國內(nèi)汽車H點設(shè)計的發(fā)展歷程

湯易，馬國清，周勇

（煙臺大學(xué)機電汽車工程學(xué)院，山東 煙臺 264005）

國內(nèi)汽車H點設(shè)計的發(fā)展歷程

湯易，馬國清，周勇

（煙臺大學(xué)機電汽車工程學(xué)院，山東 煙臺 264005）

隨著我國汽車領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展和汽車技術(shù)的日趨成熟，消費者逐步要求提高汽車產(chǎn)業(yè)中對汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，而決定該設(shè)計的優(yōu)良首先必須要確定好H點。H點是在汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵參考點，是汽車內(nèi)部尤其是駕駛室設(shè)計的基準(zhǔn)點。H點的位置決定了駕駛員身體各關(guān)節(jié)、視野手伸等部分在駕駛室中的位置，繼而決定了駕駛員的操作舒適性、靈活性和安全性等。文章系統(tǒng)地總結(jié)了H點的含義，介紹了國內(nèi)汽車領(lǐng)域H點的發(fā)展歷程，簡述現(xiàn)階段最有代表性的H點的確定方法，并從人機工程學(xué)的角度出發(fā)，得出了未來H點的整體設(shè)計思路。整體的設(shè)計思路將多種H點的測量方法進行對比分析評價，綜合定位H點的實際用途。

H點；內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計；SAE標(biāo)準(zhǔn)

CLC NO.: U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

1、H點的定義及來源

在人體模板中，H點主要指的是髖關(guān)節(jié)硬點，又叫胯點（Hip-Point）。H點是二維或是三維人體模型樣板中人體軀干與大腿之間的連接點。H點是汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要基準(zhǔn)點。所以，H點位置的選擇對汽車駕駛室設(shè)計和汽車座椅設(shè)計具有關(guān)鍵性的作用。

通常所說的H點分為汽車實際H點和汽車座椅設(shè)計參考點（又稱R點）兩種，汽車的實際H點表示駕駛員最佳姿勢與操作位置的基準(zhǔn)。在駕駛員駕車時，實際H點的位置應(yīng)保證駕駛員能完全操控駕駛室內(nèi)的一切按鈕、操縱桿等等，并具備良好的視野性和駕駛的安全性。R點所表述的是汽車座椅從制造廠出廠時所規(guī)定最后面的正常駕駛和乘坐位置基準(zhǔn)，它必須考慮到座椅的極限條件狀態(tài)。汽車實際H點和R點在理論上應(yīng)該重合，但實際很難做到。所以，現(xiàn)在一般以R點的位置來評判H點和R點的相對位置是否滿足相關(guān)規(guī)定。

最初在產(chǎn)生H基準(zhǔn)點之前，汽車生產(chǎn)廠家進行汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計大多是采用不同體格的人體分別進行位置測算并不斷改進，這樣不僅工作繁瑣而且效率較低，尤其不利于批量生產(chǎn)。直到上世紀(jì)五六十年代美國機動車工程師學(xué)會（SAE）總結(jié)提出了硬點（Hard Point），并使之概念化。硬點在人機工程學(xué)表示固定無法變更的關(guān)節(jié)點，隨后硬點廣泛的應(yīng)用于汽車總布置的設(shè)計當(dāng)中，而H點是所有設(shè)計硬點當(dāng)中最重要的一個。該學(xué)會并在汽車領(lǐng)域相繼提出SAE J833[1]、SAE J826[2]、SAE J1517[3]等一系列的規(guī)范形成H點的原始確定方法，尤其是SAE J1517《 Drivers Selected Seat Position》一文中根據(jù)駕駛室舒適性規(guī)定5th、50th、95th不同三個有代表性的百分位繪制的駕駛員曲線圖成為世界范圍內(nèi)廣泛使用的設(shè)計規(guī)范。之后我國國內(nèi)汽車生產(chǎn)廠家在汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計中開始應(yīng)用H點,并在九十年代借鑒美國的SAE標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生了座椅設(shè)計GB/T 15083[4]和H點的定義GB/T 11563[5]等國內(nèi)設(shè)計規(guī)范。

2、國內(nèi)H點的發(fā)展及展望

針對SAE標(biāo)準(zhǔn)中傳統(tǒng)H點確定方法在中國使用的局限性，國內(nèi)在近幾年來產(chǎn)生幾種適合國內(nèi)汽車領(lǐng)域的H點的設(shè)計和測量方法。

在《基于舒適性的H點位置研究》[6]一文中較早地說明了基于人機工程學(xué)下計算H點設(shè)計區(qū)域。它利用了從踵點開始自下而上的H點位置布置方式，針對中美群體的差異制定出了適于國內(nèi)人群的H點的隨機抽樣的統(tǒng)計研究方法（蒙特卡洛方法[7]）：此方法側(cè)重于論證H點的舒適性原則，并通過真人和三維人體模型的對比實驗，有力地驗證使用“蒙特卡洛”方法確定汽車駕駛員H點區(qū)域的實用性。

