摘 要

燃料电池电动客车是指采用燃料电池为纯电动客车的电驱动系统提供电能，以氢气作为主要能源，超级电容或者锂电池作为辅助能源的新能源客车。它的效率高，绿色环保，噪声和振动都较低，是未来较为理想的交通工具。燃料电池客车的车身总布置需要充分利用汽车人机工程学的原理，科学合理地设计和布置车身内的各个部件，以满足新能源客车对驾驶员的操纵性和对乘客的乘坐舒适性的较高的要求。

本次设计以客车车身总布置的设计原则和研究内容为出发点，根据人机工程学的原理，结合人体的动态尺寸以及静态尺寸，选择符合本国实际的驾驶员人体模型，同时此确定其活动范围。确定驾驶员座椅安装位置R点，并以此为基准确定其它驾驶区附件的布置位置，使其满足驾驶员的操作需求。完成乘客区部件设置，选择合适的乘客座椅并设置合理的安装间距，设置扶手和挡板。最后完成燃料电池客车的其他部件设置，包括空调的选型与布置，供暖和除霜装置，客车内饰和车辆灯具等附件。

关键词：燃料电池客车；人机工程；H点（胯点）；车身总布置

Abstract

The fuel cell electric bus is a new energy bus that uses fuel cells to provide electric power to the electric drive system of a pure electric passenger car, using hydrogen gas as the main energy source, super capacitors or lithium batteries as an auxiliary energy source. Its high efficiency, environmental protection, low noise and vibration, make it the ideal vehicle in the future. The overall layout of the fuel cell bus needs to make full use of the principle of automotive ergonomics, design and arrange the various components scientifically and rationally in the car body to meet the high demand of new energy bus driver's maneuverability and passengers’ comfort.

The design is based on the principle and research content of the general layout of the bus body. Based on the principle of ergonomics, combined with the dynamic dimensions and static dimensions of the human body, select the driver's human body model that meets the actual conditions of the country and determine the range of activities.Determine the driver's seat installation position R point, and use this as a reference to determine the layout of the other driver's accessories to meet the driver's operating needs. Complete passenger area component settings, select suitable passenger seats and set reasonable installation clearances, and set armrests and baffles. Finally, the other components of the fuel cell bus were completed, including the selection and layout of air conditioners, heating and defrosting devices, passenger car interiors, and vehicle lighting fixtures.

Key words: Fuel Cell Electric Bus; Ergonomics; H point; Overall Layout of the Body

目 录

第1章 绪论1

1.1 燃料电池客车1

1.2 汽车人机工程学1

1.3 车身总布置设计思路1

1.4 主要研究内容2

1.5 本章小结3

第2章 驾驶区布置设计4

2.1 人体尺寸及人体模型4

2.1.1 人体静态尺寸4

2.1.2 人体动态尺寸5

2.1.3 驾驶员眼椭圆6

2.1.5 驾驶员手申及界面7

2.1.4 人体模型的建立8

2.2 驾驶员座椅的设计布置10

2.2.1 驾驶员座椅的主要设计要求10

2.2.2 驾驶员座椅的主要参数11

2.2.3 驾驶员H点的布置定位11

2.2.4 驾驶员座椅的选型布置13

2.3 转向盘与踏板组15

2.3.1 转向盘15

2.3.2 踏板组15

2.4 客车仪表台15

2.5 驾驶区布置16

2.6 驾驶员视野分析18

2.6.1 前风窗视野分析18

2.6.2 A柱双目障碍角21

2.6.3 汽车后视野22

2.7 本章小结23

第3章 乘客区布置设计24

3.1 乘客座椅的选型24

3.2 乘客座椅间距的确定24

3.3 乘客区座椅布置25

3.4 乘客门的选型26

3.5 护栏和扶手27

3.6 本章小结27

第4章 客车的其他部件28

4.1 客车空调系统28

4.1.1 空调系统的布置28

4.1.2 压缩机、冷凝器和蒸发器29

4.1.3 空调的制冷量30

4.1.3 客车采暖和除霜装置30

4.2 客车内饰31

4.2.1 顶盖内饰31

4.2.2 侧围内饰31

4.3 客车后视镜32

4.4 客车灯具32

4.4.1 客车外部灯具32

4.4.2 客车内部灯具33

4.5 其余附件33

4.6 本章小结34

结论35

致谢36

参考文献37

第1章 绪论

燃料电池客车

燃料电池汽车（FCV）即为利用汽车本身所搭载的（氢氧）燃料电池组自身的电能作为运行动力的汽车类型。其所搭载的燃料电池组所利用的能源一般是氢气或者是含氢化合物经过重整后产生的重整高含氢气体。同一般的新能源（电动）汽车相比较而言，燃料电池汽车的动力来源的差异在于FCV所需电力是由其所搭载的载燃料电池组，而一般的新能源（电动）汽车的电力来源是需要进行充电蓄电池。

