公路鐵路兩用車（以下簡稱“公鐵車”）作為跨界產(chǎn)品，相對于傳統(tǒng)的鐵路機(jī)車車輛有著節(jié)能環(huán)保,、輕巧便捷,、自由靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，受到鐵路行業(yè)的廣泛關(guān)注,，蘊(yùn)含著廣闊的市場前景．公鐵車的生產(chǎn)制造方式目前主要分為兩種：①加裝改造，即對現(xiàn)有公路用汽車或工程機(jī)械車輛底盤進(jìn)行改裝,，在保留其公路行駛能力的同時增加鐵路行駛系統(tǒng)及公路鐵路轉(zhuǎn)換系統(tǒng),，這種方式商品化程度較高，但因被改裝底盤設(shè)計之初并未考慮此種改裝,，因此,，在改裝時往往會受很多因素的掣肘；②整車定制,，即根據(jù)市場需求,，針對性地進(jìn)行設(shè)計制造，這種方式能很好地契合客戶需求,，但受周期,、成本、批量,，尤其是設(shè)計制造水平的限制,，導(dǎo)致車輛質(zhì)量水平參差不齊．

司機(jī)室作為公鐵車的主要功能單元為工作人員提供駕乘空間，司機(jī)室內(nèi)環(huán)境設(shè)計有著嚴(yán)格的人機(jī)工程學(xué)要求．依據(jù)人機(jī)工程學(xué)對司機(jī)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行科學(xué)設(shè)計和布置,，可以大幅提升產(chǎn)品的安全性,、舒適性、合理性,，保障駕乘人員優(yōu)良的駕乘體驗,，實現(xiàn)科學(xué)合理的工作模式．本文基于應(yīng)用廣泛的計算機(jī)輔助設(shè)計分析軟件ＣＡＴＩＡ,，在直觀地介紹了公鐵車司機(jī)室內(nèi)環(huán)境設(shè)計和布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了科學(xué)有效的人機(jī)工程學(xué)分析．

1、司機(jī)室內(nèi)環(huán)境設(shè)計及布置

公鐵兩用電動運(yùn)輸車是中車四方車輛有限公司為香港地鐵公司設(shè)計制造的主要用于地鐵線路消防救援的專用車輛,，由牽引車（Ｂａｃｋ－ｕｐ?。粒悖悖澹?nbsp;Ｖｅｈｉｃｌｅ）及拖車組成，其中牽引車采用蓄電池供電,，直交電傳動,，包含公路和鐵路兩種運(yùn)行模式，且均為后橋膠輪驅(qū)動,；拖車為非動力軌道車輛．常規(guī)運(yùn)用模式為牽引車和拖車連掛．公鐵兩用電動運(yùn)輸車外形如圖１所示,，



其主要參數(shù)如表１所示．

表１　公鐵兩用電動運(yùn)輸車主要技術(shù)參數(shù)


公鐵兩用電動運(yùn)輸車司機(jī)室采用全封閉型可拆卸結(jié)構(gòu)，外覆模壓鋼板蒙皮,，內(nèi)部架設(shè)焊接鋼質(zhì)骨架,，蒙皮與骨架焊接至一體，司機(jī)室底部與車體底架采用螺栓固定．

司機(jī)室頂部前端設(shè)２個鹵素光源工作燈,、１個電喇叭,、１個紅色ＬＥＤ警閃燈（集成蜂鳴器），司機(jī)室前端擋風(fēng)玻璃下部兩側(cè)各設(shè)置１個鹵素光源多功能組合燈,，燈光顏色包括淺紅色,、紅色、白色和黃色,，室內(nèi)頂部設(shè)１個帶有夜光開關(guān)的照明燈．

司機(jī)室前部擋風(fēng)玻璃下方設(shè)有帶噴淋功能的電動雨刮器,，包含兩只同步工作的刮臂．雨刮器設(shè)有高速、低速,、間歇,、停止（復(fù)位）４個擋位，停止功能帶有自動復(fù)位功能,，雨刮器水箱注水口設(shè)于司機(jī)室前部車外側(cè)．

