基于人机工程学的旅游观光车车身总布置方法研究

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｐａｃｋａｇｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｃａｒ，ａ ｃｒｅａ－
ｔｉｖｅ ｈｕｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｐａｃｋａｇｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｇｈｔｓｅｅｉｎｇ ｂｕｓ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｃｏｍｍｏｎ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｉｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｉｇｈｔｓｅｅｉｎｇ ｂｕｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｃａｒ ｉｎ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ··ｍａ·· ｃｈｉｎｅ ｐａｃｋａｇｅ，ａ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｓｅａｔｓ，ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｓｉｏｎ ｃｈｅｃｋｉｎｇ，ｃｏｎ— ｖｅｎｉｅｎｃｅ ｏｆ ｇｅｔｔｉｎｇ ｉｎ ａｎｄ ｇｅｔｔｉｎｇ ｏｆｆ，ａｒｍｒｅｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｕａｒｄ ｂａｒ ｅｔｃ．ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｔｈｉｓ ｈｕｍａｎ—ｍａｏ ｃｈｉｎｅ ｐａｃｋａｇｅ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｔａｋｅｎ ｔｈｅ ｓｉｇｈｔｓｅｅｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｇｏｅｓ ｉｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅａｔｉｎｇ ｃｏｍｆｏｒｔ ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ｔｈａｔ ａｌｌ ｔｈｅ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｏ ｉｎｓｉｄｅ ａｒｅ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ．
Ａｌ
２０
２０
２０
２０
２０—３０
Ａ２
４１
４１
２３
２３
２８
Ａ３
１１３
１１３
９９
９９
１０５～１１５
Ａ４
９４
９８
１０８
１ｌＯ
ｌｏｏ—１０５
Ａ５
１０８
ｌｌｌ
１１５
１２７
ｌｌＯ～１３０
Ａ６
８５
１０ｌ
８５
１１６
９０
Fra Baidu bibliotek
Ａ７
１８０
１８０
１８０
１８０
Ｈ点坐标 （１１４０，一３０４，３４７） （１１４０，一３０４。３４７）
图２四排座椅布置结果
《磊帮 、女睛勉强转动厨
精１酝燃黼
２ 乘客视野的校核
旅游观光车的游览观光的用途决定了在对其 进行人机布置时，必须考虑后排乘客的视野性。 虽然ＳＡＥ和ＧＢ没有相关的标准规定，但仍有校 核的必要性。 ２．１第一排乘客视野校核
第一排乘客的座椅位置位于驾驶员右侧，与 驾驶员座椅关于ｙ表平面呈对称分布。在对其视 野进行分析时，风窗玻璃的透明区、Ａ柱盲区的分 析沿用驾驶员前方视野校核的方法，即满足小于 ６０的Ａ柱障碍角；上下左右极限视线（前方视野范 围）的分析则在１８００视野范围校核的基础上，根据 人机工程学中的视觉生理特性，引人了极限视野 的概念进行校核。极限视线的分析是利用眼椭 圆，在上下左右四个方向上极限位置处，绘制出偏 角最大的视线（见图３）。 ２．２第二排乘客视野校核
前Ｈ点和最后Ｈ点的位置，将９５％男性和５％女性 人体模型放置在座椅上所得的关节角如表１所示。
表１蛄％男性和５％女性人体模型关节角
编号
Ｈ９５（最后Ｈ点）
踏板自 由状态
（。）
