汽車內(nèi)飾造型與人機(jī)工程學(xué)

孫洋，王帥

汽車內(nèi)飾造型與人機(jī)工程學(xué)

孫洋，王帥

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

通過對汽車內(nèi)飾的造型創(chuàng)意設(shè)計，進(jìn)而從人機(jī)工程學(xué)角度研究對汽車造型的影響，總結(jié)人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用。人機(jī)工程學(xué)是一門汽車基礎(chǔ)學(xué)科，它從人的生理和心理出發(fā)，研究人和車使用環(huán)境相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律，并使人機(jī)系統(tǒng)工作效能達(dá)到最佳。而在汽車內(nèi)飾造型設(shè)計中應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)，就是以人為中心和美學(xué)的完美融合，創(chuàng)造一個舒適的、方便可靠的乘坐環(huán)境和駕駛環(huán)境。文章就汽車內(nèi)飾造型設(shè)計和人機(jī)工程學(xué)的關(guān)系和應(yīng)用進(jìn)行分析。

內(nèi)飾造型設(shè)計；人機(jī)工程學(xué)

前言

汽車內(nèi)飾造型設(shè)計就是要達(dá)到工程與藝術(shù)、技術(shù)與美學(xué)的完美融合。內(nèi)飾設(shè)計師更接近生活，真正做到想我們所想，把用戶的需求作為設(shè)計主題，通過身邊的事物、文化氛圍以及各種流行元素尋找靈感，以“品質(zhì)、舒適、科技”為設(shè)計理念，將元素的形態(tài)韻律融入其中，并結(jié)合外觀造型特點(diǎn)以及人機(jī)工程來設(shè)計內(nèi)飾造型。通過不斷的斟酌與推敲、以及對細(xì)節(jié)品質(zhì)的不倦追求從而形成最后的設(shè)計，給用戶帶來不一樣的視覺沖擊和高貴奢華的駕駛感受。

人機(jī)工程學(xué)是汽車設(shè)計領(lǐng)域一門基礎(chǔ)學(xué)科。乘客艙內(nèi)人機(jī)工程布置設(shè)計及校核是車身及內(nèi)飾總布置設(shè)計工作的重中之重，同時也是整車總布置設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，隨著整車開發(fā)歷程，人機(jī)工程在整車設(shè)計中的地位越來越重要，也是車輛未來銷售的重要賣點(diǎn)之一。

本文針對通過對汽車內(nèi)飾造型和人機(jī)工程學(xué)的開發(fā)設(shè)計，達(dá)到內(nèi)飾設(shè)計美學(xué)與工程的融合與平衡。

1 造型設(shè)計和人機(jī)工程學(xué)的關(guān)系

隨著現(xiàn)代車型對造型和人機(jī)工程方面的更高要求，如果布置空間允許，許多車型上都大量采用了更為人性化的中控臺布局方案，對于中控臺布置，主要是結(jié)合變速操縱裝置及手制動手柄的布置方案進(jìn)行，其中變速操縱手柄的布置對儀表板區(qū)域的造型影響也較大。中控臺布置的主要原則為保證功能件基本布置要求后，最大化的考慮人機(jī)工程方面舒適性要求，同時許多便利性人性化的附件配置，也是近來中控臺區(qū)域布置的重要考慮方向。

關(guān)于車身內(nèi)外飾在概念設(shè)計造型階段的工作主要集中于法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的定義，同時依據(jù)Benchmark及初始設(shè)計信息不斷定義采集并定義硬點(diǎn)尺寸，作為造型的輸入及約束條件。在造型CAS數(shù)據(jù)生成后將開始大量的3D布置論證確認(rèn)，不斷審查并校核造型方案，提出更改解決方案。

