某重型卡车驾驶室人机工程分析
禄正伟;闫振涛;徐金志
【摘 要】结合某重型卡车驾驶室人机工程设计及车身总布置设计确定工作,应用RAMSIS软件,对样车的驾驶员坐姿舒适性、室内空间、组合仪表遮挡、变速操纵舒适性及上下车方便性进行了校核分析,对新产品的设计进行校核确认,并为下一步改进提供依据.
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2017(000)008
【总页数】4页(P81-84)
【关键词】重型卡车;人机工程;RAMSIS;校核
【作 者】禄正伟;闫振涛;徐金志
【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥 230601;安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥 230601;安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥 230601
【正文语种】中 文
【中图分类】U467.1
CLC NO.:U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-81-04
随着用户对车辆舒适性要求越来越高，购买者对重卡车辆的人机工程学性能也越重视。为满足客户需求，各大汽车公司在车型车身总布置设计阶段，通常极其关注车辆的人机工程设计。本文应用人机工程软件RAMSIS对某重型卡车驾驶室的驾驶员坐姿舒适性、空间、组合仪表遮挡、变速操纵舒适性等进行了分析。通过软件分析，根据分析结果数据，可直观和科学的评价设计的合理性，对不合理部分在设计初期提出修改意见，避免设计后期发生变更。
RAMSIS上个世纪80年代由德国凯泽斯劳腾的HumanSolutions股份有限公司与慕尼黑工业大学的人机工程学系共同研究开发的。其全称意思是模拟乘员实际操作状况的计算机辅助人体数学模型。RAMSIS是一种逼真的三维人体数字模型，是一种用于车辆人机工程分析和设计以及乘员仿真的高效工具。该软件可以提供一个详细的三维人体数字模型，来模拟仿真驾驶员的行为，为工程师的设计提供大量方便。该软件在只有简单CAD数据的情况下就可以进行
大量的人机工程分析，从而可以让设计者在产品开发的初期排除、修改问题，从而避免在后续阶段进行昂贵的修改[1]。
在该重型卡车CAS设计阶段，利用RAMSIS对该车型进行人机工程校核，主要对不同人体模型驾驶员坐姿舒适性、驾驶员腿部空间、仪表可见视野及选换挡舒适性进行校核分析。
2.1 驾驶员坐姿分析
女性汽车推荐驾驶姿势舒适性主要取决于座椅、方向盘、踏板的布置位置能否为驾驶员提供舒适稳定的坐姿。且驾驶员的几何位置关系到能否为驾驶员提供良好的视野和相对于各种操纵机构与显示装置的舒适位置。理论上， 舒适性坐姿应该能够满足脊柱正常生理弯曲，分配人体与座椅之间的压力，避免人体产生不适等。
由于驾驶员的舒适姿势随车型的不同而变化，往往各自选择的舒适姿势下的关节角度有较大的差别。根据SAE对B类车坐姿舒适性要求，图1给出了驾驶员舒适驾驶姿势所要求的人体生理角度范围。
首先通过UG 2D Manikin模块分析该车型驾驶员姿态角是否符合推荐值要求，分析结果如图2
所示：结果显示，通过合理的设计座椅、方向盘中心及加速踏板位置，使驾驶员驾驶时各姿态角度符合SAE推荐角度范围的要求。
其次应用RAMSIS对5百分女性，50，95百分位男性模型人体不舒适度进行评价分析，如图3所示：
不舒适度校核结果：如上图4-6校核结果所示，样车在5百分位女性，50，95百分位男性人体正常驾驶的坐姿不舒适度评值分别为4.9、4.8、4.3，不舒适度评值均小于5，均能够满足设计要求。
