人機(jī)工程在城市客車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

房立勇 辛磊 趙久永 弓引花 佟帥 袁輪

（1. 上海龍創(chuàng)汽車設(shè)計(jì)股份有限公司，上海201615；2. 金龍聯(lián)合汽車工業(yè)（蘇州）有限公司，蘇州215000）

主題詞：城市客車 操作舒適性 人機(jī)工程學(xué) 內(nèi)飾

縮略語(yǔ)

1 前言

城市客車是城市公共交通的重要組成部分，為市民出行提供便利的條件。城市客車設(shè)計(jì)存在2 方面的挑戰(zhàn)：（1）需要使乘客在短暫的乘坐過(guò)程中體驗(yàn)到乘坐舒適性；（2）需要使駕駛員在每天的駕駛過(guò)程中能夠體驗(yàn)到視野開闊、操作方便和乘坐舒適性。

在當(dāng)前汽車設(shè)計(jì)中，乘用車有著完善的人機(jī)舒適性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以在車輛開發(fā)過(guò)程中提供輔助設(shè)計(jì)，但是城市客車的設(shè)計(jì)就缺少完善的人機(jī)舒適性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致城市客車在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于人機(jī)舒適性的考慮較少，影響駕駛舒適性。因此，本文主要闡述城市客車在設(shè)計(jì)過(guò)程中如何定義駕駛員人體坐姿、控制設(shè)計(jì)邊界和控制操作舒適性等，然后將城市客車設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的規(guī)范、法規(guī)和注意事項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明，為城市客車設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

2 駕駛室空間設(shè)計(jì)

2.1 駕駛室設(shè)計(jì)

駕駛室空間設(shè)計(jì)前要確定駕駛員的坐姿、視野、操作空間和乘坐空間的目標(biāo)值，這是駕駛室空間設(shè)計(jì)的重要輸入。駕駛員在城市客車上工作時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)要從駕駛員乘坐舒適性、開關(guān)操作舒適性、屏幕觀察方便性等綜合評(píng)價(jià)駕駛員的駕駛舒適性，讓駕駛員能夠在長(zhǎng)時(shí)間的工作中不易產(chǎn)生駕駛疲勞，并通過(guò)合理的駕駛艙設(shè)計(jì)，提高城市客車運(yùn)行安全，減少安全事故的發(fā)生。

2.2 駕駛員坐姿設(shè)計(jì)

駕駛員坐姿尤為重要，會(huì)直接影響駕駛員的乘坐舒適性。不同類型車駕駛員的坐姿是不同的，按照國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15089—2001 中的分類，城市客車屬于M2 和M3 類載客汽車。參照SAE J1100 NOV2009 中的分類，城市客車屬于B 類車。從上述標(biāo)準(zhǔn)的推薦坐姿看，B 類車和M3 類載客汽車駕駛員的坐姿較乘用車坐的更直立，2 種車型駕駛員坐姿如圖1所示。

圖1 乘用車和城市客車駕駛員坐姿

本章闡述城市客車駕駛員坐姿規(guī)劃經(jīng)歷的3個(gè)階段。

第1 階段：由相關(guān)主機(jī)廠輸入相應(yīng)的人機(jī)硬點(diǎn)3個(gè)，分別為座椅參考點(diǎn)（SGRP）點(diǎn)、踵點(diǎn)（AHP）和轉(zhuǎn)向盤中心點(diǎn)（SWC）。然后將2D假人數(shù)據(jù)按照要求在駕駛室內(nèi)進(jìn)行布置，根據(jù)SAE規(guī)范對(duì)人體各個(gè)關(guān)節(jié)角度的舒適性進(jìn)行驗(yàn)證，但是這只是初步判斷。

第2 階段：由于每個(gè)公司在這之前都會(huì)有幾款成熟產(chǎn)品，所以也可以依據(jù)這些產(chǎn)品在市場(chǎng)上反饋的信息進(jìn)行判斷，即現(xiàn)在的人體坐姿是否要調(diào)整，例如：駕駛員長(zhǎng)期握轉(zhuǎn)向盤時(shí)大臂和小臂會(huì)不會(huì)是呈現(xiàn)“端著”的不舒服狀態(tài)，會(huì)不會(huì)在駕駛很短的時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)酸痛；駕駛員腳在踩踏三踏板的過(guò)程中會(huì)不會(huì)出現(xiàn)踏板不能踩到底，腳呈現(xiàn)“勾著”的不舒服狀態(tài)，造成“腳酸”的市場(chǎng)反饋。這些成熟產(chǎn)品的市場(chǎng)反饋信息都是在設(shè)計(jì)過(guò)程中判斷如何調(diào)整人體坐姿的重要依據(jù)。