燃料电池（FC）的不同之处在于它不燃烧燃料，通过电化学反应来使燃料的化学键中的能量变化成电能。其原理即为: 将氢气供入燃料电池的阳极，阳极的催化剂将氢气分子转化变为氢离子还有电子，氢气离子经由燃料电池的电解质层进而朝着阴极移动，而电子由于不能穿过电解质层，因此经由外部的电路向阴极移动；与此同时，将氧气输入燃料电池的阴极，阴极的催化剂则将氧气分子转变为氧离子，此时，氧离子就可以与经由外部的电路而朝着阴极移动的自由电子以及已经产生的氢离子发生反应，产物则是十分稳定且无污染的水，同时带来大量的电能。同直接将氢气与氧气进行燃烧反应然后放热的产能方式差异的是，仅需在阳极一直保证氢气的供给，同时阴极保证氧气的浓度，电化学产能便不会停止，而始终在外部电路中流动的自由电子就可以形成稳定的电流，于是便可以稳定的提供车辆运行所需的电能。由以上发电原理可以发现，燃料电池（FC）本身有几大明显的优势：较高的发电效率、较低的振动和噪声、低碳环保等。燃料电池汽车也因为其能源提供的方式可以被称为货真价实的环保、高效载具。

上文已经提到，燃料电池将氢和氧为作为能量来源，将不会生成其它的有害产物，以它作为能量来源的燃料电池客车本身的能量利用效率出众，同时零排放，完全环保，动力系统自身的过载能力强，其过载的能力在短时间内甚至可以达到或者超过其额定功率的两倍，工作范围很宽。同时，与使用内燃机作为能量来源的普通客车比较而言，燃料电池客车在运行过程中带来的噪声与振动都比较小，作为城市交通工具非常理想。

1.2 汽车人机工程学

人，机器和环境三者之间相互作用的关联性是人机工程学研究的内容，通过科学、合理地利用人机工程学的原理，在机器与设备的制造过程中充分进行人性化考虑，最终达到提升人员在操纵机器以及使用设备时的工作效率。在其真正的应用上，通常包括心理学、医学和人体测量学等相关领域，而其主要的具体应用领域一般包含三大方向：对人同机器、环境、外部生态关系的研究；对人体自身的模型、整体的人机系统进行定量地研究；组织行动、团体行动及其心理学的研究。

汽车人机工程学则是人机工程学在汽车领域的应用。汽车人机工程学的研究内容主要为驾驶员和乘员、汽车、道路及环境三者之间的相互关系，从而使得这三者所组成的总系统的性能达到最佳。

毫无疑问，汽车人机工程学讨论的首要对象即为车辆驾驶员。由于汽车本身、道路形态以及交通条件的不断变化，驾驶员需要完成的操作也在发生着改变。让驾驶员拥有更佳的工作环境成为汽车设计过程中愈发重要的任务，人机工程对于汽车设计而言也成为至关重要的一方面。

对于客车而言，驾驶区的设计是体现汽车人机工程的作用的主要方面。为了能够给驾驶员给予方便且适宜的工作环境，首先必须考虑到人体测量学与布置空间等相关因素。驾驶区中最为重要的部件即为驾驶员座椅，座椅在设计时须要使其自身构造和驾驶员的人体测量值相符合，从而达到让驾驶员在不同坐姿的情况下均能正常的完成所需操作，同时拥有优良的安全性与舒适性。在汽车行驶的过程中，驾驶员必须能够高效且正确地观察各个仪表中的驾驶数据。这就需要科学的设置不同功能仪表的显示位置，并且使得对应的功能按键能够被驾驶员方便的操作，从而确保汽车正常行驶。汽车的操纵机构的设计同样需要依据汽车人机工程学的原理来进行，充分考虑驾驶员自身的人体特性和心理学特种，从而在人体操纵的范围内合理设计主要的操纵机构，同时赋予不同的操纵机构良好的识别性。

