人机工程在城市客车设计中的应用

房立勇 辛磊 赵久永 弓引花 佟帅 袁轮

（1. 上海龙创汽车设计股份有限公司，上海201615；2. 金龙联合汽车工业（苏州）有限公司，苏州215000）

主题词：城市客车 操作舒适性 人机工程学 内饰

缩略语

1 前言

城市客车是城市公共交通的重要组成部分，为市民出行提供便利的条件。城市客车设计存在2 方面的挑战：（1）需要使乘客在短暂的乘坐过程中体验到乘坐舒适性；（2）需要使驾驶员在每天的驾驶过程中能够体验到视野开阔、操作方便和乘坐舒适性。

在当前汽车设计中，乘用车有着完善的人机舒适性评价标准，可以在车辆开发过程中提供辅助设计，但是城市客车的设计就缺少完善的人机舒适性评价标准，导致城市客车在设计过程中对于人机舒适性的考虑较少，影响驾驶舒适性。因此，本文主要阐述城市客车在设计过程中如何定义驾驶员人体坐姿、控制设计边界和控制操作舒适性等，然后将城市客车设计过程中需要考虑的规范、法规和注意事项进行说明，为城市客车设计提供设计依据。

2 驾驶室空间设计

2.1 驾驶室设计

驾驶室空间设计前要确定驾驶员的坐姿、视野、操作空间和乘坐空间的目标值，这是驾驶室空间设计的重要输入。驾驶员在城市客车上工作时间较长，设计时要从驾驶员乘坐舒适性、开关操作舒适性、屏幕观察方便性等综合评价驾驶员的驾驶舒适性，让驾驶员能够在长时间的工作中不易产生驾驶疲劳，并通过合理的驾驶舱设计，提高城市客车运行安全，减少安全事故的发生。

2.2 驾驶员坐姿设计

驾驶员坐姿尤为重要，会直接影响驾驶员的乘坐舒适性。不同类型车驾驶员的坐姿是不同的，按照国家推荐标准GB/T 15089—2001 中的分类，城市客车属于M2 和M3 类载客汽车。参照SAE J1100 NOV2009 中的分类，城市客车属于B 类车。从上述标准的推荐坐姿看，B 类车和M3 类载客汽车驾驶员的坐姿较乘用车坐的更直立，2 种车型驾驶员坐姿如图1所示。

图1 乘用车和城市客车驾驶员坐姿

本章阐述城市客车驾驶员坐姿规划经历的3个阶段。

第1 阶段：由相关主机厂输入相应的人机硬点3个，分别为座椅参考点（SGRP）点、踵点（AHP）和转向盘中心点（SWC）。然后将2D假人数据按照要求在驾驶室内进行布置，根据SAE规范对人体各个关节角度的舒适性进行验证，但是这只是初步判断。

第2 阶段：由于每个公司在这之前都会有几款成熟产品，所以也可以依据这些产品在市场上反馈的信息进行判断，即现在的人体坐姿是否要调整，例如：驾驶员长期握转向盘时大臂和小臂会不会是呈现“端着”的不舒服状态，会不会在驾驶很短的时间就会出现酸痛；驾驶员脚在踩踏三踏板的过程中会不会出现踏板不能踩到底，脚呈现“勾着”的不舒服状态，造成“脚酸”的市场反馈。这些成熟产品的市场反馈信息都是在设计过程中判断如何调整人体坐姿的重要依据。

第3 阶段：通过前2 个阶段的调整还不能具有强的说服力，所以第3 阶段要做的就是对市场上反馈口碑比较好的产品进行对标，用对标的数据进一步验证调整结果是否可行。

通过以上3 个阶段调整出来的人体坐姿，并在此设计的人体坐姿下进行城市客车的内饰设计，可以大幅提升城市客车人机交互舒适性，图2为城市客车人体坐姿示意。

图2 城市客车人体坐姿示意

3 驾驶员视野设计

在人机工程学中，驾驶员的视野尤为重要。驾驶员的视野要求主要取决于日常行驶过程中的安全性要求，所以在进行车辆设计过程中要着重考虑驾驶员的视野要求。现在国内对于乘用车的视野要求比较严格，但对于M2和M3类载客汽车（B类车）的视野要求就没有明确的规范，没有形成统一的视野设计要求，本章详细阐述城市客车视野设计要求。