2.2 驾驶员周边空间分析
驾驶员周边空间校核主要是针对不同百分位人体在舒适驾驶姿势状态下人体各部分与汽车内饰件之间的间隙要求，如腿部空间、肩部和肘部空间等。
腿部空间校核结果：如图7，8所示，95百分位男性左侧腿部同大灯清洗开关装饰板与转向管柱包壳的距离分别为77mm和53mm，右侧腿部转向管柱包壳、右侧装饰板、中央杂物盒左挡板的距离分别为46mm、65mm、94mm，左右侧腿部空间满足设计要求。
腿部空间校核结果：如图9，5百分位女性通常采用座椅调节至前端驾驶，人体模型与方向盘和仪表台护板的距离是重点干涉评价区域，经测量方向盘在下端位置时距离5百分位女性人体的距离为111mm，满足设计要求。
肩部和肘部空间校核结果：如图10所示，95百分位男性肩部与周围内饰件无干涉，同内饰件的最小距离为98.3mm，满足设计要求。
2.3 组合仪表盲区校核
组合仪表是使用最频繁的显示器。必须注意车速表的位置，就是至少95%或更多的驾驶人能够看到它，这就要求仪表面板不被转向盘轮缘、轮辐、中心区域和手柄控制器所遮挡[2]。
组合仪表视野盲区指的是由于方向盘及其周边附件而造成的驾驶员对仪表板上指示装置的视野障碍。法规要求驾驶员在舒适驾驶姿势状态下，能透过方向盘的看到仪表装置上显示的信息，确保没有重要信息被遮挡。
根据人机工程要求这些装置应该在5th女性和95th男性的视野范围之内[3]。其中影响视野上限的为方向盘轮缘，影响视野下限的为方向盘中央盖板或转向盘管柱上沿。
如图11、12，对于95百分位男性人体模型，在方向盘调至高点时，组合仪表无遮挡，方向盘调至最低点，部分组合仪表信息被遮挡，但能看到组合仪表的主要信息部分。
如图13、14，对于5百分位女性人体模型，在方向盘调至高点时，组合仪表无遮挡，方向盘调至最低点，部分组合仪表信息被遮挡，但能看到组合仪表的主要信息部分。
组合仪表盲区校核结果：方向盘调至最高位置时，方向盘对仪表无遮挡，调整最低位置时，仅部分信息被遮挡。由于方向盘调节角度大，近40°，不同体型的驾驶员，通过调节方向盘可寻到适合自己驾驶的位置避开盲区。
2.4 选换档舒适性校核
选换档舒适校核是指驾驶员在进行选换档过程中人体的操纵舒适性。在Ramsis软件中操纵过程中人体的不舒适评价值以不大于5为宜。
图15为样车档位示意图，下面对四个极限位置前进挡位（1,2,5,6挡）进行舒适性校核。
从表1，2校核结果可以看出：变速操纵各挡位不舒适值均小于5，基本部满足舒适性要求。
2.5 上下车方便性校核
如图17，通过RAMSIS动态模拟分析可知，样车四级登车踏步及扶手布局合理，既满足法规，又符合人机工程。可较好的满足用户使用要求，方便性较好。
根据以上对某重型卡车驾驶室的部分人机工程分析及评价结果，总结如下：
（1）应用UG 2D Manikin模块分析样车驾驶员姿态角符合B类车推荐值要求，结合RAMSIS对不同人体模型的驾驶姿态舒适性分析也表明样车驾驶员姿态可满足驾驶舒适性要求；
（2）样车驾驶员位置的腿步空间、肩部及肘部空间充足，可满足不同人体模型的使用要求；
（3）样车方向盘调节角度大，通过调节方向盘，驾驶员寻到适合自己驾驶的位置避开仪表盲区；
（4）变速操作各挡位位置基本满足舒适性要求；
（5）样车的四级踏步设计，可完全满足上下车方便性要求。
【相关文献】
[1] 任金东,范子杰,黄金陵.适合不同驾驶员体眼椭圆统计方法[J].机械工程学报,2006.
[2] Vivek D. Bhise.汽车设计的人机工程学[M].北京：机械工业出版社,2014.
[3] 邱垂翔,林济余,曾壮.基于Ramsis的某轻型商用车驾驶员位置人机工程分析[J].汽车实用技术,2013.