1、中国公路客车驾驶员足子工作区实验研究Vo1.18No1 公路交通科技 2001 年 2 月JOURNALOFHIGHWAYANDTRANSPORTATIONRESEARCHANDDEVELOPMENT文章编号:1002-0268(2001)01-O085-03中国公路客车驾驶员足子工作区实验研究田新民,王宏雁,田原,田泉(1 吉林工业大学,吉林长春 130025;2.同济大学,上海 2DOOcY2;3.上海大众汽车有限公司,上海 201805;4.上海客车制造公司 .上海 2ooo32)摘要:中国公路客车驾驶员 P95 加速,离夸厦制动足椭田的测量,生成,定位和应用厦其正常子工作区,是作者首创
2、的汽车和人机工程学概念.扩充了 SAE 汽车设计工具图形的概念 .足掌心空问点是比踵点更科学精确的踏板定住新创意.谊研究扩展了 Ay0Ilb 测量装置的功能和剐量方法,扩展了 Das 等人关于正常工作区域的概念.关麓词:正常子工作区;P95;加速踏板;离夸厦制动踏板; 定位中圈分类号:12471 文献标识码:AExperimentalStudyORFoot-Sub-WorkspacesforChineseCoachDrivers7zXin?m,WANGHtmg-yon,T/ANyuan3,T/ANQ(1.J 血 Utfiversity0fTe 出,mchan 雪.l】tm13(O25,Chin
3、a;2.T 衄 Unlvetity,sh 町 I出 2O0092,China;3.sI.ml 一 VolkswagenAG,201805,China;4.sh 跗 lCoachIaIII 由 chdI】gCooorafion,sh 跗 l200032,China)Abstract:T1.e 畔蛔 l 删 T.Cltfion,applicatitmsandIationofthe95%丑eaccelerator,clutchandbrakefcot-elliiesoriginatedbytheforChinesecoachdriversareinthefieldsofergonomicsandhT
4、.Dlive 唱.The0pointisbetterthantheheelpointforpreciselocationofcoacI】footPedal8Those4laIldtheconceptsofSAEautodesigntoolcontours.Theresearchoade 隅 thefunctionsofAy 咀 1b8 珊瑚 I.riIlgapparatus,extendstheconceptsof【1 日8etOilnomlMwoadsar 栅,andmay 血 eIiseactiveinfluencesOilotherdriversw 出 i 九把 I 工 aiKeywor
5、ds:Nomudwo;The95%ile;Accelerator;Clutchbrakepedal;IAttiolll0 足椭圆概念的提出在人一车辆道路交通环境系统中,客车驾驶员生理和心理素质驾驶适宜性所致 4 种基本能力(反应速度,正确性,抗干扰性和耐久性)是确保客车行驶安全的关键因素.然而,这些能力的展现均与人一车界面品质优化水准有直接关系.客车的人一车界面表现为驾驶员双手一转向盘,右手或左手一变速手柄,左足一离合器踏板,右足一制动踏板,右足一加速踏板以及道路视野和仪表观察等子人一车界面.换言之,在客车驾驶员正常工作区(肢体正常伸及限)内分布着若干(正常)子工作区 ,包括转向,变速,加速,
6、离合和制动区等等.这类子工作区实质是驾驶员肢体与操纵器接合部中心点在车身坐标系内的散布区;当取样足够时,均符合正态分布,且呈椭圆形.在上述诸子工作区中,加速子工作区的驾驶动作最为频繁,其优化水准直接影响到事故临界状态下驾驶员迅速准确地移足于制动踏板的效果;制动子工作区最为重要,驾驶员迅速准确地操控制动踏板作出应急反应,是避免交通事故,尤其是撞车和倾翻之类恶性事故的关键所在;离合子工作区也影响到驾驶劳动的耐久性.上述子工作区人一车界面的优化水准将全面影响到驾驶劳动的反应速度,正确性,抗干扰性和耐久性.驾驶员足掌心空间点与各踏板中心的公共点 c,在车身坐标系内散布区的等百分比(95%)平面的包络面
