中重卡人機及關鍵性能研究思路

王 琦，馮 朝，張曉珂

（陜西汽車集團股份有限公司 技術中心，陜西 西安 710200）

目前國內商用車的整車性能指標引用舊教材及歐洲標準，而隨著技術突破、國內路況向好、載重規范化、駕駛員年輕化以及國內外不同的工況、載重、駕駛員操作習慣等諸多因素，這些性能指標已不能很好地支撐產品設計。同時，用于人機校核的人體模型，也是按照GB 10000—88《中國成年人人體尺寸》或者SAE J833《人體尺寸》模型進行，校核存在失真，駕駛重型商用車的幾乎均為男性群體，若還繼續考慮5分位女性，對整個空間的布局會形成掣肘。

商用車的整車性能指標（人機操控、可靠性、動力性、通過性），還是按照以前教材中設計規范制定，從歐洲的設計標準中沿用過來；但國內道路情況、國人的審美、駕駛員體態特征、駕駛員操作習慣等與歐洲不相同，直接生搬硬套會造成評價失真。同時隨著中國社會的發展、生活水平的提高，中國人平均身高都有了明顯增加；道路基建水平較以往也有了大幅提高，路況也在持續向好；且國內近些年對治超政策趨嚴，載重也趨于規范化。

1 現狀分析

1.1 人體模型分析

目前，我國人體相關的汽車開發設計標準體系還處于不完善階段，僅有《GB/T 10000—1988中國成年人人體尺寸》以及《GB/T 14779—1993坐姿人體模板功能設計要求》，我國不少企業仍然使用美國汽車工程師學會（Society of Auto- motive Engineers, SAE）標準人體模型及推薦標準進行布置，但是美國和中國人體不僅在身高存在較大懸殊，在軀干比例也存在很大不同。目前中重型卡車的駕駛員基本為男性群體，但在實際人機校核中還會考慮到第5百分位女性，這樣會造成空間布置上的浪費，甚至會犧牲第95百分位男性的操作空間。雖然通過SAE標準可以增加車輛開發的合理性，但如果分析不徹底的使用，反而會降低車內人員的舒適性及車輛視野安全性等。

隨著中國社會的發展，生活水平的提高，平均身高、體重、臂長等重要特征都有了明顯增加，而且隨著辦公環境、作業場景、生活習慣等影響，坐姿也潛移默化地發生了變化，20世紀90年代的人體尺寸和坐姿要求已不適用。

目前汽車大國均有符合本國人體模板數據為汽車研發提供支持，中國需盡快建立自己的人體模板體系。

1.2 性能指標分析

目前國內的人機分析的物理邊界以及整車的性能邊界，多數沿用歐洲標準設定，如牽引車整車B10壽命1.5×10km的設定，但國內的工況、零部件質量、司機駕駛習慣、維修保養等和歐美不完全相同，基于直接數值的引用，必然與實際不符。

基于整車可靠性指標設定的不合理，在系統、總成、零部件未充分驗證的情況下，會導致總成及零部件的匹配存在過剩或不足，出現生命周期內零部件頻繁損壞或車輛報廢后零部件還遠未達到設計壽命，不利于整車競爭力的提升，造成社會資源的浪費，最終都是市場買單。

2 提升措施

在設計初期結合市場定位和目標人群，按照國人身高、體重、臂長等姿態特征，選擇合適的中國男性百分位人體模型，同時兼顧滿足內部空間及舒適的人體坐姿；通過摸底載重、運營工況、駕駛員操作習慣，結合法規導向、市場需求、技術發展趨勢，建立適用于我國人體和自卸車工況的整車性能指標、主觀評價標準，對產品設計更有實際意義。

2.1 人體模型定義

考慮到中重卡用戶大多數為男性，選取第95百分位男性人體（表1為主要參數，圖1為尺寸分析）作為設計上限，第5百分位男性人體作為設計下限，再用第50百分位男性人體進行人機校核、駕駛員行為分析（駕駛室人員行為分析如圖2所示、坐姿分析如表2所示），更加符合實際用戶的駕駛空間需求，保證設計合理不冗余。