司機(jī)室前部擋風(fēng)玻璃采用結(jié)構(gòu)組成為４ｍｍ鋼化安全玻璃＋０．７６ｍｍ?。校郑履ぃ矗恚?鋼化安全玻璃的夾層玻璃，通過黏接方式固定至車體鋼制罩殼上．司機(jī)室后部設(shè)滑動窗,，包含鋁合金型材及２塊６ｍｍ 鋼化安全玻璃,，每塊玻璃均可滑動，內(nèi)外側(cè)玻璃之間設(shè)固定式密封擋條,，每塊玻璃的室內(nèi)側(cè)設(shè)拉手鎖,，可從室內(nèi)手動開啟或鎖閉滑動窗，窗框底部設(shè)通向車外側(cè)的排水孔．后部滑動窗采用螺釘固定于車體鋼罩殼骨架上．

司機(jī)室左,、右兩側(cè)各設(shè)一扇向外開啟的鋼制模壓側(cè)門,，采用隱藏式門鉸鏈及限位拉桿，最大開啟角度９０°，側(cè)門關(guān)閉時鉸鏈及限位拉桿均不可見,，側(cè)門與車體蒙皮之間設(shè)雙層密封膠條．每個側(cè)門外側(cè)均設(shè)可用鑰匙鎖閉開啟的按壓式把手鎖,，司機(jī)室內(nèi)側(cè)設(shè)門把手和開鎖撥片，外側(cè)設(shè)門把手和鑰匙孔,，側(cè)門上部帶有手動開啟的滑動玻璃窗,，結(jié)構(gòu)形式與后部滑動窗相同．

司機(jī)室內(nèi)部設(shè)由鋁合金臺體及復(fù)合材料臺面組成的操縱臺，臺面分為屏幕顯示區(qū),、按鈕操作區(qū)以及物品臨時放置區(qū),，其中屏幕顯示區(qū)及按鈕操作區(qū)圍繞方向盤進(jìn)行布置．操縱臺底部地板上設(shè)電子油門和制動踏板．

操縱臺與司機(jī)座椅之間設(shè)可調(diào)整前、后角度的圓形方向盤,，集成雨刮器,、前組合燈、轉(zhuǎn)向燈,、喇叭控制開關(guān),，在司機(jī)座椅左側(cè)及乘客座椅右側(cè)區(qū)域設(shè)配有接觸傳感器的手動拉桿棘輪式駐車制動器．

司機(jī)室內(nèi)部共設(shè)３個席位，前進(jìn)方向右側(cè)設(shè)司機(jī)座椅,，左側(cè)設(shè)２個乘員座椅．所有座椅椅面及椅背采用穿孔不銹鋼材料,，適合高溫潮濕環(huán)境，所有座椅設(shè)安全帶．司機(jī)座椅可手動上,、下及前,、后調(diào)節(jié)．

司機(jī)室內(nèi)設(shè)２個２ｋｇ容量的手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，放置在配套支架中,，固定于座椅與側(cè)墻之間的地板上,，每側(cè)１個，司機(jī)室內(nèi)部兩側(cè)側(cè)墻上靠近椅背位置各設(shè)一個安全錘．司機(jī)室內(nèi)部側(cè)門兩側(cè)設(shè)不銹鋼圓桿長扶手．司機(jī)室內(nèi)部地板采用高強(qiáng)度鋁合金防滑花紋板．

司機(jī)室外部兩側(cè)設(shè)外置式后視鏡,，每側(cè)外后視鏡包含２個鏡面，上部為主后視鏡,，下部為輔助后視鏡,，鏡面及鏡殼與車體間的夾角均可手動調(diào)節(jié)，司機(jī)室內(nèi)部設(shè)倒車鏡．車外后視鏡安裝于側(cè)門外側(cè),，滑動窗前部,，每側(cè)１個，車內(nèi)后視鏡安裝于司機(jī)室內(nèi)前端頂部．室內(nèi)主要設(shè)備布置如圖２所示．


司機(jī)室三維模型如圖３所示．

2,、人機(jī)工程學(xué)分析

在對公鐵兩用電動運(yùn)輸車司機(jī)室進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)分析時,，首先依據(jù)人體尺寸國家標(biāo)準(zhǔn)，選定適當(dāng)百分位人體尺寸,，在ＣＡＴＩＡ?。郑担遥玻避浖薪⑷梭w模型，然后確定該模型在司機(jī)室三維模型中的位置．從視野可見度、手伸及界面,、舒適度,、進(jìn)出空間等方面進(jìn)行分析，對比各個關(guān)鍵設(shè)計尺寸參數(shù)與國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)要求尺寸參數(shù),，進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)綜合評價．

２．１　分析依據(jù)

