摘要：本文详细阐述了卡车驾驶室中人机工程的一个关键硬点驾驶员座椅R点的确定方法，该硬点位置的确定程序主要是基于所设计驾驶室所针对市场的驾驶员体较大和较小人体模型各关节舒适性活动范围，同时还需结合所开发驾驶室规划的相关尺寸。本文所述的硬点确定方法以人为本、因地制宜，具有较强的针对性，在驾驶室开发前期需对市场、驾驶员体等进行充分调研才能更精确地确定适应市场需求。
关键词：人机工程，硬点，舒适性
引言
从1956年新中国本土诞生的第一辆轻型卡车CA10开始，卡车在我们国家已发展了60多个年头[[i]]，卡车驾驶室也经历了几轮更新迭代，然而在这60多年的发展中，绝大多数汽车主机厂对卡车驾驶室的设计主要是依赖逆向设计，仍处在学习、模仿的阶段。随着我们国家卡车市场的变化及卡车驾驶员文化水平的提升、审美和思想观念的变化，卡车驾驶室的设计已不能停留在“人人亦云、千篇一律”的阶段，思索和创新才能不断发展。
卡车驾驶室的设计主要涉及到造型、功能和人机工程，前两者会受到时代性和区域性的限制，而人机工程的设计则是一以贯之，它是驾驶员舒适性和安全性驾驶的保障。在卡车驾驶室的创新正向设计中，首先需要确定的便是R点，这是整个驾驶室内部人机界面设计和部件布局的先决条件。
1、汽车设计硬点
汽车人机工程中主要的硬点是踵点、座椅参考点（R点）及方向盘中心点[[ii]]，R点的高度由踵点及卡车驾驶室地面型面所确定，R点和踵点主要决定了人体下肢的运动姿态，R点和方向盘中心点主要决定了人体上肢及躯干的运动姿态。对于如何确定这关键的R的坐标，需从人机工程舒适性入手及所规划设计的驾驶室尺寸逐步确定。
2、R点X/Z坐标的确定
对于卡车而言，R点高度的确定的一个重要因素在于驾驶室地板型面。由于卡车驾驶室地板下方有独立的底盘系统，在地板下面会布置动力总成等部件，因此地板的型面又与其下方布置的底盘部件有关。在一个新的驾驶室开发之初需要充分考虑该驾驶室可能匹配的底盘系统。
另一方面，针对所开发驾驶室所面对的市场的驾驶员人尺寸，在CAD中建立5百分位和95百分位人体的局部部位模型，根据SAE推荐的人体各关节舒适性角度范围[[iii]]，见下表1所示，对小腿、大腿、躯干位置进行调节。
表1 人体关节舒适性角度
单位：度
代号 | 定义 | 推荐值 |
A46 | 脚踝角汽车驾驶室 | 85～110 |
A44 | 小腿与大腿间夹角 | 95～155 |
A42 | 大腿与躯干夹角 | 90～125 |
A40 | 躯干角 | 11～18 |
注：A40的推荐值是针对SAE中规定的B类车 | ||
将5百分位人体的模型在CAD中放置在确定好边界的驾驶室中，见图1所示，首先确定所设计的座椅被5百分位人体坐上后在臀部和大腿部的压缩量，在CAD中对人体模型的脚踝角A46和大小腿间夹角A44进行调节，调节过程中满足下述条件：
①脚部模型位置保持不动；
②小腿模型绕着踝关节旋转，使A46在表1所推荐范围内，一般情况下A46可设置成87°[[iv]]，对于紧凑型驾驶室可设置成85°；
③将大腿模型绕着膝关节旋转，使A44调节至表1推荐的范围内；
④臀部模型在坐垫上的压缩量与该座椅被5百分位人体坐上后的实际压缩量（该压缩量根据座椅厂家对所开发车型的座椅进行评估）相同；
⑤大腿模型在坐垫上的压缩量不能大于该座椅被5百分位人体坐上后的大腿部的实际最大压缩量（该压缩量同样由座椅厂家评估）。
通过以上条件的约束，可判断出5百分位人体H点最佳位置，设定此H点的X、Z坐标分别为X5H0和Z5H0。
图1 5百分位人体坐姿姿态
若所设计车型的座椅在高度方向不可调节，将95百分位人体的Z坐标设置成Z5H0，将95百分位人体的脚部、小腿、大腿和躯干模型放置在驾驶室中，先对下肢位置进行调节，调节方法同上。
通过按以上约束条件调节下肢模型，可确定95百分位人体H点的最佳位置，设定此H点的X坐标为X195H0，座椅的前后移动的最小行程便是X195H0－X5H0。
同时根据驾驶室后围边界可确定座椅靠背的最后位置边界，座椅厂家对该座椅被95百分位人体坐上后躯干对座椅靠背的最大压缩量进行评估。保持脚部、小腿和大腿模型位置不变，调节躯干模型，躯干模型绕着髋关节旋转，使A42和A40至表1推荐的舒适角度范围内，同时躯干模型对座椅靠背的压缩量不得大于该座椅被95百分位人体坐上后的靠背的实际压缩量（该
压缩量由座椅厂家评估），由此可确定95百分位人体最佳的躯干角，设定该躯干角为A4095。
若所设计车型的座椅在高度方向可调节，同样通过驾驶员各关节约束条件对95百分位人体模型调整，可确定95百分位人体模型最高的H点高度，设定此H点的X坐标为X295H0，Z坐标为Z95H0，座椅的上下移动的最大行程为Z95H0－Z5H0。
综上所述，R点X、Z坐标如下：
对于驾驶员座椅高度方向不可调整的情况，R点X坐标为X195H0，Z坐标为Z5H0；
对于驾驶员座椅高度方向可调整的情况，R点X坐标为（X195H0＋X295H0）/2，Z坐标为（Z95H0＋Z5H0）/2。
3、R点Y坐标的确定
R点的Y坐标与驾驶室的宽度强相关，驾驶室的外部宽度减去车门系统的厚度即为内部宽度，车门系统在保证功能的前提下厚度越小越好。另外一个重要因素是所设计车型针对的市场区域驾驶员体的坐姿两肘间宽，见图2所示。
图2 人体坐姿示意图
为保证驾驶员正常入座在驾驶员座椅上，人体中轴线或R点到门板的Y向最小间距应为该车型所对应市场的95百分位男性人体坐姿两肘间宽的一半，对于国内方向盘左置车型来说，此状态是R点Y坐标的最小值，设定此时的R点Y坐标为Ry1。在驾驶室宽度较宽的情况下，R点可往右移动，即R点到门板的Y向距离可增大，但同时还需考虑驾驶员手部操作车门内扣手的方便性，此时所考虑的人体应是较小人体，此时需要使用所对应市场较小人体的肩宽W2、手长L1、上臂长L2，人体上身不受约束的情况下可绕腰椎处左右侧围的最大舒适角度为30°[5]，肩部能往左右平移的距离约为肩部到坐姿肘部的距离乘以tan30°，计算公式为L2×tan30°。
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