基于對標(biāo)及人體尺寸分析的某小型越野車后背門開啟高度設(shè)計

張健，胡崢楠

(吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江 寧波 315336)

1 引言

某小型越野車(Sport Utility Vehicle，運動多功能車型，俗稱越野車SUV)(以下簡稱S 車)設(shè)計中，在樣車試制階段進(jìn)行樣車主觀評價時，體驗者提出后背門開度過高，小個子人體無法夠到關(guān)門拉手、背門關(guān)閉操作不方便的問題。

為解決以上問題，作者先后進(jìn)行了中外人體尺寸的對比分析，以及同類車型后背門開啟高度的競品分析。綜合車型目標(biāo)用戶人群的特點以及同類車型對標(biāo)尺寸，對后背門開啟高度進(jìn)行了修正，最終解決了這一問題。

在此基礎(chǔ)上，對使用的后背門開啟高度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的局限性，對于后續(xù)車型在進(jìn)行后背門高度設(shè)定時，也給出了意見建議。并就標(biāo)準(zhǔn)與對標(biāo)的重要性進(jìn)行了論述。

2 乘用車后背門開啟高度一般要求

汽車的布置設(shè)計，都是以人為中心、以滿足人的各種舒適性需求及使用需求為目的的設(shè)計。乘用車后背門開啟高度在設(shè)定時，通常滿足如下要求:(1)開啟的后背門應(yīng)在5%女性手伸及范圍內(nèi)，即小個子人體要能方便地操作(關(guān)閉)后背門;(2)開啟的后背門在高度方面應(yīng)確保滿足95%男性頭部活動線路的要求，即高個子人在接近打開的后背門區(qū)域時，不會碰頭。如圖1所示。

不同的人體數(shù)據(jù)庫對應(yīng)95 百分位人體是有差異的。因此，需要根據(jù)實際情況選取合理的人體尺寸進(jìn)行設(shè)計［1］。

目前國內(nèi)外已經(jīng)建立了一系列的人體尺寸數(shù)據(jù)庫，包括中國成人尺寸數(shù)據(jù)［2］、美國汽車工程師協(xié)會(SAE)人體數(shù)據(jù)［3］、美軍人事調(diào)查(ANSUR88)數(shù)據(jù)、美國國家安全局(NSA)數(shù)據(jù)庫以及日本、德國、芬蘭、歐洲人體尺寸數(shù)據(jù)庫等［4］。

圖1 后背門開啟高度限制區(qū)域

近年來，國內(nèi)在進(jìn)行汽車乘員艙布置設(shè)計時，通常使用SAE 95th 人體［3］進(jìn)行布置設(shè)計。相應(yīng)地，后背門開啟高度設(shè)定時，也使用與SAE 人體尺寸數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。

3 S 車后背門高度設(shè)計及實車評價問題

3.1 S 車后背門高度初始設(shè)計

S 車在進(jìn)行后背門開啟高度設(shè)計時，初始設(shè)計值如表1 所示，其中高度數(shù)值均為汽車整車整備質(zhì)量狀態(tài)下，后背門拉手盒高度指后背門拉手盒下邊緣的離地高度，后背門開啟高度指汽車縱向平面上后背門開啟時后背門底面(后背門內(nèi)飾板或后背門鎖體等)最小離地高度。S 車由于后背門鎖體本身較突出，使后背門開啟高度相對于后背門內(nèi)飾板降低。

表1 S 車后背門高度設(shè)計 單位:mm

3.2 工程樣車評價問題及后背門高度調(diào)整

首輪工程樣車試制中，在組織對整車進(jìn)行主觀評價時，參與評價者覆蓋從5%到95%的人群，身高在1.5 m 左右的小個子女生提出了后背門高度偏高、關(guān)閉操作不方便的問題。

為兼顧高個子不碰頭的要求，在進(jìn)行后背門高度調(diào)整時，通過調(diào)整氣彈簧，只是將后背門開啟角度減小2°，使后背門開啟高度降低。調(diào)整后的后背門離地高度值與初始設(shè)計值的對比情況如表2 所示。

