斷面設(shè)計在汽車人機工程設(shè)計中的應(yīng)用

邵智，段成鈺，呂濤，康程鵬

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斷面設(shè)計在汽車人機工程設(shè)計中的應(yīng)用

邵智，段成鈺，呂濤，康程鵬

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110000）

人機工程學是研究人與機械之間相互關(guān)系和規(guī)律的學科，在汽車設(shè)計中應(yīng)用人體工程學，就是以人為中心,研究車身設(shè)計如何適應(yīng)人的需要，創(chuàng)造一個舒適的、操縱輕便的、可靠的駕駛環(huán)境和乘坐環(huán)境。主斷面是控制和實現(xiàn)整車總布置設(shè)計目標的有效方法。當主斷面位置確定以后，總布置關(guān)于內(nèi)外部尺寸、視野、法規(guī)和人機工程等方面的要求應(yīng)都得到了檢查和保證。

斷面設(shè)計；人機工程；汽車

前言

人機工程學是一門新興的邊緣科學?！叭藱C工程學”的確切定義是，把人—機—環(huán)境系統(tǒng)作為研究的基本對象，運用生理學、心理學和其它有關(guān)學科知識，根據(jù)人和機器的條件和特點，合理分配人和機器承擔的操作職能，并使之相互適應(yīng)，從而為人創(chuàng)造出舒適和安全的工作環(huán)境。汽車屬于人來操縱和使用的一種運動機械，它也是和人的工作及日常生活最為密切的一種機械，要求汽車，尤其是轎車的設(shè)計滿足大多數(shù)人的生理和心理需要。引入人體工程學參與汽車設(shè)計，就是以人為本，充分考慮人在駕乘過程的舒適性的基礎(chǔ)上去研究汽車各部分(包括布置和設(shè)備等) 的設(shè)計，為人員提供一個舒適、方便、可靠的駕駛環(huán)境和乘坐環(huán)境。

1 汽車人機工程設(shè)計內(nèi)容

人機工程學概念最早在1961年美國政府對軍用汽車要求中提出，經(jīng)過近60年的發(fā)展和實踐，目前通過對三維模型、假人以及Ramsis等仿真軟件的應(yīng)用，使人機工程在汽車總體布置設(shè)計中可以更加精準、細致的進行校核。目前它包括：

●汽車造型的硬點設(shè)計

●汽車駕乘姿態(tài)設(shè)計

●汽車駕乘空間設(shè)計

●汽車視野設(shè)計

●汽車進出性設(shè)計

●汽車操縱方便性設(shè)計

●汽車乘坐安全性設(shè)計

●汽車舒適性設(shè)計

●汽車使用方便性設(shè)計

●汽車裝配保養(yǎng)方便性設(shè)計

●轎車娛樂性設(shè)計

●轎車外形觀賞性設(shè)計

斷面設(shè)計對于機工程的影響主要體現(xiàn)在對駕乘空間、汽車視野、汽車進出性設(shè)計這三個方面。

1.1 汽車駕乘空間設(shè)計

駕乘空間設(shè)計是以95%分位的人群來分析駕駛員的乘坐空間（頭、肩、肘、臀、腿等部位的空間）進行合理的定義。汽車乘員空間的設(shè)計要以人為本，但由于目標人群體形尺寸的區(qū)別，需對關(guān)鍵的操作件和座椅定義適合的調(diào)節(jié)范圍。合適的乘坐空間是駕乘人員舒適性的決定性條件之一。

1.2 汽車視野設(shè)計

駕駛員視野是指駕駛員在最舒適的駕駛位置，同時其雙眼和頭在舒適的活動范圍內(nèi)時，能直接或間接看到的區(qū)域。駕駛員視野包括直接視野和間接視野：駕駛員直接視野是指前方180°視野，側(cè)視野，交通燈視野等駕駛員直接看到的區(qū)域。駕駛員間接視野是指駕駛員借助外后視鏡，內(nèi)后視鏡，攝像頭等輔助設(shè)備看到的區(qū)域。駕駛員視野是安全駕駛和使用的決定性因素，所以，在汽車設(shè)計前期定義過程中，需考慮視野法律法規(guī)及使用方便性要求。