２．１．１　人體百分位
人機(jī)工程學(xué)中用百分位數(shù)來表達(dá)不同年齡和性別人群人體各部位尺寸,，百分位數(shù)表示具有某一項人體尺寸和小于該尺寸的人占統(tǒng)計對象總?cè)藬?shù)的百分比，可用于設(shè)計過程中人體生理尺寸的參考范圍．最常用的是第５ｔｈ,、第５０ｔｈ,、９５ｔｈ百分位數(shù)．一般將９５ｔｈ百分位、５ｔｈ百分位對應(yīng)的人體生理尺寸的數(shù)值分別作為進(jìn)行人機(jī)工程分析時參考上,、下限值,，此范圍內(nèi)的設(shè)計尺寸理論上適用于９０％的人群．通過對比相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)ＩＳＯ　３４１１—１９８５和ＩＳＯ?。常矗保?mdash;２００７中的內(nèi)容,，對ＧＢ　１００００—１９８８中的人體尺寸進(jìn)行了更新［１－３］．

２．１．２　人體模型
本車設(shè)計分析借助ＣＡＴＩＡ?。郑担遥玻敝械模龋酰恚幔?nbsp;Ｂｕｉｌｄｅｒ模塊建立人體模型,，如圖４所示．



２．１．３　Ｈ 點(diǎn)的確定
Ｈ 點(diǎn)也叫胯點(diǎn)（Ｈｉｐ?。校铮椋睿簦?，可以理解為人體軀干與大腿的理想狀態(tài)鉸接點(diǎn)．在本車分析中，根據(jù)座椅參考點(diǎn)（Ｓｅａｔ?。遥澹妫澹颍澹睿悖濉,。校铮椋睿簦樱遥校﹣泶_定Ｈ點(diǎn)的位置［４］,，將對應(yīng)百分位的人體模型放置在司機(jī)室三維模型中的座椅上,，調(diào)整至正常坐姿駕駛姿態(tài)作為分析的基礎(chǔ)，如圖５所示．



２．２　設(shè)計分析

２．２．１　視野分析
視野可見度是眼睛可以觀察到的視覺范圍的總稱,，即正常駕駛狀態(tài)下,，駕駛員直接獲得的視野范圍以及通過車輛所設(shè)置的輔助設(shè)備間接獲得的視野范圍的總稱［４］．駕駛員視野可見度是司機(jī)室內(nèi)環(huán)境設(shè)計及整車布置必須考慮的一個關(guān)鍵指標(biāo)，公鐵兩用電動運(yùn)輸車視野范圍直接關(guān)系到駕乘人員的舒適性和安全性．根據(jù)行業(yè)及客戶要求,，司機(jī)室駕駛視野可見度的計算方法和結(jié)果驗證須執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)ＵＩＣ?。叮担?mdash;２００２《機(jī)車、動車,、動車組和駕駛拖車的司機(jī)室設(shè)計》［５］的相關(guān)規(guī)定,，因本車無站立駕駛狀態(tài)，故僅需對坐姿狀態(tài)下的駕駛視野進(jìn)行分析,，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ＵＩＣ６５１—２００２要求,，“以坐姿駕車時，允許降低高處信號的可見度；參照表面內(nèi)的每一點(diǎn)處必須持續(xù)可見距緩沖餅前部平面１５ｍ或１５ｍ以外的線路中央右側(cè)或左側(cè)的低處信號,、運(yùn)行平面內(nèi)的低處信號和線路上方高達(dá)１．７５ ｍ 的低處信號”．根據(jù)ＵＩＣ６５１—２００２標(biāo)準(zhǔn)中３．３．１高處信號（高度降低至２．５ｍ）和３．３．２低處信號的可見度進(jìn)行校核,，通過對圖２和圖３中的司機(jī)室進(jìn)行視野分析可知，公鐵兩用電動運(yùn)輸車駕駛員視野可見度滿足標(biāo)準(zhǔn)ＵＩＣ６５１—２００２中３．３低處信號可見度要求．駕駛員視野可見度眼點(diǎn)參照位置和驗證結(jié)果如圖６和圖７所示．