表2 S 車后背門高度第一次調(diào)整及對比 單位:mm

3.3 工裝樣車評價問題

由于S 車本身尺寸小，車型潛在用戶中身高在1.55 ～1.65 m 的小個子女性占有相當(dāng)比例。在工裝樣車試制時，項目組專門組織了11 個身高1.55 ～1.65 m 的小個子女生對后背門開啟高度進(jìn)行了主觀評價。

評價情況見表3。后背門高度偏高，后背門高度偏高、關(guān)閉操作不方便的問題被再次提出，11 個女生中有10 個女生提出此問題。

表3 S 車后背門高度實車評價情況

4 基于對標(biāo)及人體尺寸分析的S 車后背門高度確定

一邊是潛在用戶提出的問題，一邊是基于SAE 人體尺寸的國外汽車公司的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，兩者之間存在明顯矛盾。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計出來的后背門高度，遭到了來自車型潛在用戶的抱怨。為解決這一矛盾，找到整改方向，先后進(jìn)行了針對后背門高度的對標(biāo)及分析工作。

4.1 S 車后背門高度對標(biāo)及分析

與S 車外形尺寸接近的同類車型相對較少。表4 所示為后背門高度對標(biāo)情況。這些車有自主品牌車型，也有國內(nèi)合資車型、進(jìn)口車型。

表4 S 車同類車型后背門高度對標(biāo) 單位:mm

從對標(biāo)情況看，與S 車外形尺寸接近的同類車型，在進(jìn)行后背門高度設(shè)計時，均沒有按照SAE 人體尺寸來保證小個子女性人體的手伸及性以及高個子人體的不碰頭要求?；赟AE 人體尺寸的后背門開啟高度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并沒有在這些車型中得以應(yīng)用。由此可以看出，這一標(biāo)準(zhǔn)本身并不完全適用于所有車型，S 車的后背門開啟高度設(shè)計并不一定需要滿足該標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 基于中國人體尺寸及用戶人群的S 車后背門高度分析

從人體尺寸角度對后背門高度設(shè)定使用人體尺寸數(shù)據(jù)分別來自SAE 標(biāo)準(zhǔn)［3］及國家標(biāo)準(zhǔn)［5］。

表5 是SAE 與國標(biāo)人體身高的對比情況，可以看出，兩者之間還是存在不小差距的。涉及到與人體尺寸相關(guān)的設(shè)計能否直接照搬國外汽車公司的標(biāo)準(zhǔn)值得推敲。

表5 SAE 與國標(biāo)人體尺寸對比 單位:mm

圖2 5%女性伸手高度

下面結(jié)合人體關(guān)節(jié)尺寸進(jìn)一步分析5%女性對后背門開啟高度的要求。圖2 是5%女性站立在打開的后背門后方伸手關(guān)閉后背門的姿態(tài)。為保證操作者能夠方便地關(guān)閉后背門，后背門關(guān)門拉手盒離地高度必須低于5%女性踮腳手伸及高度Hmax。5%女性踮腳狀態(tài)手伸及高度Hmax計算公式如下:

其中:H——5%女性不踮腳時手伸及高度;

H1——5%女性髖關(guān)節(jié)高;

H2——5%女性中指指尖至肩關(guān)節(jié)高;

ΔH——踮腳高度增加值，取ΔH=85 mm。

5%女性中指指尖至肩關(guān)節(jié)高H2 公式如下:

其中:H21——5%女性肩關(guān)節(jié)至髖關(guān)節(jié)高;

H22——5%女性中指指尖至肩關(guān)節(jié)高。

表6 是SAE 與國標(biāo)5%女性關(guān)節(jié)尺寸及手伸及高度的分析對比。可以看出，同一百分位的人體，SAE 和國標(biāo)在手伸及高度數(shù)值上的差別還是很明顯的。