第3 階段：通過(guò)前2 個(gè)階段的調(diào)整還不能具有強(qiáng)的說(shuō)服力，所以第3 階段要做的就是對(duì)市場(chǎng)上反饋口碑比較好的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)標(biāo)，用對(duì)標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證調(diào)整結(jié)果是否可行。

通過(guò)以上3 個(gè)階段調(diào)整出來(lái)的人體坐姿，并在此設(shè)計(jì)的人體坐姿下進(jìn)行城市客車的內(nèi)飾設(shè)計(jì)，可以大幅提升城市客車人機(jī)交互舒適性，圖2為城市客車人體坐姿示意。

圖2 城市客車人體坐姿示意

3 駕駛員視野設(shè)計(jì)

在人機(jī)工程學(xué)中，駕駛員的視野尤為重要。駕駛員的視野要求主要取決于日常行駛過(guò)程中的安全性要求，所以在進(jìn)行車輛設(shè)計(jì)過(guò)程中要著重考慮駕駛員的視野要求?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)于乘用車的視野要求比較嚴(yán)格，但對(duì)于M2和M3類載客汽車（B類車）的視野要求就沒(méi)有明確的規(guī)范，沒(méi)有形成統(tǒng)一的視野設(shè)計(jì)要求，本章詳細(xì)闡述城市客車視野設(shè)計(jì)要求。

（1）要考慮乘用車的視野規(guī)范，如前方視野（玻璃透明區(qū)、180°視野和信號(hào)燈視野）。

（2）要考慮城市客車的A 柱障礙角，此項(xiàng)要求在國(guó)標(biāo)GB 11562—2014中沒(méi)有明確要求，但是俄羅斯法規(guī)ГОСТ 51266—99有相關(guān)要求，可以參照此項(xiàng)法規(guī)進(jìn)行視野設(shè)計(jì)。

（3）針對(duì)下視野盲區(qū)、前方查看小孩和視野要求，通常此類的規(guī)范不是強(qiáng)制要求，但是每個(gè)主機(jī)廠在進(jìn)行駕駛艙設(shè)計(jì)的過(guò)程中都會(huì)盡量把盲區(qū)做到最小，提高駕駛的安全性。城市客車視野的設(shè)計(jì)可以參考以色列法規(guī)Mandatory Requirements For Buses，該法規(guī)要求駕駛員能看見(jiàn)車前100 mm、高116 mm的小孩模型（圖3），該法規(guī)為城市客車儀表板（Instrument Panel,IP）邊界定義提供了重要依據(jù)。

圖3 以色列客車視野法規(guī)要求[5]

（4）組合儀表視野是城市客車駕駛員視野設(shè)計(jì)的重要部分，因?yàn)榻M合儀表顯示的信息會(huì)直觀反饋車輛的行駛信息，如果在行駛過(guò)程中駕駛員不能直觀的讀取組合儀表的信息，影響駕駛員的信息判斷，會(huì)給行車帶來(lái)安全隱患。但是通常情況下，城市客車的轉(zhuǎn)向盤直徑會(huì)≥450 mm，轉(zhuǎn)向盤對(duì)組合儀表的遮擋就會(huì)很小，所以在駕駛員視野設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)是直觀視野(駕駛員對(duì)組合儀表的視距、視角）的設(shè)計(jì)，同時(shí)兼顧防止組合儀表板形成反光炫目和防止夜間行車時(shí)在側(cè)玻璃形成虛像，消除影響駕駛員視野的不利因素。

在調(diào)整組合儀表位置的時(shí)候，也要兼顧組合儀表相對(duì)駕駛員眼橢圓中心的視距和視角。在城市客車駕駛員視野設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到組合儀表到駕駛員的視距通常會(huì)比乘用車大。由于城市客車駕駛員人體坐姿較直立，且IP 相對(duì)較低，所以導(dǎo)致駕駛員眼橢圓中心點(diǎn)到儀表板的視距較乘用車的視距會(huì)大，但是只要控制在900 mm 以內(nèi)，駕駛員可以看到組合儀表板的信息，此視距規(guī)范在城市客車設(shè)計(jì)中通過(guò)駕駛艙模型得到了驗(yàn)證。

