車輛人機工程驗證平臺建設(shè)研究

孫鎖柱

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

車輛人機工程驗證平臺建設(shè)研究

孫鎖柱

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

當(dāng)前消費者對乘用車的舒適性要求越來越高，因此在車型研發(fā)初期就必須設(shè)定合適的人機工程參數(shù)。文章通過對國內(nèi)、外人機工程驗證平臺的介紹和功能對比，指出整車人機工程驗證平臺是車輛開發(fā)初期人機工程設(shè)計驗證的發(fā)展方向，同時闡述了新一代人機工程驗證平臺的建設(shè)思路。

人機工程；人機工程驗證平臺；整車總布置

CLC NO.: U462.1 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)10-184-03

1、人機工程驗證平臺建立的背景

人機工程是上世紀(jì)50年代迅速發(fā)展起來的一門新興科學(xué)，它主要研究工程技術(shù)設(shè)計如何與人體尺寸、生理、和心理特性相適應(yīng)的問題。人機工程的最大特點是把人看成是系統(tǒng)中的一個組成元素，以認為主體來分析人與機器之間的相互協(xié)調(diào)的工作，使整個系統(tǒng)達到最優(yōu)化。人機工程所研究的任務(wù)是建立最佳的人—機器—環(huán)境系統(tǒng)。

人駕駛汽車在道路上行駛時所建立的人－汽車－道路系統(tǒng)是典型的人－機器－環(huán)境。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，車輛的人機工程設(shè)計已成為消費者進行車輛選購時的重要考慮因素。市場反饋問題中，人機工程問題所占比重逐步增大，已成為顧客抱怨焦點問題之一。國際各大汽車廠商在人機工程方面的研究投入了大量資源，歐美等國已經(jīng)建立了一系列標(biāo)準(zhǔn)用于指導(dǎo)車輛的人機工程設(shè)計。

表1 中、德各分位人體尺寸對比

國內(nèi)汽車企業(yè)起步較晚，人機工程設(shè)計經(jīng)驗積累匱乏。傳統(tǒng)的人機標(biāo)準(zhǔn)和虛擬設(shè)計分析很難對人機舒適性進行準(zhǔn)確和實際的評估，而且很多人機設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)都是沿用北美（SAE）和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)（ECE），沒有成熟的針對中國假人的人機評判標(biāo)準(zhǔn)。整車只有開發(fā)至驗證模型階段（數(shù)據(jù)基本凍結(jié)）才有真正的實物供用戶進行人機性能的主觀評價，一旦發(fā)現(xiàn)問題，整改的周期和成本均難以接受，對項目影響巨大。因此國內(nèi)汽車企業(yè)陸續(xù)開發(fā)了多個可調(diào)節(jié)的人機工程驗證平臺，以多方案實物驗證的方式反向指導(dǎo)汽車的人機工程設(shè)計。操作方式也正在從傳統(tǒng)的機械+電氣方式向效率更高的觸屏智能電控進行改進。

2、人機工程驗證平臺概述

人機工程驗證平臺是將理論分析產(chǎn)生的人機參數(shù)轉(zhuǎn)換成固定實體三維實物模型從而提供給評估者準(zhǔn)確的三維空間感受，以評估項目的人機工程質(zhì)量的一種實物平臺，用于模擬、驗證不同車型（乘用車）駕駛員（乘客）－汽車的人機交互界面，通過不同人群的實物評價來判斷理論計算的汽車人機工程關(guān)鍵參數(shù)是否準(zhǔn)確，從而設(shè)計出一款滿足多數(shù)人群的駕駛和乘坐舒適性需求的汽車產(chǎn)品。人機工程驗證平臺發(fā)展至今大致存在以下幾種形式。

2.1 機械式人工調(diào)節(jié)平臺

2.1.1 駕駛艙人機驗證平臺

駕駛艙人機工程驗證平臺由五個子平臺組成，它們?yōu)榛A(chǔ)平臺、座椅安裝子平臺、方向盤安裝子平臺、踏板安裝子平臺和換檔手剎安裝子平臺，如圖1。通過對駕駛員常用的操縱部件的人工調(diào)節(jié)實現(xiàn)不同設(shè)計參數(shù)狀態(tài)下人機舒適性的評價。該平臺功能簡單、明確，制作成本低，但是存在一定的功能缺失，不能評價整車的人機工程表現(xiàn)。

圖1 駕駛艙人機工程驗證平臺

2.1.2 整車人機驗證平臺

整車人機工程驗證平臺，如圖2。該人機工程平臺將駕駛艙人機工程驗證平臺進行擴展，增加了儀表板、頂棚、二排座椅等空間和操作方便性方面的驗證，通用化程度更高。

2.2 電控式智能調(diào)節(jié)人機驗證平臺

近年來，為進一步提升人機工程驗證平臺的通用性及使用便利性，相關(guān)汽車企業(yè)在機械式人機調(diào)節(jié)平臺的基礎(chǔ)上創(chuàng)新開發(fā)出驗證功能更加齊全，能夠即時根據(jù)各開發(fā)項目調(diào)節(jié)出各空間尺寸參數(shù)、踏板的位置、前后排視野、中控面板位置等重要整車架構(gòu)參數(shù)，滿足全系列（從經(jīng)濟型A0級到豪華型C級）整車評估的需求的電控式智能調(diào)節(jié)人機驗證平臺?？焖賹崿F(xiàn)方案的優(yōu)化調(diào)整；可實現(xiàn)多項目并行使用，如圖3。

