中重卡人機(jī)及關(guān)鍵性能研究思路

王 琦，馮 朝，張曉珂

（陜西汽車集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

目前國內(nèi)商用車的整車性能指標(biāo)引用舊教材及歐洲標(biāo)準(zhǔn)，而隨著技術(shù)突破、國內(nèi)路況向好、載重規(guī)范化、駕駛員年輕化以及國內(nèi)外不同的工況、載重、駕駛員操作習(xí)慣等諸多因素，這些性能指標(biāo)已不能很好地支撐產(chǎn)品設(shè)計(jì)。同時(shí)，用于人機(jī)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(jìn)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(xù)考慮5分位女性，對整個(gè)空間的布局會(huì)形成掣肘。

商用車的整車性能指標(biāo)（人機(jī)操控、可靠性、動(dòng)力性、通過性），還是按照以前教材中設(shè)計(jì)規(guī)范制定，從歐洲的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中沿用過來；但國內(nèi)道路情況、國人的審美、駕駛員體態(tài)特征、駕駛員操作習(xí)慣等與歐洲不相同，直接生搬硬套會(huì)造成評價(jià)失真。同時(shí)隨著中國社會(huì)的發(fā)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(xù)向好；且國內(nèi)近些年對治超政策趨嚴(yán)，載重也趨于規(guī)范化。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 人體模型分析

目前，我國人體相關(guān)的汽車開發(fā)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)要求》，我國不少企業(yè)仍然使用美國汽車工程師學(xué)會(huì)（Society of Auto- motive Engineers, SAE）標(biāo)準(zhǔn)人體模型及推薦標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(shí)際人機(jī)校核中還會(huì)考慮到第5百分位女性，這樣會(huì)造成空間布置上的浪費(fèi)，甚至?xí)奚?5百分位男性的操作空間。雖然通過SAE標(biāo)準(zhǔn)可以增加車輛開發(fā)的合理性，但如果分析不徹底的使用，反而會(huì)降低車內(nèi)人員的舒適性及車輛視野安全性等。

隨著中國社會(huì)的發(fā)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(huán)境、作業(yè)場景、生活習(xí)慣等影響，坐姿也潛移默化地發(fā)生了變化，20世紀(jì)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(shù)據(jù)為汽車研發(fā)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(biāo)分析

目前國內(nèi)的人機(jī)分析的物理邊界以及整車的性能邊界，多數(shù)沿用歐洲標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，如牽引車整車B10壽命1.5×10km的設(shè)定，但國內(nèi)的工況、零部件質(zhì)量、司機(jī)駕駛習(xí)慣、維修保養(yǎng)等和歐美不完全相同，基于直接數(shù)值的引用，必然與實(shí)際不符。

基于整車可靠性指標(biāo)設(shè)定的不合理，在系統(tǒng)、總成、零部件未充分驗(yàn)證的情況下，會(huì)導(dǎo)致總成及零部件的匹配存在過?；虿蛔悖霈F(xiàn)生命周期內(nèi)零部件頻繁損壞或車輛報(bào)廢后零部件還遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，不利于整車競爭力的提升，造成社會(huì)資源的浪費(fèi)，最終都是市場買單。

2 提升措施

在設(shè)計(jì)初期結(jié)合市場定位和目標(biāo)人群，按照國人身高、體重、臂長等姿態(tài)特征，選擇合適的中國男性百分位人體模型，同時(shí)兼顧滿足內(nèi)部空間及舒適的人體坐姿；通過摸底載重、運(yùn)營工況、駕駛員操作習(xí)慣，結(jié)合法規(guī)導(dǎo)向、市場需求、技術(shù)發(fā)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(biāo)、主觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)更有實(shí)際意義。

2.1 人體模型定義

考慮到中重卡用戶大多數(shù)為男性，選取第95百分位男性人體（表1為主要參數(shù)，圖1為尺寸分析）作為設(shè)計(jì)上限，第5百分位男性人體作為設(shè)計(jì)下限，再用第50百分位男性人體進(jìn)行人機(jī)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(shí)際用戶的駕駛空間需求，保證設(shè)計(jì)合理不冗余。

2.2 性能指標(biāo)修訂

隨著國家道路基建水平的提高、各工況運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)的完善，以及不同細(xì)分市場差異化需求，需要針對不同細(xì)分市場的典型工況進(jìn)行路譜采集、車輛運(yùn)營特點(diǎn)分析、用戶關(guān)注點(diǎn)分析、使用壽命調(diào)研等，并以滿足法規(guī)為基礎(chǔ)，以保證安全、可靠為前提，修訂了部分性能指標(biāo)，保證整車高適應(yīng)性、高性價(jià)比。