表6 5%女性手伸及高度分析對比 單位:mm

4.3 S 車后背門開啟高度的確定

與S 車外形尺寸接近的小型車后背門開啟高度(表4)均較低，無法滿足高個子人體不碰頭的要求，這些車型沒有按照所述的一般要求進(jìn)行后背門開啟高度的設(shè)定。

S 車面向國內(nèi)市場，且因為外形尺寸較小、內(nèi)部空間有限，用戶群體主要集中身高在1.55 ～1.65 m的女性群體是其主要目標(biāo)客戶，而不是95%這樣的高個子人體。按照一般要求進(jìn)行后背門開啟高度設(shè)定，正是導(dǎo)致小個子人體抱怨的原因。

基于以上兩點，S 車后背門開啟高度應(yīng)優(yōu)先保證身高在5%左右人群后背門高度的手伸及要求，而不是95%人體的不碰頭要求。基于對標(biāo)及分析情況，后經(jīng)項目組總工等領(lǐng)導(dǎo)評審決策，S 車后背門開啟高度最終設(shè)計值如表7 示，后背門開啟高度的調(diào)整通過調(diào)整氣彈簧參數(shù)、減小后背門開啟角度實現(xiàn)。

表7 S 車后背門高度最終設(shè)計值 單位:mm

S 車后背門拉手盒離地高度設(shè)定為1 800 mm，具有以下特點:

(1)與同類車型拉手盒離地高度接近(表4);

(2)由表6 可知，SAE 5% 女性人體(身高1.55 m)不踮腳手伸及高度H =1856 mm。拉手盒離地高度調(diào)低至1800 mm，身高在1.55 ～1.65 m 的小個子人體，不用踮腳就可以輕松夠到，關(guān)門操作便利;

(3)S 車1 800 mm 的拉手盒離地高度，后背門開啟后的最小離地高度為1 773 mm。按照鞋跟高度25 mm 計算，凈身高1.74 m 及以下的人在接近開啟的后背門時，不會出現(xiàn)碰頭的問題。1.74 m 的身高與國家標(biāo)準(zhǔn)［2］18 -60 歲男子群體90 百分位身高(1.754 m)接近。

5 討論

從本文的對標(biāo)分析看，基于SAE 人體尺寸的后背門開啟高度設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，并不適用于所有車型。汽車設(shè)計時不能機械地套用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。汽車的各類標(biāo)準(zhǔn)都是一段時間、一定條件下的經(jīng)驗總結(jié)，不一定適用于所有車型、所有情況。在充分尊重標(biāo)準(zhǔn)的前提下，不排除特殊情況下需要突破已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但必須慎重行事，需要進(jìn)行充分的分析、論證以及評審工作。

在汽車設(shè)計中，不能僅僅局限于滿足標(biāo)準(zhǔn)。在遵循、滿足已有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的同時，還需要重視和同類車型進(jìn)行對標(biāo)分析，通過對標(biāo)找差距，以確保自身設(shè)計的先進(jìn)性、適宜性。［6］

我國人體數(shù)據(jù)相對陳舊，汽車人機工程相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)相對匱乏，無法適應(yīng)汽車設(shè)計的需要。因此導(dǎo)致國內(nèi)在進(jìn)行汽車布置設(shè)計時，廣泛采用了SAE 人體尺寸及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在汽車市場日益細(xì)分、需求日益多樣化的今天，急需建立一套包括中國人體尺寸等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在內(nèi)的滿足汽車設(shè)計需要的國家標(biāo)準(zhǔn)體系，以便更好地滿足目標(biāo)客戶的各種需求，改善客戶體驗。

6 總結(jié)

基于SAE 人體尺寸的后背門開啟高度設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，不適用于所有車型。鑒于當(dāng)前國內(nèi)人體尺寸數(shù)據(jù)相對陳舊，以及各車型項目用戶人群的差異性和設(shè)計目標(biāo)的多樣性，在進(jìn)行后背門高度的設(shè)定時，建議在依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計校核的同時，結(jié)合與同類車型的對標(biāo)確定。