SUV汽車歇腳板人機(jī)舒適性研究

王超 黃超俊 宛家國(guó)

摘要：針對(duì)SUV車型的人體坐姿H30（座椅設(shè)計(jì)位置R點(diǎn)與踵點(diǎn)z向高度差）普遍偏高，歇腳板的布置對(duì)駕駛員左腳的舒適性影響較大，從人體舒適性的角度出發(fā)，依據(jù)人體理論模型與關(guān)節(jié)舒適經(jīng)驗(yàn)范圍，理論分析得到歇腳板布置位置的舒適范圍，并經(jīng)過Ramsis軟件分析驗(yàn)讓，人機(jī)平臺(tái)主觀評(píng)價(jià)驗(yàn)證等方法得到理論分析結(jié)論的正確性，分析結(jié)果對(duì)車輛布置中歇腳板的位置布置有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：人機(jī)上程;歇腳板;舒適性;Ramsis

中圖分類號(hào)：U461.99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2020）02-0036-06

王超

畢業(yè)于太原理工大學(xué)，碩士研究生學(xué)歷，現(xiàn)就職于寶沃汽車股份有限公司整車架構(gòu)部，任人機(jī)工程師，主要從事整車人機(jī)工程方向研究，已授權(quán)發(fā)明專利24、實(shí)用新型1項(xiàng)。

引言

人機(jī)舒適性是汽車非常重要的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)過程中主要以SAE-J833中人體關(guān)節(jié)尺寸及舒適活動(dòng)范圍為依據(jù)。

車輛中的歇腳板是駕駛員在駕駛過程中用于放置閑置的左腳，且與右腳的操作狀態(tài)相接近，以使人體雙腿達(dá)到舒適狀態(tài)的裝置，對(duì)駕駛員的人機(jī)舒適性影響較大。而在歇腳板設(shè)計(jì)布置過程中，其布置位置、角度及尺寸等因素，是影響歇腳板舒適性的關(guān)鍵。而在SUV車型中，由于其坐高H30相較于轎車較高，所以歇腳板的布置要求與轎車有所不同，需結(jié)合車輛的H30分析相應(yīng)的歇腳板布置要求。

1理論分析

1.1歇腳板底邊中點(diǎn)與人體R點(diǎn)X向舒適范圍LF

車輛設(shè)計(jì)過程中的人體尺寸依據(jù)SAE J833中的人體數(shù)據(jù)尺寸，建立駕駛員駕駛姿態(tài)模型，如圖1所示。

理論分析時(shí)，需考慮人體各關(guān)節(jié)角度的舒適范圍：

人體臀角舒適范圍（A42）：95°-120°

人體膝角舒適范圍（A44）：95°-135°

人體踝角舒適范圍（A46）：900-115°

依據(jù)SUVH30范圍一般為300-360，首先將踝角角度約束至舒適范圍最小值90°，調(diào)節(jié)膝角A44角度和H30值，分析不同的H30和A44的范圍下，LF舒適范圍及臀角A42的值。由于隨著H30的增大，變化趨勢(shì)明顯，此處僅以95%人體，H30=300和H30=360為例，見表1所示：

表中綠色內(nèi)容為在固定的H30坐高下，A44角度在舒適范圍內(nèi)變化，得到A42的值也在舒適范圍內(nèi)時(shí)，相應(yīng)的LF值。即為該固定H30坐高狀態(tài)下，歇腳板底邊中心點(diǎn)到人體H點(diǎn)的x向舒適范圍。

同理分析踝角角度為90°時(shí)，調(diào)節(jié)臀角A42角角度和H30值，分析不同的H30和A42的范圍下，LF舒適范圍及膝角A44的值，見表2所示：

表中綠色內(nèi)容為對(duì)應(yīng)的A42和H30下，A44在舒適范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的LF值即為該狀態(tài)下的歇腳板底邊中心點(diǎn)到人體H點(diǎn)的舒適范圍。

結(jié)合表1與表2中的歇腳板LF值舒適范圍，取兩者交集，H30=300mm時(shí)，LF舒適區(qū)域?yàn)?84.8mm-882.7mm，如圖2所示：