以某區(qū)域城建渣土自卸車為例（調(diào)研了典型渣土車運(yùn)行工況），在滿足上述要求的前提下，將下限設(shè)定為滿足實(shí)際工況的使用，并預(yù)留出合適的設(shè)計(jì)余量，策劃的性能指標(biāo)如表3所示。

2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)確定

車輛主要設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)實(shí)際工況以及設(shè)計(jì)教材參考制定，同時(shí)為了更好地指導(dǎo)設(shè)計(jì)，對原有的教材中更加理論的指標(biāo)進(jìn)行具體化轉(zhuǎn)換。

如將原有的對整車姿態(tài)角的要求，轉(zhuǎn)化為對車輛滿載前后輪心高差的要求，結(jié)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(chǔ)上，能夠很準(zhǔn)確地確定前后懸架設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。

另外針對底盤附件的尺寸設(shè)計(jì)邊界，也進(jìn)行了詳細(xì)科學(xué)的約束，結(jié)合底盤、貨箱的匹配，經(jīng)過軸荷計(jì)算，確定合理的軸距范圍，并依據(jù)現(xiàn)有物料及技術(shù)趨勢進(jìn)行總布置分塊規(guī)劃，以此確定底盤附件的向邊界，同時(shí)結(jié)合上裝對底盤附件超過車架上翼面不大于某一數(shù)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(jù)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(jù)法規(guī)要求的整車最大外寬、附件的安裝支架結(jié)構(gòu)、側(cè)防護(hù)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(fā)底盤附件的尺寸參考，具有實(shí)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(dǎo)，企業(yè)、高校、學(xué)會(huì)、社會(huì)組織共同去推動(dòng)落地。同時(shí)推動(dòng)國內(nèi)汽車座椅舒適性自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究。

整車性能需要頭部企業(yè)結(jié)合車輛本身、按照實(shí)際工況、用戶審美等多方面綜合因素去定義，保證產(chǎn)品開發(fā)有法可依、有據(jù)可查。

整車設(shè)計(jì)參數(shù)需要結(jié)合實(shí)際工況、設(shè)計(jì)教材等進(jìn)行更加詳細(xì)的轉(zhuǎn)化，并對過于理論的部分進(jìn)行修訂，以便能更實(shí)際地指導(dǎo)工程師進(jìn)行詳細(xì)的整車設(shè)計(jì)。

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究

通過掃描儀掃描目標(biāo)人群的標(biāo)準(zhǔn)姿勢，通過數(shù)據(jù)處理獲得中國駕駛?cè)巳旱娜梭w尺寸參數(shù)。

通過測量駕駛員的舒適坐姿，可以得到駕駛員的坐姿關(guān)節(jié)角度、空間位置等信息。

人體特征研究是一項(xiàng)龐大的社會(huì)基礎(chǔ)研究任務(wù)，只有做細(xì)做扎實(shí)了，建立符合中國人體特征的三維假人人體數(shù)據(jù)庫，這樣不僅能滿足國內(nèi)汽車行業(yè)的實(shí)際使用需求，而且推動(dòng)國內(nèi)工業(yè)設(shè)計(jì)向前邁了實(shí)質(zhì)性的一大步。

3.2 性能指標(biāo)完善

結(jié)合國內(nèi)生產(chǎn)制造水平、道路實(shí)際工況、用戶駕駛習(xí)慣等大數(shù)據(jù)的摸底分析，制定符合國情的整車人機(jī)操控、可靠性、動(dòng)力性、通過性等性能指標(biāo)，樹立全行業(yè)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，避免設(shè)計(jì)冗余、不足設(shè)計(jì)帶來的資源浪費(fèi)、安全隱患等。

做細(xì)做精性能指標(biāo)的研究工作，按照實(shí)際情況搭建的整車性能指標(biāo)庫，“做到一工況一指標(biāo)”，將會(huì)推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的良性發(fā)展，形成寶貴的知識沉淀。

3.3 設(shè)計(jì)參數(shù)定義

結(jié)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究、性能指標(biāo)完善等，最終按照細(xì)分市場定義一個(gè)更具有指導(dǎo)實(shí)際設(shè)計(jì)意義的設(shè)計(jì)參數(shù)，讓工程師們能夠建立起理論結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)思維。

4 結(jié)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(biāo)要求越來越高，對人機(jī)分析在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也更加苛刻，人機(jī)分析將更加注重目標(biāo)人群的實(shí)際狀況，以便制造出更舒適、更人性、更科學(xué)的汽車，同時(shí)整車性能指標(biāo)及設(shè)計(jì)參數(shù)的制定要結(jié)合現(xiàn)實(shí)工況并具有實(shí)際指導(dǎo)意義，這樣才能使車輛的綜合效能達(dá)到最佳水平。