1.3 汽車進出性設(shè)計

汽車進出性即上下車方便性是人機工程設(shè)計中一個非常重要因素。整車的布置設(shè)計必須滿足乘員上下車方便性的要求。需要同時對人體生理以及汽車結(jié)構(gòu)進行研究，并找出相互之間的關(guān)系，從而總結(jié)出人機對上下車方便性相關(guān)尺寸和角度的范圍。

2 斷面的定義及主要特點

斷面是反映汽車關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)狀態(tài)的截面，它是用來約束造型與工程化設(shè)計的重要工程語言。斷面設(shè)計是轎車設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，它貫穿于從車身油泥模型制作開始到車身結(jié)構(gòu)設(shè)計完成的整個過程中。斷面是工程化設(shè)計前對車身主要結(jié)構(gòu)零件的可行性進行布置和分析的重要手段，確定零部件結(jié)構(gòu)、搭接關(guān)系和安裝方式，確定車身內(nèi)外各處間隙、斷差、運動件的運動空間，確定整車的承載方式、空間及人機關(guān)系等，是汽車工程可行性分析的重要手段和指導(dǎo)整車結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)。

斷面具有較強的特征：斷面能夠體現(xiàn)白車身的內(nèi)外板以及內(nèi)飾裝飾板等在某些特定的位置和方位的連接的方式、形式結(jié)構(gòu)、尺寸的大小。主要有兩大方面會運用到斷面：一方面是斷面的結(jié)構(gòu)、尺寸以及連接的方式；另一方面是在整車中的主斷面所在的位置，以及主斷面和其它斷面的之間聯(lián)系。典型斷面具有很強的的繼承性，對于多數(shù)的斷面來說，很多都是借用原有的斷面或進行局部的調(diào)整修改，亦可參考競品車。而對于典型斷面來說，其位置的可變性很大，外部和內(nèi)部的尺寸都與典型斷面直接聯(lián)系，能不能通過視野和法規(guī)的要求也都受典型斷面的影響，典型斷面還決定了乘員的上下車方便性?？偛贾霉ぷ鞯闹攸c就是上述部分的內(nèi)容。在確定典型斷面的位置后，總布置相關(guān)的外部和內(nèi)部的尺寸、法規(guī)和視野、以及人機工程的要求都會得到相應(yīng)的保證及檢查。

3 斷面在人機工程中的應(yīng)用

由于車型的原因或者各個整車廠的生產(chǎn)水平，典型斷面的數(shù)量和分布不盡相同，因此車身的主斷面在進行細化設(shè)計之前，車身的典型斷面數(shù)量、所處位置和方向，斷面所體現(xiàn)的內(nèi)容和排列的順序，必須都要先確定好，之后再生成白車身斷面的清單。

整車總布置控制的典型斷面有21個。其中外部16個，內(nèi)部5個。主要包括整車Y0位置、駕駛員R點所在的X、Y平面位置，前后輪所在位置、油箱和加油蓋位置等。見下圖1、圖2所示：

圖1 外部斷面位置示意

圖2 內(nèi)部斷面位置示意

汽車在Y=0處的主斷面（圖3）包括03、05兩個典型斷面。反映了駕駛員的前方上下視野及頭部空間。通過優(yōu)化腔體和頂蓋內(nèi)襯的位置，使得造型更美觀；得到較好的前上視野，減小駕駛員前上方壓抑感；同時獲得較好的結(jié)構(gòu)強度和剛度，較強的防水性和防噪性等。