同理分析踝角角度A46為115°時(shí)，對(duì)應(yīng)的A42和A44角角度下LF的舒適范圍，與A46=90。下的舒適范圍取交集，以H30=300為例，踝腳角度A46在不同舒適范圍角度下為：LF=784.8mm-830.4mm，見圖3所示：

利用相同方法即可理論分析得到在H30=300-360范圍內(nèi)，LF的舒適區(qū)域，見表3所示：

1.2歇腳板底邊中點(diǎn)與人體R點(diǎn)Y向舒適范圍WF

依據(jù)圖1中所示的人體理論模型和得到的LF舒適區(qū)域，分析Y向歇腳板與人體R點(diǎn)的位置關(guān)系，約束條件如下：

1）人體胯點(diǎn)縱向角度舒適范圍：-5°-20°，見圖4;

2）人體H點(diǎn)至胯點(diǎn)寬度距離（單側(cè)）：93ram（95%）、88.5（50%）、84mm（5%）;

3）離合踏板布置區(qū)域范圍：跨點(diǎn)-2.5。-2.5°，見圖5，將歇腳踏板的布置區(qū)域設(shè)定為跨點(diǎn)左側(cè)2.5-20°。

建立駕駛員左腿模型，人體胯點(diǎn)縱向角度舒適范圍2.5°-20°，如圖6所示，由圖可得，分析歇腳板與人體的Y向關(guān)系時(shí)，為滿足不同人體的使用需求，應(yīng)以5%人體舒適最大值和95%人體舒適最小值為邊界。

簡(jiǎn)化模型，得到圖7所示腿部模型，結(jié)合LF理論分析舒適范圍，即可得到WF舒適范圍，如圖7所示。具體范圍見表4：

2習(xí)慣調(diào)研

依據(jù)理論分析結(jié)果，對(duì)用戶在駕駛過程中的駕駛習(xí)慣進(jìn)行調(diào)研，如圖8、9所示。將調(diào)研結(jié)果與理論分析結(jié)果相結(jié)合，可得到更為準(zhǔn)確的分析結(jié)果。

圖9中以歇腳板底邊中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，分析駕駛員踵點(diǎn)與歇腳板底邊中點(diǎn)的位置關(guān)系，用戶操作習(xí)慣調(diào)研結(jié)果，如表5所示：

經(jīng)過習(xí)慣調(diào)研發(fā)現(xiàn)，用戶在駕駛狀態(tài)下，左腳踵點(diǎn)與歇腳板底邊中心點(diǎn)的偏差為：x向向右偏移30.9mm，Y向向后偏移36.5mm。

將以上習(xí)慣調(diào)研所得的用戶左腳踵點(diǎn)與歇腳板底邊中心點(diǎn)的偏差值修正到對(duì)應(yīng)的LF、wF理論分析舒適區(qū)域的下限值，見表6、7，即可得到表6：

由于WF舒適范圍較大，且坐高H30的變化對(duì)其影響不大，所以取不同坐高（H30）下WF舒適范圍的交集，作為分析結(jié)果，即WF=166.9mm-281.3mm

分析整個(gè)踏板區(qū)域尺寸鏈關(guān)系：加速踏板踏點(diǎn)與人體R點(diǎn)Y向位置關(guān)系WA：135mm-193mm和加速踏板與右側(cè)Console內(nèi)飾板間距PW17≥40mm，加速踏板寬度PWll：40mm-60mm，腳部空間要求PW47≥480mm，如圖10所示：

分析歇腳板WF值的范圍為WA：162mm-245mm，與理論分析結(jié)果相結(jié)合，優(yōu)化得到WA：166.9mm-245mm。

3Ramsis舒適性分析驗(yàn)證

經(jīng)過人體建模理論分析，并結(jié)合習(xí)慣調(diào)研得到歇腳板底邊中心點(diǎn)與人體H點(diǎn)的x向和Y向的位置關(guān)系里，利用Ramsis軟件，對(duì)在該范圍下，用戶左腿的舒適性進(jìn)行分析。

Ramsis軟件中可建立不同百分位的人體模型，用來(lái)分析駕駛狀態(tài)下，不同的姿態(tài)約束時(shí)，對(duì)應(yīng)的身體各部分關(guān)節(jié)的舒適性，當(dāng)不舒適≥4時(shí)，在實(shí)際的體驗(yàn)過程中不舒適，不可接受。

