客車駕駛室布置人機(jī)工程優(yōu)化

金立生，史冬冬，呂歡歡，王亞麗，茹曉輝

（1.吉林大學(xué)交通學(xué)院汽車運(yùn)用工程系，吉林 長春130025；2.鄭州日產(chǎn)汽車有限公司，河南 鄭州451450)

目前，客車是人們出行和旅游最廣泛選用的交通工具，在交通運(yùn)輸中占據(jù)著非常重要的地位。客車駕駛員工作環(huán)境差、勞動強(qiáng)度高，駕駛室舒適程度對駕駛員精神心理狀態(tài)和身體健康有至關(guān)重要的影響。設(shè)計(jì)不合理的客車駕駛室，容易導(dǎo)致駕駛員精神緊張、產(chǎn)生疲勞、操作失誤率高等問題，進(jìn)而導(dǎo)致交通事故率增加。根據(jù)林芬等人對長途汽車駕駛員健康狀況的調(diào)查顯示，長期從事汽車駕駛的駕駛員，患職業(yè)病的概率也會增加[1]。因此，提高客車駕駛區(qū)舒適性，能夠有效改善駕駛員工作條件，減少交通事故，進(jìn)一步提升客車產(chǎn)品的市場競爭力。本文應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)理論和方法，以RAMSIS軟件為工具，對國內(nèi)某款客車駕駛室布置進(jìn)行了人機(jī)工程校核與優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 RAMSIS軟件的特點(diǎn)

RAMSIS是進(jìn)行駕駛室人機(jī)工程設(shè)計(jì)的一個非常有效率的CAD工具?；诖罅康脑囼?yàn)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了不同類型的人體模型。在軟件中，人體模型位置的調(diào)整是自動完成的，用戶只需要輸入完成某一動作的約束關(guān)系即可[2]。

2 創(chuàng)建客車駕駛員人體模型

在RAMSIS軟件的BodyBuilder模塊中，用戶可以根據(jù)自己的需要，創(chuàng)建有針對性的人體模型群體[3]。

針對國內(nèi)某款長途客車的目標(biāo)客戶群，隨機(jī)選取200名客車駕駛員，按RAMSIS軟件定義的方法，測量各項(xiàng)人體尺寸。根據(jù)公式（1）統(tǒng)計(jì)得出第5百分位、第50百分位、第95百分位人體數(shù)據(jù)。

式中，

Pi表示某項(xiàng)人體測量數(shù)據(jù)第i百分位尺寸；

K為轉(zhuǎn)換系數(shù)，第5、50、95百分位的轉(zhuǎn)換系數(shù)K分別為2.576、0、1.645；計(jì)算第1~50百分位數(shù)時取“-”，計(jì)算第50~99百分位數(shù)時取“+”[4]。

圖1是根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果在RAMSIS軟件中創(chuàng)建三種百分位人體模型。

圖1 三種百分位人體模型

3 客車駕駛室的人機(jī)工程優(yōu)化

3.1 RAMSIS人體模型的H點(diǎn)

傳統(tǒng)H點(diǎn)是指人體模型樣板中人體軀干與大腿的連接點(diǎn)，即胯點(diǎn)，對于三維人體模型，H點(diǎn)是指胯關(guān)節(jié)連線的中心。

在RAMSIS軟件中，人體模型的H點(diǎn)并不是胯關(guān)節(jié)的中心點(diǎn)，而是距離胯關(guān)節(jié)中心點(diǎn)有一段偏移量。這段偏移量代表了座椅SgRP點(diǎn)到人體胯關(guān)節(jié)中心點(diǎn)的距離變化，其與性別、人體數(shù)據(jù)庫以及座椅類型有關(guān)。如圖2所示。

圖2 RAMSIS人體模型H點(diǎn)位置

3.2 舒適性分析

將簡化處理后的客車模型導(dǎo)入RAMSIS軟件，并調(diào)出預(yù)先建立好的人體模型。通過加入約束關(guān)系使人體模型坐在司機(jī)椅上，模擬駕駛員進(jìn)行駕駛操作，如圖3所示。