現(xiàn)代人機(jī)工程學(xué)設(shè)計基本原則有幾個特點(diǎn)：

（1）結(jié)合整車概念草案，充分考慮人機(jī)工程方面的布置要求。

（2）考慮整車風(fēng)阻系數(shù)目標(biāo)要求。

（3）考慮車身內(nèi)外飾布置所需要滿足的基本法規(guī)要求。

（4）依據(jù)概念草案，充分考慮新車型借用零部件比例。

（5）結(jié)合CAE及其他專業(yè)設(shè)計處室設(shè)計輸入，充分考慮整車碰撞性能要求。

（6）綜合總體設(shè)計概念，在滿足工程需要的前提下，最大化的實(shí)現(xiàn)造型方案。

2 造型設(shè)計中的人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用

2.1 駕駛員視野研究

駕駛員的視野是人機(jī)工程學(xué)最重要的要素之一，視野直接關(guān)系駕駛?cè)藛T的主觀感受、安全駕駛和信息獲取。駕駛員視野主要分為前方視野，側(cè)方視野和后視視野，包括上下視野、內(nèi)外后視鏡和盲區(qū)等。

圖1 駕駛員視野分析

首先確定前座H點(diǎn)位置，是乘客艙布置的關(guān)鍵要素，人機(jī)工程軟件已廣泛應(yīng)用于整車設(shè)計開發(fā)中，其中運(yùn)用此軟件所需要的許多前期輸入則基本來源于參數(shù)數(shù)據(jù)庫及競品車型benchmark信息等。在總布置圖上，分別根據(jù)SAE標(biāo)準(zhǔn)和H點(diǎn)位置畫出眼橢圓的位置，以此作為駕駛員視線的出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行視野校核，用來保證良好的上下視野、側(cè)面視野和后方視野。另外重要審核參考點(diǎn)是駕駛員眼點(diǎn)V點(diǎn)。另外，眼橢圓也是校核儀表等內(nèi)部部件可見性的重要依據(jù)。

儀表板的功能之一是為駕駛員提供車輛行駛過程中的各種信息，行駛的里程、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、油溫、車速和水溫等。因此，需要良好的儀表視野可見性。由于儀表板上的手操縱件或按鈕的位置就是儀表板的表面位置，考慮到儀表板的橫向布置和板面整體造型、風(fēng)格以及組合儀表的造型，確定儀表板的布置。儀表板的上表面高度主要由法規(guī)面定義并盡可能降低，以滿足更好的視野要求。

圖2 駕駛員儀表可視分析

2.2 乘員空間分析

人體尺寸決定了人體所占據(jù)的人體的活動范圍和幾何空間大小，首先定義人體模型尺寸，及各比例人體模型的舒適座姿是車身內(nèi)外飾布置工作的首要任務(wù)，也是后續(xù)大量布置工作的重要輔助依據(jù)。依據(jù)ramsis定義的5及95百分位駕駛座姿及后排乘員座姿，主要用于定義H點(diǎn)范圍及后期乘客艙的布置。

在造型階段相關(guān)的草圖和油泥模型階段，總布置工程師需要與內(nèi)飾造型工程師同步設(shè)計，隨時檢查造型的尺寸、方案是否滿足法規(guī)要求和設(shè)計目標(biāo)，但在一般情況下，有時為了產(chǎn)品美觀，需要總布置向造型妥協(xié)從而對工程進(jìn)行更改。在CAS數(shù)據(jù)出來后，就要進(jìn)行方案校核，同時重點(diǎn)關(guān)注幾項外飾法規(guī)項的校核。

在造型階段，要結(jié)合工程部門提供的典型斷面進(jìn)行CAS數(shù)據(jù)校核，以確保造型能夠在工程時實(shí)現(xiàn)。在典型斷面的制作過程中，要保證各個組所用的是同一個坐標(biāo)的平面，以便能夠在典型位置（與整車總布置相關(guān)的重要位置）體現(xiàn)結(jié)構(gòu)、尺寸方面的信息。通過平面上的斷面信息，就能反映出總布置的基本尺寸、前后排乘員的位置及周圍的空間，相關(guān)零件的基本結(jié)構(gòu)和零件間的相互關(guān)系。

