人機工程學在輕型載貨汽車內(nèi)飾造型中的應用

房立勇 尚吉星 張永剛 耿延強 苗振華

（1.上海龍創(chuàng)汽車設計股份有限公司，上海 201615；2.中國重汽集團有限公司汽車研究總院，濟南 250100）

主題詞：輕型載貨汽車操作舒適性人機工程學內(nèi)飾

1 前言

隨著電商行業(yè)的快速發(fā)展，輕型載貨汽車在當今運輸業(yè)扮演的角色越加重要，企業(yè)在駕駛舒適性方面提出了更高的要求。由于乘用車的人機舒適性標準已經(jīng)趨于成熟，所以乘用車的舒適性較商用車高，從而影響駕駛員的駕駛體驗。為了提高輕型載貨汽車駕駛員的操作舒適性，分析判斷不舒適的原因，將市場反饋信息與競品車型對比顯得尤為重要。目前，對輕型載貨汽車的內(nèi)飾邊界設計主要是參考日本五十鈴的邊界。雖然，該方法應用簡單，但實際制造出來的車型存在各種誤差，而且中國和日本使用的人體模型狀態(tài)存在誤差，再加上尺寸鏈尺寸誤差的疊加，會導致駕駛員與設計零件位置偏差加大，造成操作舒適性低的現(xiàn)象。

本文就以駕駛員為基準，結合競品車參數(shù)，定義設計目標值，提高駕駛員操作舒適性，進而降低駕駛員使用疲勞，從而改善駕駛環(huán)境，為主機廠贏得更高的市場占有率。

2 輕型載貨汽車車型特征

2.1 輕型載貨汽車車型劃分

按照國家推薦標準GB/T 15089—2001中的分類，輕型載貨汽車屬于N1類載貨汽車。然后再參照SAE J1100 NOV2009中的要求，將輕型載貨汽車歸化為B類車，此類車的特征為座椅高度（H30-1)范圍在405～530 mm，方向盤直徑（W9）在440～560 mm，駕駛員靠背角在8～18°（表1）。由于這些設計特征較乘用車型有很大區(qū)別，所以在規(guī)劃輕型載貨汽車人機舒適性時，要適當借用乘用車成熟的規(guī)范，提高輕型載貨汽車人機舒適性。

表1 車輛分類

2.2 輕型載貨汽車駕駛員坐姿定義

駕駛員人體坐姿，定義時首先要考慮駕駛員的3個人機硬點，即座椅參考點（SGRP）點、踵點（AHP）和方向盤中心點（SWC）。然后確定駕駛員的靠背角，現(xiàn)在市場上商用車主流車型靠背角定義為12°或者15°，如圖1某輕型載貨汽車人體坐姿示意，這2個參考數(shù)值為市場上主流產(chǎn)品對標（Benchmark）的結果，另外也要結合本公司之前產(chǎn)品的人體坐姿狀態(tài)定義，然后定義本項目開發(fā)車型的人體坐姿。

圖1 輕型載貨汽車駕駛員坐姿

3 儀表板人機工程學設計

3.1 儀表板邊界

儀表板設計影響駕駛艙的主要空間，所以對于儀表板向、向的位置規(guī)劃就很重要，本文就對儀表邊界定義有關的人機工程學做以下闡述；向定義主要考慮儀表板邊界和駕駛員及乘客的腿部空間，在SAE J 1100 NOV2009中對駕駛員的坐姿和腿部空間測量方法有明確的要求，所以在項目進行過程中要參照SAE J1100 NOV2009標準控制駕駛員的腿部空間數(shù)值，如果儀表板向太大，會導致空間太小，給駕駛員造成緊湊感，且在行駛過程中腿受儀表板所擠壓，造成腿不能有效的放松，所以在進行腿部空間的規(guī)劃時，人機工程學需要考慮人體硬點座椅參考點（SGRP）左右127 mm（此測量標準只針對副駕駛員），模擬兩腿的中心截面去測量腿部空間，如圖2副駕駛員腿部空間測量示意，按照以往人機工程學要求，此處空間需要控制大于或等于100 mm（此處還需注意，副駕駛員側(cè)的兩腿處對應的IP要盡量平緩，盡量不要出現(xiàn)大的落差，避免發(fā)生碰撞時兩腿受的力不一致，導致駕駛員受傷）。