城市客車的行駛安全一直受到高度重視，間接視野的設(shè)計(jì)也是保障行駛安全的重要設(shè)計(jì)要求。所以在城市客車視野設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)考慮更多的間接視野，采用很多外后視鏡（外后視鏡、補(bǔ)盲視鏡、廣角后視鏡和前下視鏡）可以為駕駛員提供多種視野信息，方便駕駛員判斷車輛外部的情況。歐盟最新法規(guī)中，補(bǔ)盲視鏡的視野區(qū)域有所增加，法規(guī)區(qū)域見(jiàn)圖4的補(bǔ)充視野，在城市客車間接視野的設(shè)計(jì)中要著重考慮按此法規(guī)要求增加視野區(qū)域。

圖4 補(bǔ)盲鏡視野區(qū)域

被動(dòng)安全監(jiān)視布置方面，城市客車的每次運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)承載很多乘客，再加上夏季悶熱天氣，駕駛員很容易疲勞，所以通常會(huì)在駕駛艙內(nèi)布置監(jiān)視器（通常會(huì)布置在A 柱上，或者頂棚上）。在布置監(jiān)視器的時(shí)候，需要考慮監(jiān)視器視角能夠滿足監(jiān)測(cè)駕駛員臉部狀態(tài)，且不影響駕駛員的視野（此處需要注意，不要因?yàn)樵黾影踩O(jiān)視裝置造成增加A柱障礙角）。

通過(guò)以上的調(diào)整基本上會(huì)把城市客車的視野狀態(tài)確定，然后進(jìn)一步確定城市客車的內(nèi)飾邊界。

4 內(nèi)飾空間設(shè)計(jì)

城市客車內(nèi)飾空間在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要考慮2 類用戶的操作使用，即駕駛員操作和乘客使用。針對(duì)這2 類使用操作，本章闡述了在城市客車的內(nèi)飾空間設(shè)計(jì)中如何滿足這2 類操作的要求，圖5 為城市客車駕駛室俯視圖。

圖5 駕駛室俯視圖

4.1 駕駛室內(nèi)飾設(shè)計(jì)

駕駛室空間設(shè)計(jì)是內(nèi)飾空間設(shè)計(jì)的重要部分，主要考慮駕駛室內(nèi)的空間，包括駕駛員肩、肘、臀空間、腿部空間、頭部空間和按鍵可操作性。為保證城市客車駕駛員可靠地駕駛，城市客車駕駛員基本上會(huì)在一個(gè)與乘員艙隔離的駕駛室內(nèi)駕駛車輛，如果駕駛室空間太小，會(huì)給駕駛員一種緊湊感、壓抑感，所以在設(shè)計(jì)城市客車駕駛室時(shí)，內(nèi)部空間的設(shè)計(jì)就尤為重要。在進(jìn)行駕駛室空間設(shè)計(jì)時(shí)，通常要兼顧駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)肘部不能與周邊碰到。按照以往要求，轉(zhuǎn)向盤與周邊影響轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)飾邊界控制要大于等于150 mm，這樣就能有效地減少肘部空間不足的情況。

對(duì)IP 和副儀表上布置的按鍵一定要考慮操作舒適性，在進(jìn)行操作舒適性判斷的時(shí)候，由于城市客車駕駛室空間較大且頂棚較高，所以用傳統(tǒng)的手伸界面，不能全部滿足要求，這時(shí)候就要利用RAMSIS軟件中的手伸界面，用來(lái)參考內(nèi)飾按鍵操作的評(píng)價(jià)，來(lái)判斷內(nèi)飾邊界是否可行。另外布置按鍵的時(shí)候還要考慮操作方便性，如副儀表上靠近駕駛員布置的按鍵，和遠(yuǎn)離駕駛員布置的按鍵都需要滿足駕駛員手伸及要求。通常城市客車副儀表上會(huì)布置3～4排按鍵，保證結(jié)構(gòu)空間的前提下，就會(huì)出現(xiàn)靠近后面的兩排按鍵存在不容易操作的情況。根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程中的模型體驗(yàn)和樣車體驗(yàn)，建議將按鍵都要布置在座椅參考點(diǎn)（SGRP）之前（圖6），這樣才能避免駕駛員手臂在不彎曲很大角度的情況下操作相關(guān)功能鍵。

