基于人因工程的挖掘机驾驶室视野安全研究(2)
2.2.1 A柱分析
挡风玻璃和左前车门之间的柱叫A柱,如图2所示。A柱的视野与车辆的刚度之间是矛盾的统一体。每个驾驶者可能都想视线的角度没有遮挡该多好,视野开阔的感觉是一个驾乘的舒适性问题,但从安全角度来看,这是一个难以克服的矛盾。
驾驶者通过A柱处的视线研究依据是驾驶员眼睛和头部转动是否在勉强转动范围内。在水平方向,头部不动时眼睛的左、右勉强转动角为30°,头部左、右勉强转动角为60°,据此,当左眼点在勉强转动范围内仍看不到左A柱截面外侧时,就要转动头部,两眼点也随之转动。左、右眼点与A柱截面边界切线的夹角就是A柱障碍角。国家标准GB11562-1994《汽车驾驶员前方视野及测量方法》中,规定了A柱的双目障碍角不得超过6°。如果按照驾驶者的舒适角度出发,障碍角越小越好,也就要求A柱越薄越好,设计者就需要考虑如何这个平衡问题。
但是在实际的驾驶室设计中,为了最大程度的保证驾驶员的自身安全,必须保证驾驶室结构牢固,最有效的做法就是增加立柱的横截面积。由于在A柱结构设计中片面因安全而关注强度,A柱带来的视野问题往往被忽略。
在A柱设计初期,充分应用眼椭圆的基本原理加以评价,可以更加高效地开发出满足强度和减小视野障碍角小的双重要求,具体步骤如下:
①A柱在眼点高度处的水平截面为A柱断面。按人体95%百分位尺寸在俯视图上画出眼椭圆,选择左立柱画出眼椭圆高度的A柱断面。
②P点为头部转动中心,在左眼椭圆上找出离A柱最近一L点作为左眼点,并在右眼椭圆上找出L点的对应右眼点R点。
③通过L点作A柱断面切线,当切线与正前方夹角大于30°时需转动头部直至此角度为30°,此时L点位置在L’点,R点位置在R’点。
④通过L’点、R’点做A柱断面切线,则两切线的夹角即为双目障碍角,A柱的双目障碍角≤6°,如图3所示[6]。
2.2.2 前车窗分析
扩大风窗玻璃有效透明面积,风窗面积越大,前方视野越好但是当风窗上沿过高会导致因阳光照射而炫目,比较理想的状态是驾驶员的上视角为0°~5°。风窗下沿过低会导致动视野质量下降,在行驶速度过快时易发生恐慌和眩晕,此外下沿高度还要考虑工作装置、仪表板的布置高度。风窗玻璃一方面要尽量靠近驾驶员眼睛,另一方面要保证仪表和转向盘的布置以及驾驶员腿部的活动空间[7]。
常见的挖掘机按照铲斗来分,挖掘机又可以分为正铲挖掘机、反铲挖掘机、拉铲挖掘机和抓铲挖掘机。如图4所示为一常用的正铲挖掘机工作范围示意图。
由图4看出,在铲斗靠近极限的点时,为观察铲斗的工作状况,其上视角和下视角远超过正常值,要实现挖掘机正常工作,结合最佳视野的规定,当挖掘机行走机构停止,挖掘工作进行时,驾驶员可按仰头25°~低头20°所得的最佳动视野50°~-65°。故前车窗的最高点和最低点可按此角度要求进行设计。
由于不同颜色对人眼的刺激有所不同,所以色觉视野也不相同。根据资料,白色的视野最大,接着依次为黄色、蓝色、红色,绿色视野最小。另外黄色也是一种给人暖感的颜色,暖色会给人以兴奋的感觉。所以我们在设计挖掘机工作装置时,可选用色觉视野较大、暖色的黄色[8]。
2.3 后视镜分析
除了正常行走时的视野,更主要考察驾驶员工作时视野,挖掘机的工作半径比较大,并且有时需要较精细控制铲斗工作,驾驶员要依赖于视觉来获得作业面的信息,通过车窗直接获得外界的视觉信息,通过后视镜中的间接视野补充获得更加全面的外界视觉信息。后视镜可以使驾驶员方便地在前后视野之间切换以便获取所需信息。
安装后视镜反映车后方、侧方和下方的情况,使驾驶者可以间接看清楚这些位置的情况。车后视镜扩大了驾驶者的视野范围。后视镜分为外后视镜、下后视镜和内后视镜。外后视镜反映车后侧方,下后视镜反映车前下方,内后视镜反映车后方及车内情况。
用途不一样,镜面结构也有所不同,一般后视镜镜面有平面镜和凸面镜两种。平面镜可得到与目视大小相同的映像,常用于内后视镜。凸面镜,它的映像比目视小,但视野范围大,常用于外后视镜和下后视镜。为了获得良好的后视野需要选择曲率合适的后视镜,凸面镜曲率半径越大失真率越小,但视野变小了。反之曲率半径越小,视野越开阔,但是失真率越大,会造成驾驶者的错觉[9]。
除此之外还要考虑后视镜的有效面积、安装角度、耐缓冲性等因素。驾驶者眼睛与后视镜的距离,也就是后视镜的安装位置,直接影响到后视镜的视界、清晰程度和轮廓尺寸,对作业安全很重要。因此,后视镜的安装位置要求达到行业标准的视界要求;后视镜应尽可能靠近驾驶者的眼睛,应方便驾驶者观察,头部及眼球转动尽量小;后视镜应安装在车身上下振动最小的位置上。
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