公路鐵路兩用車（以下簡(jiǎn)稱“公鐵車”）作為跨界產(chǎn)品，相對(duì)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(chǎng)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(duì)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(shí)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(jì)之初并未考慮此種改裝，因此，在改裝時(shí)往往會(huì)受很多因素的掣肘；②整車定制，即根據(jù)市場(chǎng)需求，針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(duì)司機(jī)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)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(yàn)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的工作模式．本文基于應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)及布置

公鐵兩用電動(dòng)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(jì)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　Ａｃｃｅｓ Ｖｅｈｉｃｌｅ）及拖車組成，其中牽引車采用蓄電池供電，直交電傳動(dòng)，包含公路和鐵路兩種運(yùn)行模式，且均為后橋膠輪驅(qū)動(dòng)；拖車為非動(dòng)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(dòng)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(dòng)運(yùn)輸車主要技術(shù)參數(shù)


公鐵兩用電動(dòng)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(gè)鹵素光源工作燈、１個(gè)電喇叭、１個(gè)紅色ＬＥＤ警閃燈（集成蜂鳴器），司機(jī)室前端擋風(fēng)玻璃下部?jī)蓚?cè)各設(shè)置１個(gè)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(gè)帶有夜光開(kāi)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(dòng)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(gè)擋位，停止功能帶有自動(dòng)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　ＰＶＢ膜＋４ｍｍ 鋼化安全玻璃的夾層玻璃，通過(guò)黏接方式固定至車體鋼制罩殼上．司機(jī)室后部設(shè)滑動(dòng)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(dòng)，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(dòng)開(kāi)啟或鎖閉滑動(dòng)窗，窗框底部設(shè)通向車外側(cè)的排水孔．后部滑動(dòng)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(kāi)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(kāi)啟角度９０°，側(cè)門關(guān)閉時(shí)鉸鏈及限位拉桿均不可見(jiàn)，側(cè)門與車體蒙皮之間設(shè)雙層密封膠條．每個(gè)側(cè)門外側(cè)均設(shè)可用鑰匙鎖閉開(kāi)啟的按壓式把手鎖，司機(jī)室內(nèi)側(cè)設(shè)門把手和開(kāi)鎖撥片，外側(cè)設(shè)門把手和鑰匙孔，側(cè)門上部帶有手動(dòng)開(kāi)啟的滑動(dòng)玻璃窗，結(jié)構(gòu)形式與后部滑動(dòng)窗相同．

司機(jī)室內(nèi)部設(shè)由鋁合金臺(tái)體及復(fù)合材料臺(tái)面組成的操縱臺(tái)，臺(tái)面分為屏幕顯示區(qū)、按鈕操作區(qū)以及物品臨時(shí)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(tái)底部地板上設(shè)電子油門和制動(dòng)踏板．

操縱臺(tái)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(kāi)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(dòng)拉桿棘輪式駐車制動(dòng)器．

司機(jī)室內(nèi)部共設(shè)３個(gè)席位，前進(jìn)方向右側(cè)設(shè)司機(jī)座椅，左側(cè)設(shè)２個(gè)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(dòng)上、下及前、后調(diào)節(jié)．

司機(jī)室內(nèi)設(shè)２個(gè)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(gè)，司機(jī)室內(nèi)部?jī)蓚?cè)側(cè)墻上靠近椅背位置各設(shè)一個(gè)安全錘．司機(jī)室內(nèi)部側(cè)門兩側(cè)設(shè)不銹鋼圓桿長(zhǎng)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?jī)蓚?cè)設(shè)外置式后視鏡，每側(cè)外后視鏡包含２個(gè)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(dòng)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(dòng)窗前部，每側(cè)１個(gè)，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(duì)公鐵兩用電動(dòng)運(yùn)輸車司機(jī)室進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)分析時(shí)，首先依據(jù)人體尺寸國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，選定適當(dāng)百分位人體尺寸，在ＣＡＴＩＡ　Ｖ５Ｒ２１軟件中建立人體模型，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(jiàn)度、手伸及界面、舒適度、進(jìn)出空間等方面進(jìn)行分析，對(duì)比各個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)與國(guó)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(píng)價(jià)．

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(lái)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(xiàng)人體尺寸和小于該尺寸的人占統(tǒng)計(jì)對(duì)象總?cè)藬?shù)的百分比，可用于設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)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(shí)參考上、下限值，此范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)尺寸理論上適用于９０％的人群．通過(guò)對(duì)比相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ＩＳＯ　３４１１—１９８５和ＩＳＯ　３４１１—２００７中的內(nèi)容，對(duì)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(jì)分析借助ＣＡＴＩＡ　Ｖ５Ｒ２１中的Ｈｕｍａｎ 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　Ｐｏｉｎｔ），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　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｐｏｉｎｔ，ＳＲＰ）來(lái)確定Ｈ點(diǎn)的位置［４］，將對(duì)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(jì)分析