圖3 Y0斷面

汽車在駕駛員側(cè)R點的X向主斷面（圖4）包含門扶手斷面，門玻璃曲率，風窗夾角，上門框高度，乘員艙內(nèi)部門表面，門檻，門內(nèi)飾板，擋風雨條以及密封條等結(jié)構(gòu)信息。如圖所示該主斷面同時包括07、08、09這三個典型斷面。07斷面的空間位置直接影響駕駛員的頭部空間以及駕駛員上下車的方便性，同時還定義了側(cè)窗玻璃的傾角等技術(shù)參數(shù)。08斷面的空間位置和結(jié)構(gòu)直接影響到整車的肩肘臀空間，扶手高度影響人機舒適性。窗臺線高度過高除了影響側(cè)向下視野外，還會使得乘員的產(chǎn)生強烈的壓抑感。

圖4 駕駛員R點X向斷面

步入寬度作為重要的進出性組成部分，在09斷面位置設(shè)計時應(yīng)充分考慮，同時在斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計時簡單的變化即可優(yōu)化出腿部空間（見圖5）。通過合理設(shè)計最下端的密封可以有效避免泥水濺在側(cè)圍下護板上，保證在乘員上下車時小腿附近的整潔。同時07斷面與09斷面之間的高度是衡量車輛進出空間的重要尺寸。

此外很多斷面的設(shè)計都與人機工程有著密布可分的聯(lián)系，如03BIS斷面尺寸與位置定義了空調(diào)出風口，影響前風擋除霜除霧的面積；06斷面的大小影響駕駛員A柱視野；17斷面反映了駕駛員腿部與方向盤之間的距離，是評價汽車出入性總要尺寸；19、20、21三個斷面的空間位置決定了汽車的腿部空間影響人員的舒適性等等。

圖5 人員上下車腿部示意圖

在典型斷面設(shè)計時，應(yīng)考慮整車的人機性能，包括空間、進出性、視野等，而且在結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計在保證汽車的剛度，強度和工藝要求下，盡可能做得小，以免給消費者有車子外面大，里面小的感覺。

4 總結(jié)

人機工程及典型斷面的定義必須在汽車開發(fā)的前期進行，如果說在開發(fā)后期或使用中發(fā)現(xiàn)的問題，往往會出現(xiàn)顛覆性的工程更改，為此將需要付出相當大的代價。典型斷面的設(shè)計需要很好的結(jié)合設(shè)計的要求、法規(guī)的要求、工藝的要求。通過對典型斷面的運用，能夠有力控制開發(fā)工作的進度，提高效率，保證最終的設(shè)計結(jié)果盡可能地與最初的總布置設(shè)計目標一致。

[1] 逯志勇,李迪,劉媛媛.汽車車身內(nèi)部布置舒適性評價方法研究[J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程, 2009,(01): 7-9.

[2] 杜磊,李浩杰 .淺談人機工程在汽車工程中的應(yīng)用[J]工程技術(shù), 2016,(17):292.

[3] 張偉.人機工程學在汽車造型設(shè)計上的應(yīng)用[J]沈陽建筑大學學報,2010,(1):34-37.

[4] GB 11562-2014,汽車駕駛員前方視野要求及測量方法[S].

Application of section design in automotive ergonomics design

Shao Zhi, Duan Chengyu, Lv Tao, Kang Chengpeng

( Brilliance Automobile Engineering Institute, Liaoning Shenyang 110000 )

Ergonomics is a discipline that studies the relationship and laws between human and machine. Application of ergonomics in automobile design, it's about human centered research on how car design meets people's needs, Create a comfortable, controlled, portable and reliable driving environment and riding environment. The main section is an effective way to control and realize the general layout of vehicle. When the position of the main section is determined, the general layout requirements for internal and external dimensions, vision, regulations and ergonomics should be checked and guaranteed.

Section design; Ergonomics; Automobile

A

1671-7988(2018)18-173-03

U462.1

A

1671-7988(2018)18-173-03

CLC NO.: U462.1

邵智（1981-），遼寧沈陽人，總布置工程師，2004年沈陽理工大學畢業(yè)，學士學位，現(xiàn)任華晨汽車工程研究院總布置工程師、項目經(jīng)理，從事汽車整車研發(fā)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.059