踏板踏 下状态
（。）
Ｈ５（最前Ｈ点）
踏板自 由状态
（。）
踏板踏 下状态
（。）
德国汽车工业 协会（ＶＤＡ）推荐 的轿车舒适姿态
（。）
，（４）根据当前车身硬点尺寸的约束，校核是 否发生干涉。 １．２．２第二、三排乘客座椅的布置结果
充分考虑旅游观光车的观光用途，保证后排 乘客的视野开阔性，第一、二、三排座椅的高度依 次递增。但受到车身高度的制约，同时又要满足 后排乘客头部空间的要求，后排地板高度的增加 量有一定的限度，设计第三排座椅高度同第二排 座椅相等。
１ 座椅布置的设计方法
１．１ 驾驶员座椅以及方向盘的设计 驾驶室在传统方法中一般是分开设计的，对
座椅以及方向盘单独进行研究，具体参数也主要 以经验设计为主，对于各部分参数之间的联系研 究不是很多。本实例根据人机工程学的思想，将 驾驶室作为一个整体与驾驶员组成一个系统，对 整个系统进行研究。因为在加速踏板位置已定的 前提下，驾驶员座椅和方向盘是与人体姿势发生 直接作用的部件，三者之间相互作用和影响，相辅 相成，构成了一个闭环的设计系统。
从以上设计结果得出：７个关节角度基本满足 ＶＤＡ推荐的轿车舒适姿态，但是有微小的偏离，这 是为了兼顾紧凑布置和驾驶员视野性。驾驶员关 节角的舒适性受到了一定的影响，但影响不大。 布置方案如图１所示。
图１ 驾驶员座椅布置方案 １．１．２车身硬点尺寸约束校核’
（１）踏板位置及地板对Ｈ点位置的约束：
Ｈ３０；
（２）腿部操纵空间对Ｈ点位置的约束：Ｌ３４； （３）方向盘对于Ｈ点位置的约束：Ｈ１３、Ｌ７、
Ｌ１１；
（４）头部空间对Ｈ点的约束：Ｈ６１。 校核结果见表２。
表２校核结果
１．２第二、三排乘客座椅的布置 乘客与驾驶员座椅布置的不同之处在于，驾
驶员脚的位置由踏板位置决定，踵点位置已知，踵 点是布置的基准点。而乘客的脚是自然地平放在 地板上，踵点的位置是不确定的。 １．２．１ 第二、三排乘客座椅的布置方法
３ 人机布置主观评价调查报告
在人机系统的设计中，主观评价实验具有重 要的作用，它与客观标准相辅相成共同构成了人 机布置的评判标准。人机布置的好坏最终取决于 人的主观感受。我们在试制出的样车上进行了人 机主观评价实验，本次实验共选取５２人（其中男 性３８名，女性１４名），身高尺寸涵盖第５、５０、９５ 百分位的成年男性与第５、５０、９５百分位的成年女 性。让每个评价人员坐到车里亲身感受一下乘坐
算每个指标的当量分值：Ｅ＝∑Ｐ。／ｎ。 式中，Ｅ为评价的当量分值；Ｐ。为每一排评价
人的平均得分，ｎ为排数。由此可得：Ｅ腿部＝３．８６、
Ｅ上下车＝３．９２、Ｅ视野＝４．２６、Ｅ舒适＝３．５４。
Ｅ腿部＞Ｅ上下车＞Ｅ视野＞Ｅ舒适，四个主观评价指 标中视野性评价得分最高。这一点充分体现了旅 游观光车游览观光为目的，在人机布置中优先考 虑视野性。
●最优视区：一般在自然视线垂直方向６０和 水平方向８。的范围内，物体的映像落在视网膜最 敏感的部分黄斑上，从而形成人眼的最优视区。 ２．２．２校核方法——模拟视野的“相对遮挡”
·１２·
上海汽车２０１０．０１
万方数据
采用模拟前排乘客对后排乘客视野的“相对
遮挡”的方法。１１座旅游观光车是非封闭车身，侧
第四排座椅采取面向后方的布置方式，即第 三排与第四排座椅背靠背。采用这种布置方式的 原因是受到轴距的制约。
至此，四排座椅布置完毕，如图２所示。
正常人双眼的综合视野在垂直方向约为１３００ （视水平线上方６００，下方７００），水平方向约为 １８００（双眼内侧视野重合约６０。，外侧各９００）。人 在观察周围事物时，往往转动眼球和头部，以扩大 视区。眼睛和头部转动时分成自然转动和勉强转 动。眼睛的自然转动角度在水平方向左右各为 １５０，勉强转动角度左右各为３００；头部自然转动范 围在水平方向左右各为４５。，勉强转动角度左右各 为６０。。在垂直方向上，眼睛的自然转动角度向上 向下均为１５０，勉强转动角度向上为４５０，向下为 ６５０；头部自然转动角向上向下均为３００，勉强转动 角度向上向下均为５０。
结论：德国工业协会（ＶＤＡ）推荐的轿车舒适 姿势主要针对的是轿车驾驶员，而观光车乘客的 姿势布置可以借鉴，但不必完全满足，在布置时考 虑到轴距及内部空间的约束，我们可以退而求其
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万方数据
次，满足人体舒适关节角度即可。７个关节角度基 本都在人体舒适关节角度之内，只有Ａ１比人体舒 适关节角度范围小了２０。略有偏差，在可以接受的 程度内。 １．３第四排乘客座椅的布置
主
观
客观
第一排腿部空间最好 第三排腿部空Ｉ’日ｊ较小
