汽車前門內(nèi)板及門扶手設計邊界研究

陳曉英

（長城汽車股份有限公司，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

關鍵字：門內(nèi)板；門扶手；R點

前言

以往車型前門扶手（或門肘托）的尺寸設計都是輸入造型參考或對標的參考尺寸，由造型發(fā)揮做出CAS面然后各專業(yè)進行校核反饋，往反多回才能符合即定的數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)造型與設計要求數(shù)據(jù)不符時就不知如何是好。本方法出于解決上述風險進行實體人機理論方法研究，重點按照實際操作找出駕駛員操作方向盤及休息時的肘位置邊界，此邊界也是設計門內(nèi)板及門扶手（或肘托）的邊界，為造型提供理論數(shù)據(jù)支持，減小往復校核工作量，提高設計準確度，從理論角度進行設計控制方法研究。

1 設計模型建立

1.1 最小座椅寬度（本文舉例使用）

國家強制標準GB7258要求每名前排乘員的座墊寬和座墊深均應大于等于 400mm，本方法就按照國家強制標準以座椅最小 400mm寬度來進行相關設計演示（對于設計的具體車型按具體的座椅寬及外形結構進行）。

1.2 人體結構尺寸

目前設計車型前排按不大于身高SAE95%人群進行，相關尺寸見下表1。

表1 設計參考尺寸-SAEJ833

1.3 設計R點到門內(nèi)飾板下部間隙計算

SAE 95%人體R點距門內(nèi)飾板距離（按法規(guī)最小座椅400寬度進行的R點距外側最小距離）：

200+35=235（35為設計座椅側旋鈕高度）

235+（45～60）=280～295（手操作座椅調(diào)節(jié)手柄需留空間45～60間隙 ）

由以上計算可看出，門內(nèi)飾板與座椅側面間需留間隙45～60mm，則門內(nèi)飾板距R點最內(nèi)Y向距離設計要滿足在280mm以上，下面用此數(shù)據(jù)作為95%人體座椅R點與門內(nèi)飾板側向距離要求，也是肘扶手下部側面的門內(nèi)飾板與R點的最小Y向距離。

1.4 SAE95%人體-簡化模型

本文以某左舵車型定義的人機硬點進行演示門內(nèi)板及其扶手設計邊界方法（右舵車型注意方向，方法相同），按預研給出的方向盤中心點、踵點、踩點、R點用UG做出主駕二維坐姿人體。

圖2 二維人體模型及尺寸

簡化模型：基于實際駕駛操作方向盤的轉向過程中，人體手腕與小臂相對運動極小狀況，建立假想模型，將手握至手腕部分與下臂簡化固在一起（此為手握至肘最大長度81+267，這樣保守設計更安全）來進行左側肘部邊界查找，這是本文設計的假想模型，上臂長300mm，下臂到手握處長348mm來進行數(shù)據(jù)設計。

1.5 整車坐標平面及坐標系定義

為方便理解，文中敘述的車輛縱向對稱面為Y0平面，通過前輪中心垂直Y平面的平面為X0平面，與X平面、Y平面垂直并通過較大面積地板平面的平面為Z0平面。車輛前后左右的敘述以駕駛員正常駕駛方位來定義。各坐標平面的交線為坐標軸線，X軸指向車輛后，前負后正。按右手法則定義Y軸及Z軸。

2 轉向時肘部位置研究

2.1 95%SAE人體-肘心最左點

在三維軟件中按設計硬點做出方向盤中心點及轉向盤外徑緣，用極值做出方向盤外緣Y向最左點，此點為手握最左點，以此點為球心以348mm為半徑畫球，求出球與上臂球（以靠近門內(nèi)板側肩點為球心，300mm為半徑）交線圓 1，作出交線圓1的Y向極值小值點，此點為肘心最左點，見下圖3。

圖3 肘心最左點

2.2 95%SAE人體-方向盤最左-肘最左外側點

圖4 肘最左外側點

在肘最左位中心做半徑為45mm的球，做出球的最左極值點為肘最左外側點，此點與R點Y向距離為347.5mm，此距離即為設計門內(nèi)板在轉向過程中肘與門內(nèi)飾板相接觸的最內(nèi)側邊界點，在理論上設計門內(nèi)板必需考慮轉向時的安全要求，則需要設計的門內(nèi)板距R點的Y距離必須大于348mm（可同理在方向盤上做出無限多個點并做出整車轉向過程中的肘部最外側包絡，用于門內(nèi)板造型時使用）。

2.3 95%SAE人體-方向盤最下-肘最左-肘最左及最下側點

用極值法做出方向盤Z向最下點，此點為實際轉向時手握最低點，以此點為球心以348mm為半徑畫球，以95%人體左肩端點為球心以半徑300mm畫出上臂球，做出兩球的交線圓2，在交線圓2上做出Y向最左極值點，此點為左轉向過程中左手握到方向盤最低肘最左能到達的肘心點，以此點為球心畫出半徑45mm的球，在45mm球上用極值法做出球的下極值點，下極值點距R點距離為X向為91.1mm, Y向233.7mm，Z向距離為279.4mm；并在45mm球做出肘最左極值點，左側極值點距R點距離為X向為91.1mm，Y向278.7mm，Z向距離為 324.4mm。這時，手握方向盤最下人體肘能轉到最左時的肘外側及下側的點距R點的Y向距離都已小于要求的座椅與門板板間隙 280mm，從這個位置開始以及再向車內(nèi)的肘位置不會出現(xiàn)肘側向與門內(nèi)板（本舉例方法門內(nèi)板與R點Y向距離280mm）干涉現(xiàn)象。

