乘用車人體坐姿舒適性校核

范衛(wèi)萍 張珍 安志亮 李俊龍 祁建

（北京汽車研究總院有限公司）

在整車布置設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了能盡量降低駕駛員的疲勞程度，通過(guò)對(duì)人體的生理結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究而得到人體的舒適駕駛姿勢(shì)，這是在總布置設(shè)計(jì)中必須遵守的原則。在某車型前期布置設(shè)計(jì)過(guò)程中，人體設(shè)計(jì)位置的確定是首要確定的參數(shù)之一，而人體設(shè)計(jì)姿態(tài)的確定需根據(jù)人體推薦的舒適坐姿進(jìn)行布置。本著提高車內(nèi)空間利用率、滿足外造型和整車尺寸的原則，文章對(duì)該車型整車人體舒適性進(jìn)行了校核。

1 邊界條件

在進(jìn)行整車人體舒適性校核時(shí)，涉及到的邊界條件有：整車內(nèi)表面CAS數(shù)據(jù)、加速踏板參考點(diǎn)、方向盤中心、方向盤傾角、駕駛員H點(diǎn)、駕駛員踵點(diǎn)、后排乘員H點(diǎn)、后排乘員踵點(diǎn)、駕駛員H點(diǎn)可調(diào)節(jié)范圍。

2 校核內(nèi)容

根據(jù)SAE標(biāo)準(zhǔn)，通常在進(jìn)行整車人體坐姿校核時(shí)主要校核的內(nèi)容有：駕駛員SAE95%人體坐姿舒適性校核、后排乘員SAE95%人體坐姿舒適性校核、駕駛員SAE5%人體坐姿舒適性校核。因?yàn)轳{駛員除了要滿足SAE95%高個(gè)人體舒適性外[1]，還需要滿足SAE5%的小個(gè)人體舒適性，以滿足不同人群的駕駛需要。而為實(shí)現(xiàn)乘員乘坐空間最大化設(shè)計(jì)，通常在后排乘員舒適性校核時(shí)只進(jìn)行SAE95%高個(gè)人體舒適性校核。

2.1 駕駛員SAE95%人體坐姿舒適性校核

在CATIA軟件中調(diào)用參數(shù)化的SAE人體模型，將人體模型擺放至整車設(shè)計(jì)狀態(tài)，根據(jù)踵點(diǎn)、踏板參考點(diǎn)、駕駛員設(shè)計(jì)H點(diǎn)、方向盤中心位置及座椅靠背角確定駕駛員坐姿[2]。人體模型擺放完畢后，開始進(jìn)行尺寸測(cè)量，某車型駕駛員SAE95%人體模型各尺寸測(cè)量結(jié)果，如圖1所示。測(cè)量后將人體模型坐姿測(cè)量值與舒適推薦值進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 轎車駕駛員SAE95%人體坐姿測(cè)量值與舒適推薦值

駕駛員SAE95%人體坐姿除應(yīng)滿足表1中的推薦值外，還應(yīng)與參考車型進(jìn)行對(duì)比分析。

注意事項(xiàng)：

1）踏板參考點(diǎn)（PRP）與踵點(diǎn)（AHP）的相對(duì)關(guān)系。PRP與AHP的關(guān)系，如圖2所示，PRP與AHP的連線在Y方向上的投影長(zhǎng)度為200 mm，且與踏板在踏板參考點(diǎn)處相切。

腳掌點(diǎn)（BOF）與PRP的關(guān)系，如圖3所示，在Y方向上當(dāng)BOF與PRP重合時(shí)，若腳模型與地板中通道發(fā)生干涉，則將腳模型沿Y方向平移至與地板中通道剛好不發(fā)生干涉的位置[3]。

2）踝角的定義。踝角示意圖，如圖4所示。踝角是指小腿線與裸腳線的夾角，而不是小腿線與踏板平面的夾角。當(dāng)腳掌與地板面貼合時(shí)，AHP點(diǎn)向上32.7 mm的點(diǎn)與AHP向前286.9 mm的點(diǎn)的連線即為裸腳線，裸腳線與地板平面成6.5°的夾角。

2.2 后排乘客SAE95%人體坐姿舒適性校核

在對(duì)后排乘員進(jìn)行坐姿校核時(shí)，前排坐椅位置應(yīng)保持在SAE95%人體駕駛坐姿，通過(guò)在CATIA軟件中調(diào)取參數(shù)化人體模型，根據(jù)后排人體踵點(diǎn)位置、地板平面、后排乘客設(shè)計(jì)H點(diǎn)位置及座椅靠背角確定后排乘客坐姿，開始進(jìn)行尺寸測(cè)量，某車型后排乘員SAE95%人體模型各尺寸測(cè)量結(jié)果，如圖5所示。測(cè)量后將人體模型坐姿測(cè)量值與舒適推薦值進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。

后排乘客SAE95%人體坐姿除應(yīng)滿足表2中的推薦值外，還應(yīng)與參考車型進(jìn)行對(duì)比分析。

對(duì)于后排乘客踵點(diǎn)位置的確定：將后排乘客的腳模型盡可能地向前布置，直到與前排座椅剛開始發(fā)生干涉的位置，若此時(shí)后排乘客的踝角小于130°，則取此位置的踵點(diǎn)位置為后排乘客踵點(diǎn)的位置，如圖6a所示。若此時(shí)后排乘客的踝角大于130°，則將腳模型向后移動(dòng)至使后排乘客的踝角等于130°的位置，此時(shí)的踵點(diǎn)位置為后排乘客的踵點(diǎn)位置，如圖6b所示。

2.3 駕駛員SAE5%人體坐姿舒適性校核

為滿足不同人群的駕駛操作要求，通常在駕駛員進(jìn)行SAE95%人體模型校核后還需要對(duì)SAE5%人體進(jìn)行校核，以便充分覆蓋絕大部分人群的駕駛需要。通過(guò)CATIA軟件中參數(shù)化的人體模板，將參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以快速地將SAE95%人體模型轉(zhuǎn)換為SAE5%人體模型，同樣根據(jù)踵點(diǎn)、踏板參考點(diǎn)、駕駛員設(shè)計(jì)H點(diǎn)、方向盤中心位置及座椅靠背角確定駕駛員坐姿，開始進(jìn)行尺寸測(cè)量，某車型駕駛員SAE5%人體模型各尺寸測(cè)量結(jié)果，如圖7所示。測(cè)量后將人體模型坐姿測(cè)量值與舒適推薦值進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。駕駛員SAE5%人體坐姿除應(yīng)滿足表3中的推薦值外，還應(yīng)與參考車型進(jìn)行對(duì)比分析。

表3 轎車駕駛員SAE5%人體坐姿測(cè)量值與舒適推薦值

3 結(jié)論

在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中，通過(guò)三維數(shù)模的引入，可以在汽車總體布置中對(duì)人機(jī)工程進(jìn)行細(xì)致和精確的校核。目前總布置常用的人體模型有GB 10000-88，JM50，ISO 6549，CATIA，SAE，RAMSIS模型，其中 SAE 人體模型使用范圍最廣，配套的法規(guī)也較齊全。文章采用SAE人體模型，通過(guò)結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等要求，對(duì)前排駕駛員和后排乘員人體坐姿進(jìn)行舒適性校核，以使所開發(fā)的車型能達(dá)到人機(jī)工程的相關(guān)要求，文章中所校核的內(nèi)容均能較好地滿足要求，同時(shí)在今后的座艙人機(jī)工程設(shè)計(jì)中也具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。