人機工程在變速操縱系統舒適性研究

巨黎波

（陜汽集團商用車有限公司，陜西 寶雞 721013）

1 行業背景

駕駛員對變速舒適性日益要求提高。行業內變速操縱舒適性研究，還處在經驗階段，主要通過預設掛檔力指標，計算變速系統杠桿比、掛檔搖臂安裝距，測量軟軸效率、變速器掛檔桿轉動力矩，對比不同硬度自鎖簧的方法來確定最終的掛檔力，掛檔桿的位置確認全憑經驗，缺乏設計方法及理論依據。

2 成年人人體尺寸

《最新卡車司機調查報告》顯示，卡車司機中男性占比95.8%，每天駕車平均時間在8-12 小時的占比為42.1%。據市場調查，卡車司機的駕駛年齡為35-50 歲占比80%。中國成年人人體尺寸選擇36-55 歲年齡組。

2.1 操縱桿高度的計算

圖1 坐姿人體尺寸及部位

最小功能尺寸：P5（1）+P5（2）+修正值

最大功能尺寸：P95（1）+P95（2）+修正值

修正值：3mm。修正原因：褲厚

故：最小功能尺寸：609mm

最大功能尺寸：744mm

即：操縱桿至駕駛室底板距離為609mm，最大不超過744mm。

表1 坐姿人體尺寸及部位

2.2 操縱器掛檔臂的計算

預選閥處掛檔力大小為：

（Fg：預選閥掛檔力；L1：預選閥上端面至操縱桿底部長度；L2：操縱機構掛檔臂長度；L3：變速箱掛檔搖臂長度；η：軟軸傳遞效率；Ng：變速箱掛檔軸轉動力矩。）

以某款新設計車型為例，預選閥處掛檔力≤40N；取人機舒適值Fg=35N，軟軸效率取實際測量值η=0.75，L3取變速器常用數值100mm，Ng為變速器常用數值10N.m，此款操縱器裝配在駕駛室底板凸臺上，凸臺高度300mm，此時L1值為人及性能值609mm 減凸臺高度300mm，L1=309mm。

將數值帶入上式得操縱手柄掛檔力：

操縱器掛檔臂長：81mm，掛檔杠桿比：3.81。

2.3 操縱桿位置得計算

2.3.1 右肩中心A 點計算

圖2 坐姿人體尺寸及部位

表2 坐姿人體尺寸及部位

圖3 人體手部尺寸及部位

表3 人體手部尺寸及部位

我國目前車輛均為左舵駕駛室，右肩中心A 點距座椅R點距離為L4=P(4.4.7)/2-P(4.6.2)/2 取百分位分別為5 和95：

144.5 mm≤ L4≤ 205mm

坐姿人體尺寸及部位見圖4。

2.3.2 右手臂活動范圍計算

圖4 右手臂活動范圍

表4 右手臂活動范圍測量

手臂活動范圍，以A 點為圓心，則L5：

修正值：為上肢功能前伸長在肘部平面修正量76mm 309mm≤L5≤717mm

右手臂AB 點活動距離的計算：

圖5 右手臂AB 點活動距離計算

表5 上臂長測量

AB 距離：P50/2=156.5mm

AC：L5=（717+309）/2=513mm

故操縱桿位置C 點，以A 點為圓心，AC 為半徑與BC的交點。

2.3.3 操縱器掛檔臂的計算

（Fg：操縱手柄掛檔力；L1：操縱手柄上端面至操縱桿底部長度；L2：操縱機構掛檔臂長度；L3：變速箱掛檔搖臂長度；η：軟軸傳遞效率；Ng：變速箱掛檔軸轉動力矩。)

其中，L3、Ng、η可由零部件廠家提供，預計要實現40N的掛檔力，由C 點位置，駕駛室底板狀態可計算出L1。此時將L1帶入上式，可計算出L2。

3 結語

文章對人機工程的研究，體現了以人為核心的設計思想， 為人-變速操縱-駕駛環境系統設計提供了理論依據，為變速操縱設計的合理性提供科學依據。

人機工程在變速操縱系統的研究，符合卡車行業的發展，隨著卡車司機對舒適性要求的提高，此方法將在車輛設計變速操縱時得到普遍的應用。