人体关节角基本是否 满足ＶＤＡ推荐的轿 车舒适姿态
第四排最好
座椅面朝后方布置， 前方无遮挡
第二排有效视区和最
第二排最好第ｊ排较
优视区面积均大于第
差
三排
人体舒适性
第一排人体舒适性最 好第二、ｉ、四排座椅 久坐易疲劳
乘客座椅靠背角较小
横向比较各个主观性评价指标，按照下式计
基于人机工程学的旅游观光车车身总布置方法研究
高暮琰章 桐 袁 飞 （同济大学中德学院，上海２０００９２）
【摘要】 在借鉴了轿车、客车的人机布置方法的基础上，创造性地提出一些适用于旅游观光车人机布置
的设计方法。详细深入地分析了旅游观光车与一般轿车在人机布置中的相同与不同，对驾驶员和乘客座椅的布 置、乘客视野的校核、上下车方便性、坐椅扶手和车位护栏等方面进行设计：本套人机布置方法充分考虑了游览 观光的功能，在满足由外向内的布置约束的前提下，最大程度追求乘坐舒适性和视野开阔性。
比例较低；而最优视区完全未被遮挡。视野情况
良好；第三排有效视区被遮挡去３７．７６％，比例相
对较大，而最优视区完全被遮挡，视野性相对第二
排较差。图４就是在ＣＡＴＩＡ中模拟视野的相对遮
挡。
图４ ＣＡＴＩＡ中模拟视野的相对遮挡
２．３第四排乘客视野校核 第四排乘客姿态为反向乘坐，与第三排座椅
背靠背。反向乘坐的视野更加开阔，因为乘客的 前方毫无障碍物，唯一可能遮挡就是Ｃ柱。所以 在车身设计时应注意Ｃ柱的Ｘ方向位置和形状。
采用模拟前排乘客对后排乘客视野的“相对 遮挡”的方法。首先来了解一下人机工程学中的 视觉特性。 ２．２．１人机工程学中的视觉特性
图３ 眼睛和头部的自然转动角和勉强转动角
●有效视区：因为眼球转动速度较快，自然转 动角度在各个方向上都为１５０，所以头部一般不动 就能在自然视线各个方向近３０。的范围内看清物 体，这个３０。的范围称为有效视区。
的舒适程度，然后按照５，４，３，２，１的评分等级分 别给四排座椅的四项评价指标打分。四项评价指 标包括腿部空间、上下车方便性、视野区域、人体 舒适性。 ３．１实验结果分析
将主观性评价实验结果与客观的人机布置校 核比较分析，如表２所示。
表２主、客观性评价实验比较分析
评价指标 腿部空间 上下车方便性
视野性
由于本文中着眼旅游观光车与一般轿车人机 布置的不同之处，因此着重分析座椅位置的布置 方法、乘客视野校核、上下车方便性以及坐椅扶手 和车尾护栏等问题。其中，在座椅布置中，根据人 体舒适关节角度范围，对Ｈ点的位置进行优化设 计；在视野校核中，特别关注了旅游观光车的游览
观光用途，力求后排乘客也能达到良好的视野性； 在上下车方便性中，主要对上下车方便性评价参 数进行校核。
（１）使第一排座椅处于最后位置并呈舒适驾 驶的靠背角度，然后摆放第二、三排乘客的座椅和 人体模型。
（２）根据市面上已有同类车型，初选一款乘 客座椅。再将９５％的男性二维人体模板放置在座 椅上，使Ｈ点和Ｒ点重合。
（３）在Ｘ方向上移动Ｈ点和踵点，调节腿部 姿势，使下肢关节处于舒适角度的状态。同时保 证膝部和前排座椅靠背之间留有适当的距离，即 完成了Ｈ点（Ｒ点）在．］ｊｆ方向上的布置设计。
【主题词】人机工程学汽车研究
０ 前言
随着旅游观光车市场的日益壮大，尤其是 ２０１０年上海世博会对于观光车的巨大需求量，越 来越需要在现有的车身总布置研究的基础上深化 创新，形成一套完整规范的指导旅游观光车人机 布置的方法体系。本文通过１１座燃料电池旅游 观光车的车身总布置实例，探索适合旅游观光车 的车身总布置方法。
收稿１３期：２００９—１０—０９ ·１０·
万方数据
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１．１．１ 驾驶员座椅Ｈ点的布置 （１）建立人体模型； （２）根据下肢关节角设计Ｈ点位置； （３）确定驾驶员座椅靠背角。初选Ａ１＝２５。，
由此可确定上肢关节的位置； （４）根据上肢关节角设计方向盘中心位置； （５）确定方向盘倾角。 Ｈ点的布置结果： 在Ａ８＝３４。条件下，使用Ｈ域法确定的设计最
将四个指标量化到坐标轴上，四点所包围的 面积代表了综合评价指标。把四个指标的地位看 成同等重要地位，即权重相同。若能够量化四者 之间不同的权重比例关系，则最佳。如图５所示。
面无车门挡板等，也没有Ｂ柱，第二三排乘客的视
野只受到前排乘客的遮挡。因此提出“相对遮挡” 的概念——考察某个时间点（一种情况下）的相对
位置关系。采用３００锥形面来模拟乘客的有效视
区．用１００的锥形面来模拟最优视区。连接后排眼
点和前排人体模型头部扫描出一个曲面，此曲面
即为被遮挡视野的边界面。
ｊ
第二乘客的视野有效视区被遮挡去５．７３％，