２．２．２　手伸及界面的分析
駕駛員的手伸及界面是設(shè)計,、布置手動操縱裝置的重要依據(jù),，即駕駛員處于正常坐姿駕駛狀態(tài)下，身體各部分的活動范圍正常合理時,，一只手握住方向盤的同時另一只手所能接觸到最大空間輪廓面［４］．為保證駕駛員在正常駕駛過程中無須大幅度改變身體姿態(tài)便可以完成對車輛的操作性控制,，駕駛過程中有操作需求的所有裝置、開關(guān)均應(yīng)布置在駕駛員的手伸及界面以內(nèi)．本車基于ＣＡＴＩＡ?。郑担遥玻避浖龋酰恚幔睢,。粒悖簦椋觯椋簦粒睿幔欤螅椋竽K中ｃｏｍｐｕｔｅｓ　ａ?。颍澹幔悖琛,。澹睿觯澹欤铮穑骞δ苓M(jìn)行手伸及界面的仿真分析，分析結(jié)論如圖８所示．



從圖８可以看出：９５ｔｈ百分位的男性人體模型在正常駕駛姿態(tài)下,，無須大幅度調(diào)整身體姿態(tài),，即可以完成所有的駕駛操作需求．同時，通過移動軀干,、司機(jī)座椅的水平及高度調(diào)節(jié)功能,，可以使５ｔｈ百分位的男性通過調(diào)節(jié)座椅行程、高度等方法達(dá)到觸及按鈕進(jìn)行操作的目的．

２．２．３　舒適性分析
駕駛時的舒適度對駕駛員的駕駛體驗和操作安全有著重要的影響,，因此,，需要通過舒適度分析對司機(jī)室內(nèi)環(huán)境設(shè)計及布置的合理性進(jìn)行評價．人體駕駛姿態(tài)的舒適度與駕駛姿態(tài)對人體各關(guān)節(jié)所處的角度有直接關(guān)系，所以一般以某姿態(tài)下各關(guān)節(jié)的角度來衡量該姿勢下的舒適度,，如圖９所示．



表２給出了駕駛員較舒適姿態(tài)所對應(yīng)的人體生理角度范圍［４］．　　




在ＣＡＴＩＡ軟件Ｈｕｍａｎ?。校铮螅簦酰颍濉。粒睿幔欤螅椋竽K中,，先打開首選角度編輯器,，設(shè)置合適的人體部位活動范圍；然后參照駕駛員較舒適姿態(tài)所對應(yīng)的人體生理角度范圍,，多次添加新的劃分區(qū)域，并對各區(qū)域的舒適度進(jìn)行評分［６］,，分別對上臂,、前臂、大腿,，小腿等舒適度進(jìn)行評分,，如圖１０所示．




根據(jù)駕駛員當(dāng)前姿態(tài)下各自由度所在位置以及其對應(yīng)分值，進(jìn)行加權(quán)插值計算，得出評估結(jié)論,，最終人體姿態(tài)分析得分７９．５,，如圖１１所示，駕駛員當(dāng)前姿態(tài)下處于較為舒適狀態(tài)．



２．２．４　司機(jī)進(jìn)出座椅空間分析
在司機(jī)室內(nèi)環(huán)境設(shè)計及布置過程中,，為了滿足視野和手伸及界面要求,，司機(jī)座椅離操縱臺距離較近，需對司機(jī)就座和進(jìn)出座椅的空間進(jìn)行校核．ＵＩＣ６５１—２００２中５．１．４．１規(guī)定“必須有寬度最小為５００ｍｍ的凹進(jìn)處供工作人員放腳和腿”［５］,，４．２．１規(guī)定“司機(jī)臺的形狀和尺寸必須允許司機(jī)易于接近其座椅,，并且腿和膝蓋活動起來有足夠的自由度”［５］．根據(jù)模型中的測量結(jié)果，操縱臺凹進(jìn)處設(shè)計寬度達(dá)到９００ｍｍ,，滿足ＵＩＣ?。叮担?mdash;２００２《機(jī)車、動車,、動車組和駕駛拖車的司機(jī)室設(shè)計》中５．１．４．１規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求．將９５ｔｈ百分位中國男性模型導(dǎo)入司機(jī)模型后,，測試得到可以順利進(jìn)入和離開座椅，如圖１２所示．

３,、結(jié)語

公鐵兩用電動運(yùn)輸車司機(jī)室的視野可見度,、手伸及界面、舒適度,、進(jìn)出空間均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,，設(shè)計合理，且人機(jī)工程學(xué)程度較高,，在實際使用中可為駕乘人員提供舒適的工作環(huán)境,，實現(xiàn)健康、高效的工作方式．

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