1.3 车身总布置设计思路

客车车身内部布置是一个建立在一定的标准基础上的系统工程，是经验和实践的结合体。车身总布置基础是确定以H点为基准的设计思路，H点是以驾驶员座椅为依据确定的，而驾驶员座椅又需与人体、方向盘、仪表板等密切相关，驾驶员又必须兼顾上肢与下肢的各种按钮、踏板等的操作；而仪表、踏板的位置又受到前围各种附件的布置结构影响，各种因素环环相扣，使得依据H点的确定需经过实践考验再一次次改进，因此在实际应用中，直接以H点为基准进行设计不能又好又快的实现各个部件的最优化设计。 车身内部布置是在整车形式、底盘、车身、造型等协同考虑下进行的。使进行车身内部布置是一个依据各种要求，满足功能基础上寻求最优化设计的过程。

1.4 主要研究内容

本次毕业设计的设计内容为城市专线公交车，车辆长10-12m，总质量＜16500kg，最高车速＞70km/h，一次充气连续行驶里程＞350km/h，车辆参数必须满足相关技术标准要求。结合相关车型的车身总布置的要点，较为详细的介绍客车车身总布置的方法与原理，对城市公交车身内部的设计布置方法进行探讨，依照国内外有关的标准和法规进行主要校核，对燃料电池城市客车的车身总布置进行科学设计。以下为本车设计的主要具体工作：

1.客车驾驶区分析和布置；

2.客车乘客区分析和布置；

3.客车相关附件的选型和布置；

本次设计结合选题已有信息，通过人机工程学分析，合理、科学的设计客车内部相关部件的选型与布置，确定重要部件的位置，最终使得本城市客车具有优良的驾驶员操纵方便性以及乘客的乘坐舒适性。

1.5 本章小结

本章介绍了燃料电池客车的动力来源，阐明了燃料电池客车对于节能减排的意义和作为城市公交的独特优势。概述了汽车人机工程的基本原理和设计目标，并据此介绍了本次设计的主要内容，为后文做好了铺垫。

第2章 驾驶区布置设计

人机工程学的宗旨即为实现以人为本的设计。对于本次燃料电池城市客车的车身总布置而言，相关的主要具体表现即为：驾驶员操纵的方便性、乘客乘车的舒适性、安全性等。科学的人机工程学工具是到达以上设计要求的必须工具。经过几十年来的有关研究后发现，身材不同的驾驶员或者乘客在不同的驾驶或者姿势坐在其座椅上时，其胯关节点，眼睛和头部等关键的特征点分布存在一定的规律图。汽车人机工程学的工具即为这些包含了相关信息的规律图，主要为眼椭圆、手和脚伸及界面等。对于这些行业内通用的人机工程设计工具，国际标准化组织（ISO）、ECE、SAE等权威组织均有相关法规和标准对其进行详细的说明。在利用人机工程学工具来进行城市公交车身内部布置设计时，需要利用普遍的人体测量统计数据进行科学的考虑，从而使得它能够符合大多数人的舒适性与操纵方便性要求。

2.1 人体尺寸及人体模型

客车驾驶区的布置设计服务于驾驶员，要同人体的形态相适应并且满足驾驶员的触及范围。毫无疑问，各种操纵机构必须设置在驾驶员人体所能达到的距离以内。人体的形态尺寸可以分为种，首先是人体自身的结构尺寸，以及人体为了实现某种功能完成某种动作而产生的功能尺寸。前者称之为人体的静态尺寸，后置则称之为人体的动态尺寸。

2.1.1 人体静态尺寸

人体静态尺寸主要包括身高，腿长，臂长等，人体模型的建立也主要依据这些尺寸，国家标准中给出了某些我国成年人的基本尺寸数据。相关统计数据可见表2.1。

表2.1 我国人体基本尺寸 单位：mm

注 1：当前我国人体的基本尺寸参数已和上表出现差异；

注 2：一般人体尺寸都是在立正或正坐的姿势状态下测量的，与人体自然放松时的尺寸

可能存在差异。

2.1.2 人体动态尺寸

人体的活动空间尺寸即为动态尺寸，亦即三维空间内人体肢体最末部分可以接触到的范围。显然，城市客车的驾驶员在操作过程中是保持运动或者停止状态的。故而分析驾驶员的相关动态尺寸就非常必要。图2.1是人体主要动态尺寸的示意图。

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