圖2 副駕駛員左右腿空間示意

3.2 空調(diào)位置定義

對于向定義主要考慮駕駛員的下視野和空調(diào)吹風口位置。對于駕駛員下視野，在SAE J941 SEP2002標準里要參照駕駛員的眼橢圓狀態(tài)，以眼橢圓為基礎，在總布置部門前期規(guī)劃駕駛員人體坐姿時，會一起規(guī)劃下視野需要達到的角度要求，此要求是滿足駕駛員視野安全性的基礎，所以在定義儀表的向邊界時，需要考慮上邊界不能影響駕駛員的下視野（下視野需要滿足Y0平面的要求）。對于空調(diào)出風口位置，首先要考慮上一代產(chǎn)品中空調(diào)出風口的位置，再從銷售部門收集的信息中是否含有關于空調(diào)的相關反饋，如空調(diào)出風口調(diào)節(jié)角度不能滿足駕駛員的需求，這是布置空調(diào)出風口的前提條件。然后，再根據(jù)總布置部門以往的人機舒適性進行位置調(diào)整，在以往項目經(jīng)驗首先總布置部門會給出吹風目標點（眼點、胸點、膝蓋點）要求，不同位置的空調(diào)吹風角度能滿足不同的目標點要求。另外還需要兼顧考慮空調(diào)出風口的中心點到座椅參考點（SGRP）的向距離須大于或等于330 mm，此目標也是為了考慮駕駛員舒適性，如圖3所示空調(diào)出風口與駕駛員的關系示意。此時還需要注意一項情況，假如儀表板中間的空調(diào)出風口出風角度要是直接對著駕駛員的手直接吹，會造成舒適性降低，但是這個造型又對儀表臺整個造型的協(xié)調(diào)性有重要影響，所以這時總布置部門就要提前暴露這個問題，并召開相關評審，將此問題做到最優(yōu)解決。

圖3 空調(diào)出風口與駕駛員關系

3.3 儀表臺上按鍵旋鈕位置定義

對于儀表臺上的功能鍵操作直接就能體現(xiàn)出駕駛員的操作舒適性，所以本文就輕型載貨汽車儀表臺上的功能鍵布置的要求進行闡述。首先要考慮駕駛員的伸手操作范圍，參照SAE J287 MAR2016標準里駕駛員的單指、三指、全手的操作范圍，做好儀表的功能鍵的位置規(guī)劃，如單指的操作范圍要能操控收音機音量調(diào)節(jié)鍵、三指需要能操控空調(diào)控制旋鈕和燈光控制旋鈕、全手需要能操控方向盤；對于功能鍵的尺寸在人機工程學中也有相關要求，例如對于危險警報開關（三角形危險警報開關）要求開關寬度要大于或等于20 mm，才能滿足駕駛員的手指操作空間，提高駕駛員的操作舒適性。對于其它旋鈕類的功能鍵需要考慮手的抓握空間，手指的觸摸空間。

3.4 組合儀表人機工程學設計

組合儀表在行駛過程中會持續(xù)給駕駛員反饋車輛信息，為駕駛員安全行駛提供著很重要的信息保障。所以在輕型載貨汽車設計時就要保證組合儀表的位置，以確保駕駛員在視野內(nèi)很容易獲得儀表顯示的信息，本文闡述在輕型載貨汽車設計時根據(jù)人機工程學布置組合儀表，滿足駕駛員視野要求。首先要考慮組合儀表和駕駛員的視距和視角，這關系著駕駛員在駕駛行駛時，駕駛坐姿影響駕駛員觀看組合儀表的直觀性和舒適性，見圖4駕駛員組合儀表視野示意。同時還需要兼顧方向盤的輪轂對組合儀表的視野遮擋。調(diào)整組合儀表過程中還需要考慮組合儀表的反光炫目，和夜晚行車在玻璃上成的虛像盡量避開駕駛員經(jīng)常觀察的部位，此觀察區(qū)域要結合外后視鏡需要滿足查看相關法規(guī)區(qū)域的要求（如觀察外后視鏡的區(qū)域），因為如果組合儀表成的虛像和駕駛員觀察外后視鏡的區(qū)域重合太大，會造成駕駛員舒適性降低，所以布置組合儀表時需要考慮這些需求，找出一個最優(yōu)位置，滿足現(xiàn)在造型的設計與乘用車相比較輕型載貨汽車通常會配備外后視鏡和廣角后視鏡，且這兩個鏡子尺寸較乘用車的外后視鏡都很大，導致駕駛員觀察區(qū)域較乘用車也會大很多，導致組合儀表的虛像一定會與觀察視鏡的區(qū)域重合，所以需要對市場上的產(chǎn)品進行比較，找出比競品狀態(tài)要好的位置。

圖4 組合儀表視野

4 座椅人機工程學設計

4.1 座椅乘坐舒適性

座椅可以直觀的反饋駕駛員的乘坐舒適性，所以在對輕型載貨汽車內(nèi)飾設計時要著重考慮座椅的設計，本文就以輕型載貨汽車座椅設計時需要考慮的人機工程學要點進行闡述。首先需要考慮坐墊的形態(tài)，現(xiàn)在市場上流行的坐墊形態(tài)主要有2種形式：一種是只有一種傾斜角度式，這個傾斜角度關系著駕駛員乘坐時對駕駛員腿的支撐性，所以需要對當前市場上的座椅傾斜角度作對標分析，然后定義傾斜角度；另一種是先傾斜再平緩的狀態(tài)，這需要考慮傾斜狀態(tài)是否可以防止車在剎車時駕駛員向前滑動，在這一方面也會反饋駕駛員的乘坐舒適性，見圖5坐墊狀態(tài)示意；其次需要考慮座椅對駕駛員的“包覆”性，這時需要考慮座椅的坐墊和靠背的寬度和側(cè)翼高度。不同的主機廠和相關供應商對座椅此處的舒適性要求不同，需要相關人機工程師進行評估。