2.2 性能指標修訂

隨著國家道路基建水平的提高、各工況運營標準的完善，以及不同細分市場差異化需求，需要針對不同細分市場的典型工況進行路譜采集、車輛運營特點分析、用戶關注點分析、使用壽命調研等，并以滿足法規為基礎，以保證安全、可靠為前提，修訂了部分性能指標，保證整車高適應性、高性價比。

以某區域城建渣土自卸車為例（調研了典型渣土車運行工況），在滿足上述要求的前提下，將下限設定為滿足實際工況的使用，并預留出合適的設計余量，策劃的性能指標如表3所示。

2.3 設計參數確定

車輛主要設計參數依據實際工況以及設計教材參考制定，同時為了更好地指導設計，對原有的教材中更加理論的指標進行具體化轉換。

如將原有的對整車姿態角的要求，轉化為對車輛滿載前后輪心高差的要求，結合空滿載前后軸荷分配、空滿載底盤附件離地高度要求等，在選定輪胎的基礎上，能夠很準確地確定前后懸架設計的主要參數。

另外針對底盤附件的尺寸設計邊界，也進行了詳細科學的約束，結合底盤、貨箱的匹配，經過軸荷計算，確定合理的軸距范圍，并依據現有物料及技術趨勢進行總布置分塊規劃，以此確定底盤附件的向邊界，同時結合上裝對底盤附件超過車架上翼面不大于某一數值的具體要求、車架腹面高度、低于車架下翼面的最大距離（依據底盤附件離地間隙、懸架空滿載輪心高定義）等，確定底盤附件的向邊界，依據法規要求的整車最大外寬、附件的安裝支架結構、側防護的安裝等，確定底盤附件的向邊界；基于以上定義的底盤附件的物理邊界，作為正向開發底盤附件的尺寸參考，具有實際意義。

3 未來愿景

目前人體特征研究和整車性能挖掘較淺顯。人體特征需要政府層面主導，企業、高校、學會、社會組織共同去推動落地。同時推動國內汽車座椅舒適性自主創新設計的研究。

整車性能需要頭部企業結合車輛本身、按照實際工況、用戶審美等多方面綜合因素去定義，保證產品開發有法可依、有據可查。

整車設計參數需要結合實際工況、設計教材等進行更加詳細的轉化，并對過于理論的部分進行修訂，以便能更實際地指導工程師進行詳細的整車設計。

3.1 基礎數據研究

通過掃描儀掃描目標人群的標準姿勢，通過數據處理獲得中國駕駛人群的人體尺寸參數。

通過測量駕駛員的舒適坐姿，可以得到駕駛員的坐姿關節角度、空間位置等信息。

人體特征研究是一項龐大的社會基礎研究任務，只有做細做扎實了，建立符合中國人體特征的三維假人人體數據庫，這樣不僅能滿足國內汽車行業的實際使用需求，而且推動國內工業設計向前邁了實質性的一大步。

3.2 性能指標完善

結合國內生產制造水平、道路實際工況、用戶駕駛習慣等大數據的摸底分析，制定符合國情的整車人機操控、可靠性、動力性、通過性等性能指標，樹立全行業的設計基準，避免設計冗余、不足設計帶來的資源浪費、安全隱患等。

做細做精性能指標的研究工作，按照實際情況搭建的整車性能指標庫，“做到一工況一指標”，將會推動整個行業的良性發展，形成寶貴的知識沉淀。

3.3 設計參數定義

結合基礎數據研究、性能指標完善等，最終按照細分市場定義一個更具有指導實際設計意義的設計參數，讓工程師們能夠建立起理論結合實際的設計思維。

4 結論

隨著中重型卡車駕駛員的年輕化，人們對于卡車的舒適性及整車性能指標要求越來越高，對人機分析在汽車設計中的應用也更加苛刻，人機分析將更加注重目標人群的實際狀況，以便制造出更舒適、更人性、更科學的汽車，同時整車性能指標及設計參數的制定要結合現實工況并具有實際指導意義，這樣才能使車輛的綜合效能達到最佳水平。