（1）要考虑乘用车的视野规范，如前方视野（玻璃透明区、180°视野和信号灯视野）。

（2）要考虑城市客车的A 柱障碍角，此项要求在国标GB 11562—2014中没有明确要求，但是俄罗斯法规ГОСТ 51266—99有相关要求，可以参照此项法规进行视野设计。

（3）针对下视野盲区、前方查看小孩和视野要求，通常此类的规范不是强制要求，但是每个主机厂在进行驾驶舱设计的过程中都会尽量把盲区做到最小，提高驾驶的安全性。城市客车视野的设计可以参考以色列法规Mandatory Requirements For Buses，该法规要求驾驶员能看见车前100 mm、高116 mm的小孩模型（图3），该法规为城市客车仪表板（Instrument Panel,IP）边界定义提供了重要依据。

图3 以色列客车视野法规要求[5]

（4）组合仪表视野是城市客车驾驶员视野设计的重要部分，因为组合仪表显示的信息会直观反馈车辆的行驶信息，如果在行驶过程中驾驶员不能直观的读取组合仪表的信息，影响驾驶员的信息判断，会给行车带来安全隐患。但是通常情况下，城市客车的转向盘直径会≥450 mm，转向盘对组合仪表的遮挡就会很小，所以在驾驶员视野设计过程中重点是直观视野(驾驶员对组合仪表的视距、视角）的设计，同时兼顾防止组合仪表板形成反光炫目和防止夜间行车时在侧玻璃形成虚像，消除影响驾驶员视野的不利因素。

在调整组合仪表位置的时候，也要兼顾组合仪表相对驾驶员眼椭圆中心的视距和视角。在城市客车驾驶员视野设计时，需要考虑到组合仪表到驾驶员的视距通常会比乘用车大。由于城市客车驾驶员人体坐姿较直立，且IP 相对较低，所以导致驾驶员眼椭圆中心点到仪表板的视距较乘用车的视距会大，但是只要控制在900 mm 以内，驾驶员可以看到组合仪表板的信息，此视距规范在城市客车设计中通过驾驶舱模型得到了验证。

城市客车的行驶安全一直受到高度重视，间接视野的设计也是保障行驶安全的重要设计要求。所以在城市客车视野设计时，通常会考虑更多的间接视野，采用很多外后视镜（外后视镜、补盲视镜、广角后视镜和前下视镜）可以为驾驶员提供多种视野信息，方便驾驶员判断车辆外部的情况。欧盟最新法规中，补盲视镜的视野区域有所增加，法规区域见图4的补充视野，在城市客车间接视野的设计中要着重考虑按此法规要求增加视野区域。

图4 补盲镜视野区域

被动安全监视布置方面，城市客车的每次运行过程中，会承载很多乘客，再加上夏季闷热天气，驾驶员很容易疲劳，所以通常会在驾驶舱内布置监视器（通常会布置在A 柱上，或者顶棚上）。在布置监视器的时候，需要考虑监视器视角能够满足监测驾驶员脸部状态，且不影响驾驶员的视野（此处需要注意，不要因为增加安全监视装置造成增加A柱障碍角）。

通过以上的调整基本上会把城市客车的视野状态确定，然后进一步确定城市客车的内饰边界。

4 内饰空间设计

城市客车内饰空间在进行设计的过程中，需要考虑2 类用户的操作使用，即驾驶员操作和乘客使用。针对这2 类使用操作，本章阐述了在城市客车的内饰空间设计中如何满足这2 类操作的要求，图5 为城市客车驾驶室俯视图。

图5 驾驶室俯视图

4.1 驾驶室内饰设计

驾驶室空间设计是内饰空间设计的重要部分，主要考虑驾驶室内的空间，包括驾驶员肩、肘、臀空间、腿部空间、头部空间和按键可操作性。为保证城市客车驾驶员可靠地驾驶，城市客车驾驶员基本上会在一个与乘员舱隔离的驾驶室内驾驶车辆，如果驾驶室空间太小，会给驾驶员一种紧凑感、压抑感，所以在设计城市客车驾驶室时，内部空间的设计就尤为重要。在进行驾驶室空间设计时，通常要兼顾驾驶员转动转向盘时肘部不能与周边碰到。按照以往要求，转向盘与周边影响转向盘转动的内饰边界控制要大于等于150 mm，这样就能有效地减少肘部空间不足的情况。