圖5 座椅坐墊狀態(tài)示意

4.2 座椅調(diào)整操作方便性

在車型設計時通常主要使用95%人體模型，但是為了提高駕駛舒適性，還會同時考慮50%和5%的人體模型，所以需要座椅位置前后可調(diào)節(jié)，滿足50%和5%人體使用。那么對于座椅的操作方便性做闡述。第一，需要考慮座椅的調(diào)整行程對標市場上相關產(chǎn)品狀態(tài)基本上可以前調(diào)120 mm左右，座椅的調(diào)節(jié)行程定義要著重考慮不同百分位人體的R點位置進行定義，見圖6不同百分位人體相對關系。同時需要在座椅調(diào)整過程中與周邊間隙（與門護板、副儀表）要大于等于10 mm，這樣才能保證座椅調(diào)整可行性。第二，需要考慮座椅功能鍵調(diào)整的操作空間，對于這個空間在人機工程學中需要控制的間隙要大于或等于45 mm，需要注意座椅經(jīng)常被調(diào)節(jié)的范圍都需要滿足這個操作空間，避免操作不舒適。經(jīng)過以上控制要求，就能設計出一款操作方便性好的座椅。

圖6 不同百分位人體相對關系

5 門護板人機工學設計

5.1 門護板上功能鍵位置定義

對門護板上的功能鍵位置確定要參考駕駛員的操作方便性，且要考慮向的邊界如圖7所示駕駛員操作方便區(qū)域，此區(qū)域要結合SAE J287 MAR2016標準里駕駛員手伸范圍，和駕駛員手臂的操作范圍，然后根據(jù)功能定義確定操作空間，如是傳統(tǒng)式按鍵需要保證按鍵寬度需要大于或等于20 mm，按鍵中心距周邊內(nèi)飾邊界需要大于或等于20 mm（此數(shù)值是避免駕駛員手在進行按鍵操作時會與內(nèi)飾邊界太近造成擠手）。對于撥鈕式按鍵需要考慮此類按鍵需要三指進行操作，所以對于撥鈕的周邊間隙較按鍵式的就大。撥鈕式按鍵周邊空間舒適性高的要控制在大于或等于35 mm，如遇到造型與操作空間沖突的就需要對標市場上的產(chǎn)品，對比競品車狀態(tài)，直到操作能滿足操作舒適性。

圖7 駕駛員門護板操作舒適區(qū)

5.2 門護板上開關門把手位置確定

在確定門護板把手位置時，首先確定門的開啟角度，確定門的一、二級開啟角度，這對駕駛室門把手的位置確定提供重要信息支撐。關于輕型載貨汽車門護板開關門把手的向位置要考慮的是駕駛員在上車后，門開啟角度會隨之變小，基本上會在一級開啟角度狀態(tài)，所以對于關門舒適性主要考慮的就是門一級開啟角度的位置，這個位置還需要參照對市場上反饋較好的車型，進行人機操作舒適性對標。通過對標現(xiàn)在市場上主流產(chǎn)品的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)駕駛員都是乘坐座椅很小一部分的情況下才能將門關閉，所以根據(jù)現(xiàn)在造型形態(tài)，盡量控制關門把手的向位置，另外還需要考慮門把手的圓角，避免駕駛員在使用把手時出現(xiàn)咯手的情況，操作舒適性對此處的圓角需要控制在5～15 mm。通過以上控制就能將門護板上的功能鍵位置進行確定。

6 副儀表人機工程學設計

副儀表上零件布置需要考慮主要有換擋桿、杯托，扶手枕等位置的確定，對于副儀表上的這些功能鍵，每一個主機廠都有相關的要求，如要放幾個水杯，放多大的水杯都有明確的市場信息反饋，所以在進行設計時要著重考慮相關主機廠的要求，然后在造型允許的范圍內(nèi)對操作空間進行限制，這樣就能調(diào)整出合適的位置；對于扶手枕的位置主要考慮的就是與門護板的扶手高度，這兩個扶手的高度差要控制在小于或等于15 mm，這樣才能滿足駕駛員在使用時的落差感，避免落差太大，駕駛員感覺不舒適。

7 結束語

輕型載貨汽車內(nèi)飾在進行設計時，一定要以人為本，不斷提升駕駛員的操作方便性，這樣設計出的產(chǎn)品舒適性才高，在市場上的反饋才會好，為產(chǎn)品占據(jù)更大市場提供保障。本文以輕型載貨汽車內(nèi)飾設計中需要考慮的人機工程學進行概述，為輕型載貨汽車的設計提供參考。