7、,定义为(P95)加速,离合及制动足椭圆.收稿日期:200D 卜 13作者茼介:田新民(1944 一),男,辽宁营口,吉林工业大学载授.主要从事汽车工程,人机工程,设计艺术学等方面的研究公路交通科技 2001 年第 1 期该研究采用人体直接测量法 L11,求出中国公路客车驾驶员第 95 百分位(P95,95%fie 或 95)加速,离合及制动足椭圆.该法可自然地包容进现有每一百分位人体尺寸变化范围,以及躯干高,胸厚,臀底和臀后至胃点尺寸,骨,骨连结和骨骼肌的特定结构等诸多影响因素.由于离合及制动足椭圆两者相关分析系数大于 0.99,所以以制动足椭圆为研究对象,离合足椭圆可依驾驶员人体或座椅对称
8、面对称求得.几个基本概念:(1)驾驶员足掌心空间点 c,:足宽(见中国成年人人体尺寸GB10000-88 中 4.7.2)中点处,距掌面 8mm 的下方空间点;(2)客车加速, 离合及制动踏板中心点:三者踏板表面的几何中心点,均记作 c,踏板长度大于183ram 时,c,距踵点 183nan;(3)定位凸点 C:测试用模拟踏板(见图 1)对称面与其铰轴线交点处,并距踏板表面 4mm 的上方空间点(圆锥顶点);(4)模拟踏板足掌心空间点:踏板对称面及测长摆杆【2J 轴线与踏板饺轴线公共交点,距踏板表面8rmn,也记作 Cr;(5)客车驾驶座椅测量和定位参考点:利用三维胃点装置(GB,r11559
9、-89), 依据汽车胃点确定程序(GB/T1156389) 的相应规定 ,对所采用的座椅实测得到的圩点(此规定是为适应国内外车身设计工作技术惯例).1 测量装置,被试对象选取殛测量过程1.1 测量装置测量足掌心空间点 c,采用附有模拟踏板的一种机械一电位器式测量装置【,其实质是对 M.M.A 聊 Jb 的测量装置方案加以改进,并扩展其功能和使用方法.这是一种可迅速准确地测量静,动态下客车驾驶员肢体伸及点三维坐标值的计算机化的位置传感电位器系统.采集数据之前,该装置的静态误差检测,是利用 MORA 三坐标测量机测量模拟踏板定位凸点的三维坐标值来实现的.测量中,装置的 c 点达任意空间点 i 时,
10、()在装置自身坐标系内的具体数值由下列公式确定,单位为 mm,deg.x=f-琶 in 日?eos=?sin-sziZ-coB0-c0s1.2 被试对象选取中国客车驾驶员,男(1860 岁),女(1855岁)各 50 名; 其年龄段,驾龄,技术等级的适当比例,随驾驶员队伍现状予以慎重考虑.上述每一性别的被试者,依据总体身高一体重相关系数为 0.5 的抽样计划选取;并已为蒙特卡罗模拟(MonteCarloSim-ulations)所证实.首先共需测取 13 种静态人体参量:端坐及松弛状态下的坐高,躯干厚,坐姿大腿厚,前臂长,上臂长,坐姿两肘间宽,坐姿臀膝距,小腿加足高,坐姿膝高,坐深,坐姿下肢长
11、和体重上述人体参量供对被试特定人体尺寸的相关分析和判断分析,以及供多元回归分析建立数学模型之用.1.3 测量过程被试者着夏装,1 分钟场地适应性驾驶后,进人国产公路客车模拟驾驶区.客车模拟驾驶区参数为Hso(踵点至胃点垂直距离)375mm;8(座椅垂直调节) 75ram;L( 座椅水平调节)6Omm;(转向盘直径)500rmn;zl 加 (躯干角)5.15.;(座垫深)420mm;Lr( 座深调节 )4Oram;46(座垫宽)500mm;C1(座垫刚度)148.4N/era;C2(靠背刚度)148.4N/era.注:模拟驾驶区内拆除全部操纵踏板;座垫调至最后位置时,其后缘与靠背后表面底部平齐.