而后，汽車行業(yè)越來越注重“人-機-環(huán)境”的思想，汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計智能化，突出了多系統(tǒng)、多功能的新型H點域的設(shè)計理念。“多功能區(qū)域法”[8]通過對目標(biāo)H點進行并非一點而是一個區(qū)域的選擇，將該目標(biāo)區(qū)域量化優(yōu)化篩選的過程。它就坐姿舒適性、視野性、某些硬點約束性三方面的功能要求進行闡述，強調(diào)坐姿的舒適性在汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的作用和舒適域的求解，彌補了SAE標(biāo)準(zhǔn)中不適于中國人體、H點和位置線單一、布置踏板的空間限制等缺陷。

目前，我國國內(nèi)已形成多種系統(tǒng)完善地確定H點的方法，設(shè)計H點相應(yīng)的計算機輔助軟件也從早期的CAD二維模型設(shè)計、RAMSIS等發(fā)展到眾多新型的三維計算機程序。未來確定H點的方向在于將H點的汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為具體的汽車內(nèi)部空間的數(shù)學(xué)建模，最后利用建模后的數(shù)學(xué)模型伴隨著二維或三維計算機輔助設(shè)計并結(jié)合人體因素、空間環(huán)境等尋找H點的目標(biāo)區(qū)域。例如上海通用五菱汽車公司[9]研發(fā)的基于SAM模型進行的H點的設(shè)計，就是利用正態(tài)分布分析法。它通過數(shù)學(xué)建模得出研究方向，并理想化地認為H點的位置分布也服從正態(tài)分布，將車輛參數(shù)、用戶體征等因素考慮在內(nèi)，從而分析H點落在每一目標(biāo)區(qū)域正態(tài)分布的規(guī)律。SAM模型設(shè)計假定50百分位的人群為最舒適的位置，不僅適于不同的國家的人體模型而且較好的解決了汽車座椅滑動量過度設(shè)計的問題?？梢钥闯?，未來發(fā)展H點將趨于系統(tǒng)化的設(shè)計理念，基于一定的數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建來實現(xiàn)。

隨著相關(guān)設(shè)計不斷發(fā)展，H點的適用領(lǐng)域不斷拓寬不再局限于汽車行業(yè)，石油鉆機司鉆、重型商用車、起重機駕駛室等等對H點的設(shè)計應(yīng)用均已成熟。未來H點很有可能對飛行員駕駛室的設(shè)計有所幫助。

3、總結(jié)評價

本文對H點的來源以及國內(nèi)H點的發(fā)展歷程作了闡述，提供現(xiàn)階段國內(nèi)普遍應(yīng)用H點的設(shè)計和研究方法，介紹基于多種方法下H點的整體設(shè)計思路。本次研究為今后H點的設(shè)計增添了新思路，不僅設(shè)計方法要多樣化，而且設(shè)計流程更要系統(tǒng)化、高效化。本文從H點的設(shè)計理念出發(fā)，確立H點在汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵性作用，并為未來H點的發(fā)展提出了一些建議。

[1] SAE J833. Human Physical Dimensions[Z]. Society Of Automotive Engineers. 1989.

[2] SAE J826. Devices for Use in Defining and Measuring Vehicle Seating Accommodation[Z]. Society Of Automotive Engineers. 2008.

[3] SAE J1517. Drivers Selected Seat Position[Z]. Society Of Automotive Engineers. 1998.

[4] 國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 15083 汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強度要求和實驗方法[S],中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[5] 國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 11563 汽車H點的確定順序[S]，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[6] 馬佳,李培松，范智聲，阮瑩，李飛飛，蘇強.基于舒適性的H點位置研究[J]，工業(yè)工程與管理，2008.

[7] 徐鐘濟.蒙特卡洛方法[M]，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1985.

[8] 黃金凌，龔禮洲，葛安林.車身布置中H點的優(yōu)化[J] ，汽車工程，2000.

[9] 胡細平，曹景波，植小芳.基于SAM模型的H點設(shè)計[J]，企業(yè)科技與發(fā)展，2014.

[10] 呂杰鋒，陳建新，徐進波.人機工程學(xué)，清華大學(xué)出版社[M]，2009.

The Development Course of Domestic H Point

Tang yi, Ma Guoqing, Zhou yong
(School of Electromechanicals & Automobile Engineering,Yantai University, Shandong Yantai 264005)

With the vigorous development of automobile industry and the improvement of automobile technology of China, consumers gradually ask for improving automobile design of the internal structure in the automobile industry. And the decisive factor of this design is choosing a good H-point. The H-point, which is a key referent point in the design of internal structure, is a benchmark of the design of the car interior especially the cab. It determines the driver's position of the joints of the body and hands in the cab. What's more, it also determines the operational comfort, flexibility and security of the driver. The article systematically summarizes the meaning of the H-point, introduces the development of the H-point in domestic automobile industry, and briefly describes the most representative determination method of the H-point at the present. From the perspective of ergonomics, it is concluded that the overall design thought of the future H point. The overall design thought will compare, analyze and evaluate various measuring methods of the H-point. Besides, it comprehensively position practical use of the H-point.

H-point; Internal structure design; The SAE standards

U461.6

A

1671-7988(2015)03--

湯易，就讀于煙臺大學(xué)機電汽車工程學(xué)院。

汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室開放基金項目（KF11222）；山東省科技發(fā)展計劃項目（2012YD04039）；煙臺大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金項目。