圖3 駕駛坐姿

針對人體模型的姿態(tài)，RAMSIS軟件可以從不同方面進(jìn)行舒適性評價(jià)，包括載荷壓力、不舒適度和脊柱疲勞等方面。文章主要就左右腿、左右臂、背部、肩部、頸部、臀部等部位進(jìn)行分析。結(jié)果的設(shè)定分?jǐn)?shù)值和條形框兩種形式，數(shù)值小于2.5時是非常理想的狀態(tài)，位于2.5～5.5之間是可以接受并且可以改進(jìn)的，高于5.5則是不舒適甚至對人體有害的[5]。

表1是優(yōu)化前后坐姿舒適性評價(jià)結(jié)果，從表中數(shù)據(jù)可以看出，原車駕駛室中，駕駛員頸部、肩部、手臂等部位不舒適感覺值較高，舒適性較差。重新進(jìn)行駕駛室布置后，身體各部位的不舒適感覺值均在比較理想的數(shù)值范圍內(nèi)，總體舒適性有了很大地提升和改善。

表1 坐姿舒適性

3.3 視野性分析

車輛視野性能與汽車行駛安全性密切相關(guān)，良好的汽車視野設(shè)計(jì)能顯著提高交通安全性，避免事故的發(fā)生[6]。GB 11562—1994和GB 15084—1994中對車輛前方視野范圍及測量方法、后方視野范圍以及測量方法等都有著詳細(xì)的規(guī)定。

應(yīng)用RAMSIS軟件可以就汽車前方視野、儀表臺視野、內(nèi)外后視鏡視野、雨刷刮掃視野、第一立柱盲區(qū)等視野性進(jìn)行分析與校核。

圖4為應(yīng)用RAMSIS軟件校核優(yōu)化車型的右外后視鏡視野，通過觀察虛擬后視鏡鏡中的景象，結(jié)合后視鏡的視野包絡(luò)面可以看出，后視鏡的視野能夠滿足國標(biāo)的要求。

圖4 右外后視鏡視野

3.4 空間性校核

應(yīng)用RAMSIS軟件可以進(jìn)行駕駛室空間性校核。在圖5中顯示的是在進(jìn)行制動操作時，駕駛員腿部與轉(zhuǎn)向管柱的位置關(guān)系。很明顯，該轉(zhuǎn)向管柱殼體過于龐大，直接導(dǎo)致駕駛員腿部空間不足，駕駛員在進(jìn)行制動操作時小腿會與殼體相碰，嚴(yán)重影響駕駛員的舒適性與行車安全性。

圖5 制動時腿部空間

由于人機(jī)工程學(xué)在國內(nèi)大多數(shù)客車行業(yè)尚未形成完整體系，因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時有時考慮不周全，出現(xiàn)人機(jī)搭配不合理的問題。

4 結(jié)束語

目前，國內(nèi)人機(jī)工程學(xué)研究主要集中在轎車和小型車方面，針對大中型客車的研究相對比較少。而客車駕駛員工作環(huán)境差，勞動強(qiáng)度高，極其容易產(chǎn)生駕駛疲勞。因此，研究客車設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)特性，提升駕駛室舒適性，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

RAMSIS系統(tǒng)是功能較全面的人機(jī)工程軟件，操作簡單方便，可以針對目標(biāo)客戶群創(chuàng)建相應(yīng)的人體模型，進(jìn)行駕駛室布置的校核與設(shè)計(jì)。利用RAMSIS軟件進(jìn)行客車人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)研究，必定能有力地促進(jìn)我國客車行業(yè)的發(fā)展。

[1]林 芬，邱堅(jiān)衛(wèi)，溫 虹.長途汽車駕駛員健康狀況的調(diào)查[J].職業(yè)與健康，2010，26（12）：1341-1342.

[2]杜子學(xué).汽車人機(jī)工程學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]譚瑛鵬，陳昌明.RAMSIS人體數(shù)據(jù)庫建立方法[J].汽車工程師，2010（8）：27-29.

[4]周一鳴，毛恩榮.車輛人機(jī)工程學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1999.

[5]朱煒昱，陳昌明，沈 浩.RAMSIS在汽車人機(jī)工程學(xué)中的應(yīng)用[J].中國科技信息，2007(8)：59-60.

[6]盧 奇，蘇楚奇，周 權(quán)，等.基于RAMSIS的轎跑車視野分析[J].汽車科技，2011（4）：28-32.