重卡駕駛室總布置設計方法與實踐

張羽佳，李彥鵬，薛偉鵬

重卡駕駛室總布置設計方法與實踐

張羽佳，李彥鵬，薛偉鵬

（質子汽車科技有限公司，陜西 西安 713700）

文章主要介紹重卡駕駛室在總布置設計過程中的基本流程和方法，可以為工程師在重卡駕駛室總布置設計過程中涉及的主要內容提供一定的經驗參考。其中包括了人機工程、白車身、儀表、座椅、外飾等關鍵硬點尺寸設計方法及參考指標，以及在總布置設計過程中要注意的關鍵內容。該文章對重卡駕駛室總布置設計都提供了基礎的幫助。

人機工程；駕駛室總布置；設計方法；重卡

駕駛室總布置是在整車總布置的基礎上進行的。根據整車總布置提供的底盤相關數據和尺寸要求，據此再參考同類車型有關數據，即可初步確定前懸、接近角、駕駛室外廓尺寸、機罩高度、地板平面的高度、前圍位置、座椅位置、方向盤位置等[1]。然后根據駕駛室基本尺寸，利用人機工程工具，進行駕駛室方案設計。駕駛室總布置的設計流程受到各個總成的相互制約，硬點尺寸相互關聯，總布置的工作是一個不斷重復、迭代修改、持續優化并尋求最佳設計方案的總體協同設計理念的過程。

駕駛室總布置，前期針對市場信息的搜集，對標數據的分析，確定駕駛室開發大方向，滿足整車尺寸要求，符合相關法規的前提下，最大程度地優化駕駛室內外空間的利用，在滿足產品定位及特殊需求的前提下，考慮人機交互的舒適性、方便性和裝配維修的方便性，保證空間間隙的合理性，為外觀造型的設計以及后續的工程設計提供了邊界條件，并為各個系統在駕駛室中的布置位置提供合理建議，確保整體方案最優。

1 駕駛室總布置流程簡介

駕駛室總布置從市場調研，到詳細數據設計，再到產品試制完善硬點，具體流程如圖1所示。

圖1 總布置開發流程

2 方案研究階段

總布置在預研階段主要進行預研分析、市場搜集和對標分析?？偛贾眯枰鸭瘶藯U車信息，整理方案樣車的輸入信息，針對目標市場、客戶需求、產品定位等進行總布置方案策劃，完成產品基本定義，為隨后的詳細設計提供輸入條件。

3 詳細研究階段

3.1 設計流程

駕駛室總布置是基于人體姿態、視野、方便性、上下車方便性等方面進行布置，并反復進行各系統調整的過程，針對方案階段的產品定義，完成型譜規劃以及外部尺寸定義，隨后進行內部尺寸定義、確定地板高度后針對人體硬點尺寸進行組合踏板、方向盤、儀表臺、座椅、高架箱、門飾板、臥鋪、風窗尺寸等基本尺寸定義，并根據造型的效果圖、A級曲面（Class-A-Surface, CAS）、A面進行反復修訂，并完成法規符合性、舒適性、視野符合性、操作方便性、檢修方便性等一些列的校核，下面針對具體內容詳細介紹。

3.2 建立坐標系

坐標系的確定是一切設計的基礎，每個公司均有自己定義坐標系的原則，可以基于簡單方便的原則，定義平面為邊地毯上表面，平面為車輛最前端，如圖2所示。

圖2 駕駛室坐標系

平面：車輛縱向對稱平面，平面的左方為負值。

平面：通過駕駛室最前端鉛垂平面（前面罩最前端），司機正前方為負值。

平面：垂直于和平面的前地板上平面（駕駛員腳部區域），平面下方為負值。

3.3 外部尺寸

定義駕駛室外部尺寸主要是在滿足國家法規的基礎上根據應用場景、客戶需求確定的。

在我國《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》（GB 1589—2016）法規中，對駕駛室的尺寸做了詳細要求，如表1所示。

表1 重卡尺寸要求

根據初定駕駛室的外廓尺寸和底盤數據，還需要確定駕駛室前懸、定位高度、機罩高度、臥鋪尺寸和視野等，最后再結合競爭車型的駕駛室尺寸對比分析和特殊配置，確定開發車型的駕駛室基本尺寸。圖3是主流車型外廓尺寸對比分析，通過對比分析確定開發車型的駕駛室長度和寬度的范圍。隨著商用車技術的發展，傳統的單排、小排半、大排半、平頂、高頂、寬體、窄體已不能完全定義駕駛室的寬度，無人駕駛、智能座艙的應用，越來越多的特殊車型將應運而生。