圖2 整車人機工程驗證平臺

該平臺以電機+絲桿的電動調(diào)節(jié)為主，小子平臺模塊配合以手動調(diào)節(jié)方式，平臺分為：基礎(chǔ)+地板支撐平臺、地板平臺、A/B/C柱、頂棚、前圍、副儀表板、前后車門、門檻、踏板及管柱、前后座椅等子平臺。滿足車型主要人機工程評價項目如：坐姿、操縱方便性、內(nèi)部空間、部分視野、踏板布置、舒適性、上下車方便性等方面的布置驗證需求。

圖3 整車人機工程驗證平臺

3、電控式智能調(diào)節(jié)人機驗證平臺建設(shè)思路

電控式智能調(diào)節(jié)人機驗證平臺設(shè)計涵蓋整車尺寸鏈計算分析、智能數(shù)控、整車級柔性調(diào)節(jié)、即時響應(yīng)等多方面內(nèi)容。根據(jù)整車人機工程開發(fā)經(jīng)驗及已有的人機驗證平臺開發(fā)過程總結(jié)出新一代電控式智能調(diào)節(jié)人機驗證平臺建設(shè)思路如下：

3.1 人機驗證平臺功能定義

按照整車人機工程開發(fā)在乘員坐姿、操縱方便性、內(nèi)部空間、部分視野、踏板布置、舒適性、上下車方便性等方面的驗證需求及整車功能部件的分布將人機驗證平臺劃分為前后地板平臺、A/B/C柱、頂棚、前圍、副儀表板、前后車門、門檻、踏板及管柱、前后座椅等子模塊，并對各模塊所需要的調(diào)節(jié)方向及調(diào)節(jié)形式進行統(tǒng)籌定義，如表2。

表2 驗證臺架功能定義

3.2 人機驗證平臺參數(shù)設(shè)定

對需要評價的車型數(shù)據(jù)及所涉及的人機工程參數(shù)進行統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計的參數(shù)范圍對平臺關(guān)聯(lián)尺寸進行參數(shù)范圍設(shè)定，為后期的總體布局和尺寸鏈分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，如表3：

表3 驗證臺架參數(shù)設(shè)定

3.3 電機調(diào)節(jié)子模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

選用直流行星減速電機+絲桿形式進行電機調(diào)節(jié)子模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過絲桿的長度變化實現(xiàn)不同調(diào)節(jié)行程模塊間的通用化設(shè)計，同時配有編碼器實現(xiàn)調(diào)節(jié)行程的讀取，結(jié)構(gòu)如圖4：

圖4 電機調(diào)節(jié)子模塊結(jié)構(gòu)圖

3.4 平臺總體布局及尺寸鏈分析

根據(jù)臺架功能定義及模塊劃分，圍繞整車的設(shè)計R點為設(shè)計基準(zhǔn)點進行平臺進行總體布局和關(guān)聯(lián)行程的尺寸鏈校核分析，確保各模塊在調(diào)節(jié)行程范圍內(nèi)不存在運動干涉，同時進行電路設(shè)計和線束布局，平臺總體布局示意圖如圖5：

圖5 平臺總體布局示意圖

3.5 智能數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)

開發(fā)觸屏式智能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)用于常用人機工程驗證項目實現(xiàn)步進式電動調(diào)節(jié)，提升臺架的使用便利性，減少不同人機工程設(shè)計方案人工調(diào)整的時間，觸屏人機界面設(shè)計示意如圖6：

圖6 觸屏人機界面示意圖

人機驗證平臺制作完成后需要進行聯(lián)合調(diào)試，避免不被發(fā)現(xiàn)的運動干涉和系統(tǒng)漏洞。

4、總結(jié)

本文重點闡述了人機工程驗證臺架的發(fā)展及新一代智能調(diào)節(jié)平臺的建設(shè)思路。設(shè)計車型的人機工程設(shè)計表現(xiàn)可通過該平臺進行實物驗證，可大大提高整車在造型階段驗證人機工程問題的效率和質(zhì)量，避免在開發(fā)后期因為人機工程問題導(dǎo)致項目進度和開發(fā)成本受到影響。隨著平臺在不同整車開發(fā)項目中的應(yīng)用，將會節(jié)約越來越多的制作傳統(tǒng)三維驗證模型的費用。

[1] 陳昊,曹亮,賈新建.一種面向汽車正向開發(fā)的車輛人機工程試驗平臺.發(fā)明專利.專利號200910251471，2009.

[2] 楊得一,張秋月,郭鋼.基于UG平臺的汽車駕駛舒適性評價[J].客車技術(shù)與研究.2004.第26卷（第2期）:6-8.

[3] 丁玉蘭.人機工程學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2005. Vivek D.Bhise.汽車設(shè)計中的人機工程學(xué).機械工業(yè)出版社.2014.

Research of Vehicle Ergonomics Validating Platform constructs

Sun Suozhu
( Anhui jianghuai automobile Co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

It is necessary to design the appropriate ergonomics parameters at the beginning of a car to meet the higher and higher request of the customers. With the introduction of vehicle ergonomics validating platform and comparison of function in and out of country, it is pointed out that vehicle ergonomics validating platform is the development orientation of vehicle ergonomics design proved at the beginning stage of the project. And also expounded the Vehicle Ergonomics Validating Platform construct procedures.

Ergonomics; Vehicle Ergonomics Validating Platform; Package Layout

U462.1

B

1671-7988 (2017)10-184-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.064

孫鎖柱，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。