圖5 肘最左最下點

2.4 95%SAE人體-轉向狀態(tài)-肘心距R點左280mm時肘最下側點

圖6 距R點280mm肘最側下點

在方向盤最左至最下的外圓上，做出多個點（越密集做出的肘心線越精確）同理可做出多個上下臂球相交肘位圓，做Y平行平面距R點左280mm，求出平面與各交線肘位圓交點，找出各交點中的最低點即為轉向過程到距R點280mm時的肘心圓的最下點（做出的交線肘位圓越密集找到的點越精準），測量此點距R點X向距離39.4mm，Y向距離280mm，Z向距離217mm，這就是轉向過程中最95%人體肘能接觸到門內(nèi)板臺階的最低點。

3 95%SAE人體-靜態(tài)休息-肘心距R點左Y向280mm肘最下側點

做距R點左280mm Y平行平面，做出此平面與95%上臂球交線，做出人體驅干線在此面上的投影，求出投影線與球交線的下交點，做出以交點為球心半徑為45mm球，求出球面與軀干線的下交點，測量下交點距R點X向56mm，Y向280mm，Z向高度為138.6mm，Z向高度就是門內(nèi)板肘扶手（肘托）的理論高度，門內(nèi)板扶手設計不應低于139mm。

圖7 距R點280mm肘最側下點

4 95%SAE人體-前門內(nèi)板造型形式

由前面2.2條得出門內(nèi)板上部轉向時要滿足距R點Y向距離大于348mm；由第2.4條得出設計門內(nèi)板肘扶手下部與R點距離280mm時不干涉肘的高度為217mm；由第3條得出門內(nèi)板肘扶手的最低設計不低于 139mm，實際上門內(nèi)板還要承載著玻璃升降器開關、門開關扣手、外后視鏡調(diào)節(jié)開關等件，兼顧三者要求，將門內(nèi)飾板設計成臺階形狀。

5 50%SAE人體轉向、靜態(tài)特征肘位

在座椅軌跡線上求出 50%座椅適宜線與軌跡線的交點即50%人體R點，按表1中數(shù)據(jù)在三維軟件中做出SAE50%人體肩部線、軀干線及上下臂長度球，同理可得到50%SAE人體在轉向及靜態(tài)休息相關肘位置尺寸，如圖 8。門內(nèi)板設計的最內(nèi)邊界上部距R點Y向354mm，下部距R點Y向280mm時肘扶手轉向與肘相碰最高點距R點Z向189.1mm；靜態(tài)休息時肘最低高度距R點Z向135.6mm；并測量轉向時手握方向盤最左點時肘最左外側距95%人體R點Y向距離為353.9mm，肘與280mmY平行平面相碰時的肘最低點與設計人體95% R點Z向194.2mm，靜態(tài)休息肘點最低點距95%人體R點Z向高度為140.7mm。

圖8 SAE50%人體肘位

6 5%SAE人體轉向、靜態(tài)特征肘位

在座椅軌跡線上求出 5%座椅適宜線與軌跡線的交點即5%人體R點，按表1中數(shù)據(jù)在三維軟件中做出SAE5%人體肩部線、軀干線及上下臂球，同理可得到5%SAE人體在轉向及靜態(tài)休息相關肘位置尺寸，如圖 9。門內(nèi)板設計的最內(nèi)邊界上部距R點Y向366.8mm，下部距R點Y向280mm時肘扶手轉向與肘相碰最高點距R點Z向158mm；靜態(tài)休息時肘最低高度距R點Z向135.6138.2mm；并測量轉向時手握方向盤最左點時肘最左外側距95%人體R點Y向距離為366.8mm，肘與280mmY平行平面相碰時的肘最低點與設計人體95% R點Z向170.2mm，靜態(tài)休息肘點最低點距 95%人體 R點 Z向高度為149.3mm。

圖9 SAE50%人體肘位

7 門內(nèi)板及扶手控制邊界結論

現(xiàn)在設計車型要滿足身高百分位 95%以下人群要求，關于設計人體 5%-95%在轉向過程及靜態(tài)休息時關鍵肘位與設計人體95%關系見下圖10：

圖10 5%-95%SAE關鍵肘位與R點關系

對于門內(nèi)板的設計要滿足 95%身高人群的操作舒適，既不能轉向碰肘，又能提供肘部支承，從上圖分析數(shù)據(jù)得出，門內(nèi)板上部距95%R點X向從165-96mm的范圍區(qū)域內(nèi)Y向距離要大于367mm。對于本例從R點到門內(nèi)板Y向距離280mm（具體設計時按設計車型的距離來進行）時的門內(nèi)板在轉向操作時不與肘相碰的最高門扶手距 R點的 Z向距離要小于170mm，大于149mm。

8 門內(nèi)板肘扶手長度及傾斜設計

前邊已確定了門內(nèi)板設計寬度及高度尺寸要求,還有一項重要尺寸長度需要明確，大家都知道設計車輛都有高度定義的適應人群，那么門內(nèi)板肘扶(肘托)長度也要同樣需適應車型設計的高度人群，從理論上講門內(nèi)板長度至少要同座椅滑軌行程長度，因現(xiàn)代汽車多數(shù)玻璃升降器開關、門開關扣手、外后視鏡調(diào)節(jié)開關等件布置在門扶手上，則肘扶手長度需讓手伸能到達的位置來確認就可。門扶手的前后縱向傾斜度可按座椅滑軌傾角來執(zhí)行，一般不大于0-5度。

圖11 門內(nèi)板及門扶手邊界