調(diào)入95%人體，計(jì)算得到自然的駕駛狀態(tài)，固定人體的H點(diǎn)，將其左腳重點(diǎn)分別約束到不同坐高H30下對(duì)應(yīng)的LF和WF的極限值，分析其左腿的不舒適度。如圖11、12、13所示：分析結(jié)果見表8所示：

由Ramsis分析結(jié)果可得，在理論分析的舒適范圍內(nèi)，駕駛員左腿的不舒適度均小于4，表示在該范同內(nèi)，用戶腿部的舒適性較好。驗(yàn)證理論分析結(jié)果的正確性。

4人機(jī)平臺(tái)驗(yàn)證

利用軟件分析驗(yàn)證理論分析結(jié)果的正確性后，利用人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)，通過評(píng)價(jià)人員的實(shí)際體驗(yàn)和主觀評(píng)價(jià)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，如圖14所示：

人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)可調(diào)整座椅、方向盤、踏板及其他車輛關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的位置，可調(diào)整得到驗(yàn)證所需的關(guān)鍵尺寸及結(jié)構(gòu)，并可實(shí)時(shí)調(diào)整。本次驗(yàn)證時(shí)，將座椅坐高調(diào)整到H30=315mm（現(xiàn)有車型的坐高，可保證正確的人體三角關(guān)系），要求評(píng)價(jià)人員僅依據(jù)歇腳板位置和左腿的舒適性，僅調(diào)整座椅的前后位置，調(diào)整后記錄響應(yīng)評(píng)價(jià)人員H點(diǎn)到歇腳板底邊中心點(diǎn)的x向距離LF，驗(yàn)證結(jié)果如表9所示：

由于評(píng)價(jià)人員身高不同，屬于不同百分位的人體，將理論分析結(jié)果對(duì)應(yīng)的95%人體（身高188cm）的舒適范同進(jìn)行修正，得到50%（身高171.5cm）和5%（身高155cm）人體對(duì)應(yīng)的LF舒適范圍，修正值為76mm，即50%人體相較于95%人體的LF舒適區(qū)域減小76mm，5%人體相較于50%人體同樣減小76mm。將平臺(tái)驗(yàn)證結(jié)果與理論分析舒適范圍進(jìn)行匹對(duì)，得到如圖15所示對(duì)比結(jié)果，80%評(píng)價(jià)人員左腿舒適狀態(tài)下，LF的值在理論分析的范圍內(nèi)，同樣驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的正確性。

5標(biāo)桿車數(shù)據(jù)驗(yàn)證

完成軟件分析驗(yàn)證和人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)主觀評(píng)價(jià)驗(yàn)讓后，利用現(xiàn)有標(biāo)桿車信息，分析標(biāo)桿車中歇腳板與人體R點(diǎn)位置關(guān)系進(jìn)一步驗(yàn)證理論分析的結(jié)果，見表10所示：

由圖分析結(jié)果可得，標(biāo)桿車中LF值75%車型均在對(duì)應(yīng)坐高H30下的舒適范圍內(nèi)，WF值均在理論分析結(jié)果范圍內(nèi)，再次驗(yàn)證了分析結(jié)果的正確性。

6總結(jié)

文章針對(duì)SUV車輛設(shè)計(jì)過程中歇腳板布置位置這一問題，通過對(duì)駕駛員人體的理論建模分析，駕駛習(xí)慣調(diào)研，得到SUV車型中歇腳板底邊中心點(diǎn)與人體H點(diǎn)的x向距離LF值隨著H30的不同而不同，并得到在特定坐高值下對(duì)應(yīng)的LF舒適區(qū)域以供參考。理論分析并優(yōu)化得到WF舒適區(qū)域：166.9mm-245mm。并通過Ramsis軟件仿真分析在理論分析范圍內(nèi)駕駛員左腿舒適性，利用人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)驗(yàn)證不同身高百分位人體對(duì)應(yīng)的LF舒適范圍的正確性，最后通過實(shí)際標(biāo)桿車中的設(shè)計(jì)值，再次驗(yàn)證理論分析結(jié)果的正確性，分析結(jié)果對(duì)SUV車輛設(shè)計(jì)過程中歇腳板的布置有一定的參考意義。