城市公交駕駛區設計技術發展及優化方案分析

宋東虹、趙永軍、宋百朝、于東好

（1.揚州萬盛實業有限公司，江蘇揚州225002；2.北汽福田汽車股份有限公司，北京102206；3.江蘇宏昌天馬物流裝備有限公司，江蘇揚州225002）

0 引言

近年來，城市化進程加速，城市人口增加以及居住郊區化使得交通需求量劇增，交通事故時有發生，而交通事故與司機的疲勞駕駛密切相關。為降低交通事故的發生率，提高司機駕駛的舒適性，結合城市公交的開發項目，以CAD 圖紙為依據，應用三維數據建模軟件UG NX 建立駕駛區車身骨架模型。采用模塊化空間模擬設計，生成設計和校核的二維人體模型，利用駕駛區仿真模擬計算，分析2D 人體模型、手可觸及區、眼橢圓視線、儀表板可見性、擋風玻璃視野區、A 柱阻礙、后視鏡，提高司機乘坐的舒適性，使乘坐更具人性化，更加合理。

1 分析步驟

1.1 三維模型的建立

對整車進行分段結構設計開發，針對駕駛區分塊優化設計，分析駕駛員模擬試驗數據。先要創建較為準確的三維模型，即三維模型與實際車身框架要一致，越接近實際情況，精度越高。

汽車總布置中提到的性能要求，即視野性、操縱方便性、手伸及性、舒適性等等，都要以人為本，決定人的關鍵基準H 點。建模組件包含：駕駛區骨架部分共5 個模塊（車頂、地板、前圍、左側圍、右側圍）、前擋風玻璃、儀表臺、方向盤、腳踏板、倒車鏡[1]。

1.2 駕駛區舒適性分析

1.2.1 人體工程學的運用

構建人體模型參數，是對駕駛區分析的開始。我國人體測量學的研究起步較晚，美國始于19世紀。受資料來源局限性影響，只是抽取典型案例，針對性較強。只對需求的人群進行準確測量，并保留數據；歷史原因造成測量和分析極為不準確；屬于典型設計必要的，是個體的人或某一特定群體（國度、民族、職業）的精準數據。要想獲得有用的人體尺寸數據，必須對于不同背景的個體和群體，其特征尺寸、人體差異和尺寸分布的規律進行調研剖析。在統計學的參與下，進行統計分析，得到準確的測量數據。因此，選取有代表性的國家和地區的資料，也是一項龐大而精細的工作。

依照中國的《人體尺寸的研究》中，對于我國人體的測量值，可作為設計時的參考。構造尺寸和功能尺寸是相輔相成的，相互關聯，相互影響。上身高度、膝蓋高度、體重、腰寬、坐下時的肩高、手臂尺寸等等這些人體結構尺寸對駕駛區設計是關鍵。另外還要考慮人體功能尺寸的可變性，由于人體在駕駛區是運動的，構造尺寸和功能尺寸是兩個完全不同的定義概念。

人體尺寸表及常用功能尺寸表如圖1(a、b)所示。

1.2.2 影響人體尺寸測量值的因素

成年人的人體各部位尺寸之間存在切合“黃金分割”模型，但是在比例關系的總結過程中，看似結果簡單，實際人體測量是一個煩瑣的過程。根據人體種族不同，環境差異造成白人、黑人、黃種人，不同人種的比例的系數不同，測量范圍不同，進而推算其他的尺寸。

人體尺寸因為年齡、世代以及種族等多方面的原因而存在差異。不僅要對人體尺寸進行測量，還要積累文字材料，做大批量的精算剖析驗證。內外因都會對人體尺寸的測量值產生影響，存在差別化。個體與個體之間，群體與群體之間，在尺寸上存在較大差異。只有統計較多的樣本量，才能獲取更為合理的數據庫。合理使用人體尺寸的數據，才能達到預期的目標。

1.2.3 人體尺寸對駕駛區設計的影響

汽車設計中駕駛員人體尺寸百分位的選擇，需引入統計學中百分位的概念[2]。

用百分位的方法解決人體之間的尺寸存在差別，分布在一定的范圍內。利用標準差對人體尺寸數據進行收集，并分析尺寸的合理性，反映統計對象在人體尺寸上的離散程度。解決問題樣本，統計標準人體尺寸和矮小人體尺寸人數的百分比。詳細探討分析見表1。

表1 百分位檔位差異分析

選取其中一組人體尺寸，按照分布規律，應符合正態分布統計學規律，選取其中的中間值，將過大和過小的數值，排列分布在范疇兩端。“矮小”用第5 百分位標示，有5%的統計對象不足此測量值；“高大”用第95 百分位標示，有5%的統計對象身材更為高大，大于測量值。從理論講，設計很難滿足所有駕駛員的人體尺寸。因此，從正態分布角度，設計符合大多數駕駛員的人體尺寸，取舍兩端尺寸，選取中間90%～99% 的數據作為設計依據。盡可能排除決定影響因子，使數據更為嚴謹，以免造成不良后果。基于以上種種因素，需要對駕駛員的肢體尺寸及關鍵詞進行定義，才能有效地建立人體模型，從而進行準確的分析見表2。

表2 人體模型分析

2 結語

通過本文闡述的過程進行駕駛區優化設計，動態模擬駕駛區人體尺寸和功能動作尺寸，有效利用三維模型分析，三維模型虛擬人的深入應用，滿足百分位人體的設計理念，借助虛擬現實技術，在三維虛擬環境下進行舒適性設計，對城市公交各類車型進行模塊化設計，提高車輛產品在駕駛員長期操作情況下，避免疲勞駕駛，提高駕駛員舒適度，提高產品競爭力；有效降低司機的疲勞；降低交通事故發生。

未來城市客車的設計從產品概念設計開始，貫穿于整個產品技術設計階段，指導產品試驗驗證都要控制產品性能的安全性、舒適性和綜合NVH 性能。