对IP 和副仪表上布置的按键一定要考虑操作舒适性，在进行操作舒适性判断的时候，由于城市客车驾驶室空间较大且顶棚较高，所以用传统的手伸界面，不能全部满足要求，这时候就要利用RAMSIS软件中的手伸界面，用来参考内饰按键操作的评价，来判断内饰边界是否可行。另外布置按键的时候还要考虑操作方便性，如副仪表上靠近驾驶员布置的按键，和远离驾驶员布置的按键都需要满足驾驶员手伸及要求。通常城市客车副仪表上会布置3～4排按键，保证结构空间的前提下，就会出现靠近后面的两排按键存在不容易操作的情况。根据设计过程中的模型体验和样车体验，建议将按键都要布置在座椅参考点（SGRP）之前（图6），这样才能避免驾驶员手臂在不弯曲很大角度的情况下操作相关功能键。

图6 手伸及校核参考

另外，在对城市客车的IP和副仪表进行按键布置时，还要考虑按键与按键的中心间距，按键中心与相邻内饰面的间距。按键和按键中心的间距要大于等于20 mm，按键中心到相邻内饰面的间距要大于等于20 mm，图7显示按键与按键中心间距。

图7 按键与按键中心间距

4.2 乘客空间设计

乘客空间设计主要考虑乘客乘坐舒适性和通过舒适性。在进行设计时要按照欧标法规严格执行，并在此基础上考虑人机工程学。欧盟法规主要对通道空间、座椅间距、乘客有效头部空间、乘客手操作空间、轮椅空间进行要求，下面就对这些要求分别做简要阐述。

（1）通道空间

通道空间从乘客门到乘客舱内都要注意。首先要考虑台阶的高度、台阶上脚踩踏的承载空间和在台阶旁边供乘客使用的扶手，扶手的抓握空间和抓取方便性是提高乘客上下车舒适性的重要措施。另外，在检查通道空间时，通常会采用极限状态去测量通道空间，即将测量量块靠紧通道一侧，这样就能保证城市客车在进行法规检查过程中，获得好的检测结果。图8所示为城市客车通道测量状态示意。

图8 通道空间示意

（2）座椅间距

在欧盟法规中对座椅高度、座椅与座椅的间距，及座椅与相邻内饰面的间距都有明确要求，但在进行座椅布置时，还要考虑人机舒适性，即座椅与座椅的高度差要控制在15 mm以内，避免乘客在使用座椅时出现落差感。

（3）轮椅空间

在设计城市客车时，要考虑残障人士的使用，尤其是乘坐轮椅的乘客，所以在进行城市客车设计时要考虑轮椅的存放空间和残障人士的操作方便性。欧盟法规对轮椅空间有明确的要求，要考虑残障人士的使用方便性，如考虑靠背、缓冲垫和扶手，让残障人士在使用此空间时，能够体会到来自设计者的特殊关爱。另外，为了避免空间浪费，可以设计折叠座椅，用来在没有残障人士使用时供其他乘客使用，图9 为轮椅空间的设计示意。

图9 轮椅空间设计

（4）头部空间

在进行座椅布置时，要兼顾乘客的头部空间，即座椅上方的垂直净空间。如果不考虑这个要求，在实车体验过程中就会出现乘客碰头的问题，甚至可能造成乘客伤害，建议此处垂直净空间要大于等于930 mm，此数值来自模型体验结果。

5 安全装置

城市客车是现代城市重要的交通工具，所以城市客车设计时会考虑配备医药箱和灭火器，但是在布置医药箱和灭火器的存放位置时要考虑操作便利性和不容易被误操作，这2 项内容在欧盟法规里也有要求，在城市客车设计中不能忽视。

6 总结

在公共交通持续发展的今天，城市客车的设计要不断优化人机舒适性，以更好的用户体验满足人们出行需求。基于国家标准、SAE 标准和欧盟标准，本文对城市客车人机工程设计要点进行了阐述，包括驾驶员人体坐姿、驾驶员视野、驾驶室空间、驾驶员操作舒适性、乘客乘坐空间和安全装置的存放位置，为城市客车设计提供参考。