大于等于930 mm，此數值來自模型體驗結果。

5 安全裝置

城市客車是現代城市重要的交通工具，所以城市客車設計時會考慮配備醫藥箱和滅火器，但是在布置醫藥箱和滅火器的存放位置時要考慮操作便利性和不容易被誤操作，這2 項內容在歐盟法規里也有要求，在城市客車設計中不能忽視。

6 總結

在公共交通持續發展的今天，城市客車的設計要不斷優化人機舒適性，以更好的用戶體驗滿足人們出行需求。基于國家標準、SAE 標準和歐盟標準，本文對城市客車人機工程設計要點進行了闡述，包括駕駛員人體坐姿、駕駛員視野、駕駛室空間、駕駛員操作舒適性、乘客乘坐空間和安全裝置的存放位置，為城市客車設計提供參考。