12、1.3.1 离合及制动足椭圆空间点数据测量被试者入座并调整好座椅;将右足(着薄袜)掌宽中点,踏压在模拟踏板的定位凸点上;锁止足跟托板;束牢束脚皮带;扣好安全带;以舒适自然的正常驾驶体态,双手把握转向盘;目视前方.测量:被试者右足自然前伸,足跟托板(厚度:8mm)着地,停留在被试者认为最舒适,自然的位置.记录下此刻C 点的三维坐标值后,实验员移动测量装置令其坐标原点 O(0,0,0)与 c,点处于同一车身 l,坐标值;然后将角电位器的轴与壳体锁止.此时,测长摆杆只能前后摆动和伸缩.实验员在测长摆杆平衡重下加挂拉簧(拉簧行程 150mm,由并联的限位皮带保证;最终拉力 150N)_2J.被试者将模
13、拟踏板踏到底,再缓慢地释放回位.实验员记录下 c,点的三维坐标值.重复三次,共测得 300 个离合及制动动作的足掌心空间点.该测量程序显然突破了 Das 等人关于正常工作区域的思路 L.1.3.2 加速足椭圆空间点数据测量被试者右足在加速与制动子工作区隔板(其右侧面 Y=一 138mm,X 向长 300mm,高 280m)右固中国公路客车驾驶员足子工作区实验研究田新民等侧,足跟着地自然前伸,停留在最舒适,自然的位置.实验员移动装置原点 O(O,0,0)与点处于同一车身 y 坐标;将角电位器的轴与壳锁止;在平衡重块下重新加挂拉簧(行程 601ma,最终拉力:15N)2j.被试者将踏板踏到底,重复
14、三次,共测得300 个加速动作足掌心空间点.2 数据分析和处理结果利用 SAS 程序分别对客车模拟驾驶区的各 300 个足掌心空间点数据进行分析和处理.(1)P95 离合及制动足椭圆长轴 64mm,短轴侧视 39mm,俯视 52rnm;椭圆方位角前低后高(侧视)3.6.,椭圆前端向座椅对称面偏转(俯视)7.5.;P95离合及制动足椭圆中心在车身坐标系内坐标值(左,右置转向盘;各种座椅调节量均为零)为=L 一 781.1 一 O.836818 飓+O.00221336yc=+76.5:一 76.5Z=149.5式中,0座椅对称平面的宽度坐标,rrma;离合及制动足椭圆中心长度坐标,rrma;yc
15、离合足椭圆中心的宽度坐标,rnm;制动足椭圆中心的宽度坐标,rnm;z离合及制动足椭圆中心高度坐标,mm;厶日点长度坐标,rrma;H.一日点高度坐标,r.圈 1 浸 I 量装置及模拟踏板示意图在客车驾驶员工作设计中,只要把离合器或制动器踏板中心布置在 P95 离合或制动足椭圆的任意两切平面之间,就可保证 90%的驾驶员满足度.换句话说,此时的离合器或制动器踏板位置满足从第 5 百分位直至第 95 百分位身材的中国公路客车男女驾驶员的舒适,自然的操控.(2)P95 加速足椭圆长轴 66.5rnm;短轴侧视32mm,俯视 42ram;方位角 4.前低后高(侧视), 方位角 6.8.椭圆前端向座椅
16、对称面偏转(俯视);P95加速足椭圆中心在车身坐标系内坐标值(左,右置转向盘,座椅全部调节量为零)为=L.一 779.5 一 o.30682H+o.1300686429Y=一 198.5Z=146.5式中,0座椅对称平面的宽度坐标值,rrma;加速足椭圆中心的长度坐标值,rnm;y加速足椭圆中心的宽度坐标值,rmn;z加速足椭圆中心的高度坐标值,rnm;厶H 点长度坐标值,m;腿H 点高度坐标值,一.在公路客车驾驶员工作设计中,只要把加速踏板中心布置在 P95 加速足椭圆的任意两切平面之间 ,就可保证 90%的驾驶员满足度,即此时加速踏板位置满足从第 5 百分位直至第 95 百分位身材驾驶员舒
17、适,自然的操控.3 结语该项研究在测量过程中扩展了 Ayoub 测量装置的功能和测量方法;扩展了 Das 等人关于正常工作区域的概念_3J.首次明确了公路客车驾驶员正常子工作区和 P95 加速,离合及制动足椭圆的新概念,扩充了ShE 汽车设计工具图形概念,是常规客车加速踏板,离合器踏板和制动器踏板科学定位的新创意,足掌心空间点比 SAE 踵点更佳.该项研究可能对其它陆路交通工具中国驾驶员工作设计产生积极影响.参考文献:1田新民国外 伴直接测量法研究的进展及本人的进一步设想工韭工作位量设计中国机槭工程学会工业造型设计专业学会第二届学术年会论文.19882田新民汽车乘员三维伸及限的确定吉林工业大学.199o(3):42453D 皿 B,RMTher 帅啪出嘲 theharinmmlplane:A.vealmlyisbee,eeFarleysmad.SqeoneeOtEr-日 m 曲,1983(B),26(5):449459.囤