圖3 卡車駕駛室長度寬度

3.4 內部尺寸

3.4.1駕駛室地板高度影響因素

在整體規劃的基礎上確定地板大體形式是為平地板還是凸地板（發動機上方的地板形式）。地板定位原則：在滿足整車間隙要求情況下，駕駛室定位盡可能降低。根據底盤布置，影響駕駛室定位和地板的平整的主要有冷卻模塊、發動機和輪胎包絡三大部分，除此之外注意其他附件對定位高度的影響。

駕駛室懸置的跳動液壓懸置跳動量±25 mm，空氣懸置跳動量±50 mm，以上兩種懸置跳動量參考市面主流減震原件的跳動量。動態安全間隙為25 mm，輪胎包絡制作如果考慮所有極限工況可與駕駛室跳動間隙設計為0 mm。

3.4.2人體點定義

人體點位置與駕駛室空間尺寸必須是相適應的，這樣才能保證駕駛員良好的駕駛舒適性和視野性能，在新開發車型的前期就需要將點確定下來。如果在設計前期，車型的輸入邊界太少，根據對標車型分析和經驗值，先初步確定點的位置，隨著設計過程中輸入的邊界成熟后，逐漸進行修訂。點的測量儀器是專門的三維人體模型，其測量方法和步驟按標準應按照《汽車點確定程序》（GB-T 11563—1995）進行，中國人體尺寸已經趨近于美國汽車工程協會（Society of Automotive Engineers, SAE）統計尺寸，在中國最新發布國標前，建議參考SAE尺寸。

點的布置與駕駛員乘坐舒適性、上肢和下肢的操作空間、視野性和頭部空間以及乘員的乘坐空間等人機關系密切相關，是室內布置的主要內容，必須綜合多角度考慮。影響點的邊界輸入主要有底盤硬點、駕駛室造型風格、人體模型的選擇、駕駛室規劃、臥鋪尺寸、對標車型、組合踏板和地毯厚度等[2]。

面上的點定位：腳面踩踏點與加速踏板重合，踵點與地板重合（考慮不同地板的塌陷量），踝角初定87°（87°～130°），踵點距點垂直距離H30為405 mm～530 mm，根據人體舒適角度及對標值（見表2）確定踵點距離點水平距離L53。

面上的點定位：人體外側需要考慮駕駛室側圍風格、門護板的厚度、手打方向盤空間、調節座椅按鍵空間、和操作安全帶的空間；人體內側的考慮冷卻模塊對機罩的寬度影響、踏板的布置、轉向管柱的布置等，因此，點橫向位置也需要多方面綜合考慮。經過對標分析，要求人體中心到門外板的440 mm～510 mm。B類車點到踵點的高度差應該在405 mm～530 mm。

表2 人體舒適范圍

3.4.3座椅位置設計

借鑒成熟車型的5%、50%、95%人體舒適姿態模型進行人體坐姿定義。根據確定的95%人體點位置，座椅最后最下位置為點下移25 mm、后移20 mm（確保99%人群舒適），確定座椅最后最下位置。以座椅適宜線為參考，結合國內成熟車型主觀評價結果，確定座椅行程中間位置為50%人體點。結合人體坐姿各關鍵角度及座椅適宜線，確定5%人體點校核是否在座椅行程范圍內。具體如圖4所示。

圖4 座椅行程

定義靠背傾角，靠背傾角是為了駕駛員保持良好的姿勢，使其腹部與大腿間血管不受壓迫，使軀干的部分體壓分布在靠背上，腰背部有所依托而使肌肉得以放松，從而減緩疲勞。重卡車型一般要求靠背角在10°±5°范圍內。

隨后還需要定義坐墊傾角，頭枕高度等參數，這些具體參數對總體布置影響不大，在座椅開發中會重點涉及。

3.4.4組合踏板位置設計

組合踏板的布置主要依據最初的前圍結構、轉向管柱安裝結構和發動機罩的寬度，確定踏板的各項間隙，根據定義的點及初定踵點位置進行初步布置設計GB/T 15705—1995對重卡各踏板中心距要求了推薦值，如圖5、表3所示。

3.4.5方向盤位置設計

隨著重卡轉向助力技術的應用，方向盤直徑已經在逐漸減小，大部分車型設計直徑為450 mm。方向盤傾角與方向盤高度是定義方向盤位置的兩個尺寸，用方向盤與平面的夾角表示，方向盤跟駕駛員的主觀感受一致，總結以下謀款重卡車型參數作為參考，見表4。