汽車總布置設(shè)計中，駕駛員及乘員的頭部位置是指人體頭部的前部、頂部、后部和側(cè)面的位置，其中頂部和后部包括頭發(fā)。具體形狀用頭部包絡(luò)來描述。在汽車總布置設(shè)計中，利用頭部包絡(luò)來進(jìn)行頭部空間限制條件的設(shè)定，主要是前部、頂部、后部和側(cè)面的空間限制。頭部包絡(luò)在整車坐標(biāo)系下的定位，是在汽車內(nèi)部描繪出駕駛員及乘員在舒適的乘坐狀態(tài)下頭部活動范圍。這就使得在總布置設(shè)計中，頭部空間及車頂高度的確定變得方便、準(zhǔn)確。

圖3 乘員頭部空間分析

2.3 乘員出入方便性分析

以出入方便性為例說明總布置尺寸的定義。主要通過對H點(diǎn)到門開口尺寸的測量來評價出入的方便性。車身側(cè)圍車門的開口和位置，以及車門的數(shù)量直接影響著乘員上下車方便性，上下車方便性與門上梁的高度、門檻、車門開口與座椅的相對位置，以及前后輪罩的相對位置，門支柱的布置有關(guān)。軟件的分析及PFM驗證模型具有更為直觀的評價。

圖4 門框口尺寸分析

圖5 門框口尺寸設(shè)計

圖6 人體、座椅與方向盤設(shè)計

人體、座椅與方向盤，座椅與儀表板的關(guān)系對進(jìn)出方便性的影響，當(dāng)方向盤處于中間位置時，下沿與大腿軸線的距離定義70-85mm比較合適。

圖7 車門立柱設(shè)計

車門立柱應(yīng)適當(dāng)傾斜，當(dāng)車門立柱直立時，前后座入座都會感到很別扭，如果將門立柱適當(dāng)傾斜，則可以大大改善入座的方便性（見上圖）。但B柱的最大傾斜角度一般不超過12度。

4 結(jié)論

綜上所述，在汽車設(shè)計過程中，總布置工程師需要與內(nèi)飾造型工程師同步設(shè)計，在造型階段相關(guān)的草圖和油泥模型階段，同時分析造型的尺寸、方案是否滿足法規(guī)要求和設(shè)計目標(biāo)，但在一般情況下，有時為了產(chǎn)品美觀，需要總布置向造型妥協(xié)從而對工程進(jìn)行更改。在造型階段，要結(jié)合工程部門提供的典型斷面進(jìn)行CAS數(shù)據(jù)校核，以確保造型能夠在工程時實(shí)現(xiàn)。所以造型和人機(jī)工程是相輔相成，只有達(dá)到工程與藝術(shù)、技術(shù)與美學(xué)兩方面的平衡才能設(shè)計出最好的汽車。

[1] 任金東.汽車人機(jī)工程學(xué)[M].北京大學(xué)出版社,2001.

[2] 楊堯.論汽車外觀設(shè)計[J].陜西理工學(xué)院藝術(shù)學(xué)院,2006.

[3] 任金東.汽車人機(jī)工程學(xué)[M].北京大學(xué)出版社,2001 .

[4] 楊堯.論汽車外觀設(shè)計[J].陜西理工學(xué)院藝術(shù)學(xué)院,2006.

[5] 劉金秋.人機(jī)工程學(xué)在汽車駕駛室設(shè)計中的應(yīng)用研究[D].吉林工業(yè)大學(xué),2004.

[6] 周飛.基于人機(jī)工程學(xué)的汽車制動器操縱機(jī)構(gòu)的安全設(shè)計[D].上海交通大學(xué),2007.

Automotive interior styling and ergonomics

Sun Yang, Wang Shuai

（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

Through the modeling and creative design of automobile interior, the influence of ergonomics on automobile modeling is studied from the perspective of ergonomics, and the application of ergonomics in automobile design is sum -marized. Ergonomics is a basic subject of automobile. It starts from human physiology and psychology, studies the law of interaction between human and vehicle using environment, and makes the man-machine system work efficiency reach the best. The application of ergonomics in automobile interior decoration design is the perfect combination of human-centered and aesthetics to create a comfortable, convenient and reliable ride environment and driving environment. This paper analy -zes the relationship and application between automotive interior design and ergonomics.

Interior design; Ergonomics

U462

A

1671-7988(2019)13-195-03

U462

A

1671-7988(2019)13-195-03

孫洋，就職于華晨汽車工程研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.065