２．２．１　視野分析
視野可見(jiàn)度是眼睛可以觀察到的視覺(jué)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(guò)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(jiàn)度是司機(jī)室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)及整車布置必須考慮的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，公鐵兩用電動(dòng)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(jiàn)度的計(jì)算方法和結(jié)果驗(yàn)證須執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)ＵＩＣ　６５１—２００２《機(jī)車、動(dòng)車、動(dòng)車組和駕駛拖車的司機(jī)室設(shè)計(jì)》［５］的相關(guān)規(guī)定，因本車無(wú)站立駕駛狀態(tài)，故僅需對(duì)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(shí)，允許降低高處信號(hào)的可見(jiàn)度；參照表面內(nèi)的每一點(diǎn)處必須持續(xù)可見(jiàn)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(hào)、運(yùn)行平面內(nèi)的低處信號(hào)和線路上方高達(dá)１．７５ ｍ 的低處信號(hào)”．根據(jù)ＵＩＣ６５１—２００２標(biāo)準(zhǔn)中３．３．１高處信號(hào)（高度降低至２．５ｍ）和３．３．２低處信號(hào)的可見(jiàn)度進(jìn)行校核，通過(guò)對(duì)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(dòng)運(yùn)輸車駕駛員視野可見(jiàn)度滿足標(biāo)準(zhǔn)ＵＩＣ６５１—２００２中３．３低處信號(hào)可見(jiàn)度要求．駕駛員視野可見(jiàn)度眼點(diǎn)參照位置和驗(yàn)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(jì)、布置手動(dòng)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(dòng)范圍正常合理時(shí)，一只手握住方向盤的同時(shí)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(guò)程中無(wú)須大幅度改變身體姿態(tài)便可以完成對(duì)車輛的操作性控制，駕駛過(guò)程中有操作需求的所有裝置、開(kāi)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　Ｖ５Ｒ２１軟件Ｈｕｍａｎ　ＡｃｔｉｖｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓ模塊中ｃｏｍｐｕｔｅｓ　ａ　ｒｅａｃｈ　ｅｎｖｅｌｏｐｅ功能進(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(wú)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(shí)，通過(guò)移動(dòng)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(guò)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(shí)的舒適度對(duì)駕駛員的駕駛體驗(yàn)和操作安全有著重要的影響，因此，需要通過(guò)舒適度分析對(duì)司機(jī)室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)及布置的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)．人體駕駛姿態(tài)的舒適度與駕駛姿態(tài)對(duì)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(lái)衡量該姿勢(shì)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(duì)應(yīng)的人體生理角度范圍［４］．　　




在ＣＡＴＩＡ軟件Ｈｕｍａｎ　Ｐｏｓｔｕｒｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ模塊中，先打開(kāi)首選角度編輯器，設(shè)置合適的人體部位活動(dòng)范圍；然后參照駕駛員較舒適姿態(tài)所對(duì)應(yīng)的人體生理角度范圍，多次添加新的劃分區(qū)域，并對(duì)各區(qū)域的舒適度進(jìn)行評(píng)分［６］，分別對(duì)上臂、前臂、大腿，小腿等舒適度進(jìn)行評(píng)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(duì)應(yīng)分值，進(jìn)行加權(quán)插值計(jì)算，得出評(píng)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(jì)及布置過(guò)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(tái)距離較近，需對(duì)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(tái)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(dòng)起來(lái)有足夠的自由度”［５］．根據(jù)模型中的測(cè)量結(jié)果，操縱臺(tái)凹進(jìn)處設(shè)計(jì)寬度達(dá)到９００ｍｍ，滿足ＵＩＣ　６５１—２００２《機(jī)車、動(dòng)車、動(dòng)車組和駕駛拖車的司機(jī)室設(shè)計(jì)》中５．１．４．１規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求．將９５ｔｈ百分位中國(guó)男性模型導(dǎo)入司機(jī)模型后，測(cè)試得到可以順利進(jìn)入和離開(kāi)座椅，如圖１２所示．

３、結(jié)語(yǔ)

公鐵兩用電動(dòng)運(yùn)輸車司機(jī)室的視野可見(jiàn)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(jì)合理，且人機(jī)工程學(xué)程度較高，在實(shí)際使用中可為駕乘人員提供舒適的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)健康、高效的工作方式．

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（１）

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