圖5 組合踏板中心位置

表3 重卡個踏板中心距推薦值

表4 四款方向盤參數

隨后根據方向盤與周邊環境的間隙進行具體參數的調整，建議值見表5。

表5 方向盤間隙推薦值

方向盤定義之后還需要通過軟件結合人體硬點尺寸繪制方向盤盲區，以便接下來定義組合儀表等儀表臺上零部件的位置。

3.4.6儀表臺位置設計

儀表臺外圍大尺寸主要限制為儀表臺下盲區，儀表臺的向高度會直接影響駕駛員下視野，駕駛員需要看到車前5 m以外的地面，并且與標高車型進行對標對整體儀表臺上部遮擋進行考量，盲區越小越好。

向尺寸主要影響車內部電器件、主線束、空調、風道等儀表內部的零部件布置，并且與人體操作方便性、空間舒適性強相關。

根據人體硬點尺寸，按照法規SAE J287繪制駕駛員手伸及面（見圖6）對儀表臺所有需要手操作的按鍵、旋鈕、換擋等進行布置[3]。

圖6 駕駛員手伸及界面

初步布置后再根據每個按鍵的使用頻次進行調整。

組合儀表的位置需要考慮與眼睛的目距，不小于700 mm，并且在儀表盲區[4]以外，與駕駛室其他透光位置的光源無光纖反射之眼橢圓，不造成儀表炫目，并且儀表光線不會通過前風窗反射至眼橢圓。

儀表臺布置還需要出風口、杯托、儲物等功能件的布置。

3.4.7其他位置設計

駕駛室內部還有高架箱、天窗、臥鋪等功能件、閱讀燈、音響等電器件需要進行布置，主要根據人體的操作方便性、空間舒適性、檢修方便性等進行合理布置設計可以通過RAMSIS軟件進行設計評價，人體尺寸根據SAEJ833進行校核。

駕駛室外部上車踏步需要進行布置、第一級踏步離地不大于600 mm，每級向階差不大于400 mm，向階差大于25 mm，并且需要根據人機硬點及布置進行視野校核，其中包括了前方視野、360°環視、間接視野等（參考法規《GB 15084機動車輛間接視野的性能和安裝要求》《GB 11562 汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》）。

4 總結

駕駛室總布置是駕駛室開發的基礎，并且貫穿在設計的每一個階段。駕駛室的布置是一個不斷修訂相互妥協的過程，每一個零部件的布置都會根據特定場景、特殊需求進行調整，所有的參考范圍只能作為指導，并不能作為強制尺寸限制（法規項除外）。一個好的布置一定是在有限的空間內滿足產品的設計要求的基礎上，最大限度的為駕駛員提供更好的駕乘體驗，以人為本，永遠是駕駛室總布置的重要原則[5]。

隨著技術的不斷發展，駕駛室的總布置設計要更多地考慮模塊化的設計理念[6]，并且不僅僅是模塊的拆分和共用，更應深入產品的生產路線、工藝、運輸、銷售等等各個環節中實現利潤最大化。今后虛擬現實驗證、人機臺架等先進技術的引入將會大大提升總布置設計效率。

[1] 袁泉.汽車人機工程學[M].北京:清華大學出版社, 2018.

[2] 裴凱東.基于人機工程學對重型車輛駕駛室的設計與研究[D].太原:中北大學, 2015.

[3] 劉群,任金東,張茜,等.考慮困難度的駕駛員坐姿手伸及能力研究[J].機械工程學報,2016,52(14):125- 133.

[4] 全國汽車標準化技術委員會.汽車駕駛員前方視野要求及測量方法:GB 11562—2014[S].北京:中國標準出版社,2014.

[5] 肖軍.重卡駕駛室設計趨勢研究[J].汽車工業研究, 2015(12):57-63.

[6] 陳平,余傳海,王琪棟,等.汽車模塊化平臺戰略分析[J].汽車工程師,2017(9):15-17,24.

Design Method and Practice for the General Layout of the Cab of a Heavy Truck

ZHANG Yujia, LI Yanpeng, XUE Weipeng

( Zhizi Automobile Technology Company Limited, Xi'an713700, China )

This article mainly introduces the basic process and method of heavy truck cab in the process of general layout design, it is mainly used to guide engineers in the design of the overall layout of the cab of a heavy truck, and provides a certain empirical reference.Including the design methods and reference indicators of key hard point sizes such as ergonomics, body-in-white, instrumentation, seats, exterior decorations, etc., as well as the key contents to be paid attention to in the overall layout design process. This article provides basic assistance in the design of the overall layout of the cab of a heavy-duty truck.

Ergonomics;Cab in the process of general layout; Design method;Heavy truck

U463.81

A

1671-7988(2023)03-83-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.03.016

張羽佳（1990—），男，工程師，研究方向為商用車駕駛室總布置設計，E-mail:362056997@qq.com。