圖6 手伸及校核參考

另外，在對(duì)城市客車的IP和副儀表進(jìn)行按鍵布置時(shí)，還要考慮按鍵與按鍵的中心間距，按鍵中心與相鄰內(nèi)飾面的間距。按鍵和按鍵中心的間距要大于等于20 mm，按鍵中心到相鄰內(nèi)飾面的間距要大于等于20 mm，圖7顯示按鍵與按鍵中心間距。

圖7 按鍵與按鍵中心間距

4.2 乘客空間設(shè)計(jì)

乘客空間設(shè)計(jì)主要考慮乘客乘坐舒適性和通過(guò)舒適性。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要按照歐標(biāo)法規(guī)嚴(yán)格執(zhí)行，并在此基礎(chǔ)上考慮人機(jī)工程學(xué)。歐盟法規(guī)主要對(duì)通道空間、座椅間距、乘客有效頭部空間、乘客手操作空間、輪椅空間進(jìn)行要求，下面就對(duì)這些要求分別做簡(jiǎn)要闡述。

（1）通道空間

通道空間從乘客門到乘客艙內(nèi)都要注意。首先要考慮臺(tái)階的高度、臺(tái)階上腳踩踏的承載空間和在臺(tái)階旁邊供乘客使用的扶手，扶手的抓握空間和抓取方便性是提高乘客上下車舒適性的重要措施。另外，在檢查通道空間時(shí)，通常會(huì)采用極限狀態(tài)去測(cè)量通道空間，即將測(cè)量量塊靠緊通道一側(cè)，這樣就能保證城市客車在進(jìn)行法規(guī)檢查過(guò)程中，獲得好的檢測(cè)結(jié)果。圖8所示為城市客車通道測(cè)量狀態(tài)示意。

圖8 通道空間示意

（2）座椅間距

在歐盟法規(guī)中對(duì)座椅高度、座椅與座椅的間距，及座椅與相鄰內(nèi)飾面的間距都有明確要求，但在進(jìn)行座椅布置時(shí)，還要考慮人機(jī)舒適性，即座椅與座椅的高度差要控制在15 mm以內(nèi)，避免乘客在使用座椅時(shí)出現(xiàn)落差感。

（3）輪椅空間

在設(shè)計(jì)城市客車時(shí)，要考慮殘障人士的使用，尤其是乘坐輪椅的乘客，所以在進(jìn)行城市客車設(shè)計(jì)時(shí)要考慮輪椅的存放空間和殘障人士的操作方便性。歐盟法規(guī)對(duì)輪椅空間有明確的要求，要考慮殘障人士的使用方便性，如考慮靠背、緩沖墊和扶手，讓殘障人士在使用此空間時(shí)，能夠體會(huì)到來(lái)自設(shè)計(jì)者的特殊關(guān)愛(ài)。另外，為了避免空間浪費(fèi)，可以設(shè)計(jì)折疊座椅，用來(lái)在沒(méi)有殘障人士使用時(shí)供其他乘客使用，圖9 為輪椅空間的設(shè)計(jì)示意。

圖9 輪椅空間設(shè)計(jì)

（4）頭部空間

在進(jìn)行座椅布置時(shí)，要兼顧乘客的頭部空間，即座椅上方的垂直凈空間。如果不考慮這個(gè)要求，在實(shí)車體驗(yàn)過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)乘客碰頭的問(wèn)題，甚至可能造成乘客傷害，建議此處垂直凈空間要大于等于930 mm，此數(shù)值來(lái)自模型體驗(yàn)結(jié)果。

5 安全裝置

城市客車是現(xiàn)代城市重要的交通工具，所以城市客車設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮配備醫(yī)藥箱和滅火器，但是在布置醫(yī)藥箱和滅火器的存放位置時(shí)要考慮操作便利性和不容易被誤操作，這2 項(xiàng)內(nèi)容在歐盟法規(guī)里也有要求，在城市客車設(shè)計(jì)中不能忽視。

6 總結(jié)

在公共交通持續(xù)發(fā)展的今天，城市客車的設(shè)計(jì)要不斷優(yōu)化人機(jī)舒適性，以更好的用戶體驗(yàn)滿足人們出行需求?；趪?guó)家標(biāo)準(zhǔn)、SAE 標(biāo)準(zhǔn)和歐盟標(biāo)準(zhǔn)，本文對(duì)城市客車人機(jī)工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了闡述，包括駕駛員人體坐姿、駕駛員視野、駕駛室空間、駕駛員操作舒適性、乘客乘坐空間和安全裝置的存放位置，為城市客車設(shè)計(jì)提供參考。