基于人机工程学的重载卡车驾驶室内部布置

基于人机工程学的重载卡车驾驶室内部布置

田磊

徐州徐工汽车制造有限公司221000

摘要：重载卡车中的驾驶室需要不断提升舒适度，进而降低驾驶员在驾驶工作中所出现的疲劳感，而且也可以有效保障驾驶的安全度。下文主要结合人机工程学中的方法等相关的标准具体分析驾驶室中的优化设计情况。

关键词：人机工程学；重载卡车驾驶室；内部布置

在研究人、机和环境关系中出现一门新型的学科，即人机工程学，这门科学主要运用通过丰富的理论知识、方法以及相关的测试手段有效平衡人和系统之间的关系，使得人们在工作中可以更好地适应环境，同时降低能量的消耗。当前，在重载卡车中逐渐得到较为广泛的运用，其中将其运用在驾驶室中，能够帮助驾驶员控制操作平台，在这一人机交互的环境中能够提升工作效率，对降低驾驶员的精神负担也具有良好的作用，下文将做出具体分析。

一、分析H点功能的情况

针对H点功能而言，其主要指的是人体的身躯和大腿之间连接的位置，即胯点，在驾驶室中对于此位置的选择是否恰当，则对驾驶员操作的效率有较大的影响。其中H点的功能域则重点将驾驶员的舒适度和实际操作所需要的功能要求结合在一起[1]，即可以在充分满足这些要求功能的情况下就可以将其作为H点区域中的交点位置。

（一）分析坐姿的适度情况

由于驾驶员在驾驶过程中所要求的舒适度比较高，此时就涉及到一个坐姿舒适度的情况，这就需要重点关注人体较为重要的关节点，并能够将其保持在适度范围中。其中可以将锺点作为原点，然后建立对应的二维杆状模型，该模型所展示出的几何关系可以表示为如下的方程式：

……L3

在上述式子中，其中XH为对应的坐标点，即mm；而A0则是锺点和踝点之间的连线与踏板所形成对应的夹角，即度；A3是小腿和大腿所形成的夹角，A4踏板和小腿所形成对应的夹角，L1为膝关节和胯关节对应的长度，L2是踝关节至膝关节的长度，L3则是锺点和踝关节对应长度。

根据人的生理结构统计舒适驾驶中的相关数据，如在A5是已知的条件下，通过第九十五百分位的男性和第五百分为的女性情况通过出如下的数据，男性，L1为407，L2是396，L3则是128，女性L1为351，L2是351，L3则是121.2，H点舒适坐姿中人体的角度范围如下：A3最大值是121度，最小值是100度，A4最大值是104度，最小值是77度。

（二）分析方向盘中硬点约束域情况

由于H点中会对驾驶室中许多不同的布置位置做出对应尺寸的修改，但是遇到硬点的尺寸则会对H点产生一定的约束。参照SAE中所指定的标准可知，在今后定义方向盘中则需要对L7和L13做出明确的规定[2]，即将方向盘中最的边缘好人体躯干位置所表现出的最小距离控制好，具体的关系表达式如下：

……

在上述式子中，Xc和Zc中方向盘的中心坐标，W9指的是方向盘中最大的直径，A18为竖直面和方向盘所形成的夹角，而A40则为躯干角，而A9是水平面和大腿轴线之间所形成的夹角。因此，在对应的方向盘的中心位置和相关的设计参数而得到两个不同的H点所形成的区域交集[3]。

（三）分析视野功能区域

在重载卡车中，为了能够提升驾驶员安全性，需要在前风窗、遮阳板以及后视镜做好设计，这就需要保障视野具有的良好的条件。

1对于眼椭圆的设计分析

眼椭圆指的是根据不同驾驶员的身材情况而设计出对应的座椅，即驾驶员可以调整自己的座椅，然后结合眼睛具体的位置而统计好驾驶中各个坐标情况。然后做好眼椭圆相关的定位工作[4]，第一步，根据锺点和H点之间的高差、水平行程中的TL23、眼椭圆中的百分位和躯干角进行定位；第二，确定对应的参考点，针对这一位置需要在今后被使用多次，第三，需要掌握眼椭圆，可以参照如

下的公式进行计算：

在上述式子中，其中的W20则代表的是双眼中心点至平面之间的距离，而YL和Z则需要掌握好左眼椭圆的中心点位置，而Z则代表的是右眼椭圆的中心位置。

2结合轴长度而设计眼椭圆

在不同的视角中有不同的情况，具体可以见下表一。

其中，俯视角度主则主要是眼椭圆逐渐向中心旋转，大约为-5.4度，而侧视图中，则是眼椭圆的位置逐渐围绕X轴线而逐渐向中心进行旋转[5]，大约为12度，结合这一要求则可以良好的确定出驾驶室内具体的位置。Y轴中，第九十五百分位为106.1mm，TL（100至132）是104.2，X轴第九十五百分位为199.2mm，TL（100至132）是199.2；Z轴第九十五百分位为88mm，TL（100至132）是87。

（四）分析头廓包络线的设计情况

在重载卡车设计中，头廓包络线含义是通过不同驾驶员的身材百分位情况而调整正常坐姿下的驾驶所涉及的包络线。其中头廓包络线主要参照的是眼椭圆作为重要的基准，然后结合眼椭圆的情况和坐标而绘制出准确位置。第一，在确定头廓包络线的位置中可以参照如下的计算公式进行，即：

在上述的式子中，其中的X、Y和Z之间就可以设计出中心点具体的坐标位置；第二，参照下表二的情况，即参照不同的百分位情况，此时就会得到不同的轴线尺寸。其中Y轴中的外侧位置中，外侧的轴长会大于内侧，而头廓包络线中的Y中心位置需要外插大约23毫米的位置。但是为了能够减少驾驶员在操作过程中所出现的晃动情况，可以从侧视图中计算围绕X轴而旋转大约-12度，这就可以有效完成驾驶室中所设计的头廓包络线中的定位。Y外侧，第九十五百分位为167.11mm，TL（0至133）为167.77mm，Y内侧第九十五百分位为144.77mm，TL（0至133）为145.34mm。

（五）分析膝部包络线的设计情况

在重载卡车中需要对座椅的水平进行调整，其中主要的项目包括：左腿（主要控制的是离合器）、右腿（主要控制的是油门）。在驾驶室中的仪表下方需要有效设计出对应的膝部空间，但是从膝部空间中具体的尺寸以及形状发生变化的情况则会对驾驶操作的便捷性带来影响，如发生撞车的情况，此时驾驶员的身体就会出现的运动轨迹，进而对驾驶员产生一定的伤害。第一，分析定位左膝的包络线情况，即参照如下的公式进行定位，即：

上述式子中的ZL、XL为左膝包络线中的位置，而δ则代表的是对应定位位置中所可以参照的Z和X方向发生偏移的情况。

结合上述分确定方式所得到的数据情况，其中右膝中的包络线其圆弧半径是112.43mm，而左膝中的包络线中其圆弧的半径是102.22mm。

结束语：

在参照人机工程学相关理论对重卡车中的驾驶室进行优化设计，可以有效提升驾驶室舒适性，而且对保障驾驶员操作的安全性也具有良好的作用，除此之外，通过人机工程学的理论指导设计驾驶室的之后，可以能够帮助驾驶员控制操作平台，此外，也能够降低驾驶员的能量消耗量，在重载卡车中可以广泛采用。

参考文献：

[1]陈剑，杜选福，施斐博.基于加权相对灵敏度的驾驶室结构轻量化[J].中国机械工程，2016，27（24）：3402-3407.

[2]姜彪，谢小平，卿宏军.相对灵敏度与综合优化策略下的某商用车驾驶室轻量化设计[J].机械科学与技术，2016，35（12）：1906-1913.

[3]黄山云，陈彬，涂奉臣，陈照波，于东.重卡驾驶室半主动悬置控制方法[J].振动.测试与诊断，2016，36（01）：176-181+205.

[4]周新涛，马娜，盛嘉璐，陈经涛，杨月诚，于少杰.某重型矿用自卸车侧置式驾驶室悬置系统的振动特性试验研究[J].矿山机械，2016，44（11）：21-25.

[5]施斐博，陈剑，沈忠亮，杨志远.基于ATV技术的驾驶室低频噪声优化控制[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2016，39（09）：1184-1188+1195.