基于人機工程的汽車尾門總布置方案設計

張明晶

摘 要：本文主要是針對家用普通轎車作為車身的主要啟閉部件，用戶在使用過程中，尾門屬于使用較為頻繁的部件，為切實優(yōu)化對其的布置方案，本文基于人機工程的導向，從啟閉力方面的人機需求入手，提出了開啟尺寸、后視野方面的人機要求，并對其總布置方案的設計要點進行了梳理，旨在更好地促進汽車尾門設計的適用性與操作性的提升。

關(guān)鍵詞：人機工程 汽車尾門 總布置方案 設計

Design of General Layout of Automobile Tailgate Based on Ergonomics

Zhang Mingjing

Abstract：This article is mainly aimed at household ordinary cars as the main opening and closing parts of the body. During the user's use， the tailgate is a component that is frequently used. In order to effectively optimize the layout plan， this article is based on the ergonomics orientation. Starting with the man-machine requirements in terms of opening and closing force，the article put forward the man-machine requirements in terms of opening size and rear vision and sort out the design points of its general layout plan， aiming to better promote the applicability and applicability of the car tailgate design and improve the operation.

Key words：ergonomics， car tailgate， general layout plan， design

1 引言

汽車尾門的總布置方案設計的科學合理性，將直接關(guān)系到用戶的人機體驗，所以所設計過程中，需要以人機工程為導向，切實強化對其的人機交互設計。從當前主流車型的尾門來看，主要有三廂車與兩廂車之分，若根據(jù)汽車尾門的啟閉模式來劃分，常見的主要有兩種，一種是自動啟閉，另一種是手動啟閉。由于自動啟閉的設計過程復雜，且成本高、銷量低，本文研究主要選取兩廂車的手動式尾門為例，主要是因為此類尾門的采用較多，此類尾門的啟閉都需要利用氣彈簧來助力，且布置方案較為復雜，所需涉及的因素較多，比如后部車身結(jié)構(gòu)、不同功能模塊的位置、后部人機尺寸、安裝空間，這四個因素之間互相影響，具有密不可分的特點，所涉及零件的類型和數(shù)量也較多，因此，本文研究的基于人機工程強化汽車尾門的總布置方案設計，能有效地預防尾門在啟閉時的力度過大、開啟行程不適、后風窗玻璃黑邊寬度過大而遮擋視線等方面的問題。

2 基于人機工程的汽車尾門的人機要求分析

2.1 啟閉力方面的人機要求梳理

第一，模型簡化。由于汽車產(chǎn)品和類型較多，且尾門的形狀、大小也存在較大的差異，為了更好地提升尾門啟閉方式的人機性，本研究以常見的兩廂車為例，對其常見的運動模型進行了簡化處理，得到簡化后的模型詳見圖1。從圖1可以看出，融入了消費者目前較為關(guān)心的啟閉力概念，由于啟閉力是指開啟力與關(guān)閉力，由于兩種力交替出現(xiàn)，此時就需要構(gòu)建汽車尾門啟閉所需的力矩適量平衡方程，即：。

第二，啟閉力曲線值分析。為更好地對汽車尾門的啟閉力特點進行分析，本研究緊密結(jié)合尾門運動學簡化模型與力矩平衡方程，分析開啟角度與首部施加力間的關(guān)系，所以將汽車尾門開啟角度作為橫坐標，而施加啟閉力作為縱向坐標，建立了圖2所示的啟閉力曲線。需要說明的是，當尾門關(guān)閉時，開啟角度是0，施加也是0，且施加0刻度線之下說明此時不用對尾門施加額外啟閉力，尾門在此時可以實現(xiàn)自動啟閉。在這一過程中，不同的曲線所表示的是在不同溫度下的尾門啟閉的過程，尾門氣彈簧動力介質(zhì)有兩種：一種是壓縮后的高壓氣體，另一種是油氣混合物，啟閉力曲線對溫度這一因素的敏感度較大，一般而言，其溫度范圍介于-30℃到80℃這一范圍，有關(guān)溫度的特性參數(shù)可以從供應商處獲取。這就說明在環(huán)境溫度不同時，尾門啟閉力曲線也不同。當處于高溫時，汽車尾門關(guān)閉力相對較大，當處于低溫時，汽車尾門開啟力相對較大，而這一過程實際就是利用啟閉力曲線來體現(xiàn)人機要求。

第三，啟閉力優(yōu)先級方面的人機要求分析。針對一級優(yōu)先級要求，主要是避免汽車尾門處于低溫環(huán)境（-30℃）時，尾門開啟同樣具有避免自由下落的保持力，也就是在開啟汽車尾門后，汽車所處的最低溫環(huán)境不能大于-30℃，才能避免尾門在重力和溫度作用下自動關(guān)閉。這一情況詳見圖2中的曲線1所示，發(fā)現(xiàn)完全開啟尾門后，手部關(guān)閉力需要大于等于20N。針對二級優(yōu)先級要求，主要是確保啟閉力曲線的關(guān)閉能量適宜。當溫度較低時，關(guān)閉汽車尾門所需的能量較大;當溫度較高時，關(guān)閉汽車尾門所需的能量相對較小。例如在圖2中，尾門優(yōu)化設計后，所選的啟閉力曲線主要是曲線1和3，在零下30℃與60℃時的關(guān)閉能量最佳，預防由于溫度過低而導致車輛難以啟動的問題，以及在爆嗮環(huán)境下預防出現(xiàn)開啟過易。針對三級優(yōu)先級要求而言，主要是盡可能地減少最大關(guān)閉力，關(guān)閉力的變化過程的由大致小，尤其是高溫時，最大關(guān)閉力較大，按照我國的環(huán)境溫度現(xiàn)狀，20℃下的啟閉力需要采用曲線2，因此，常溫20℃下的關(guān)閉力在60N之內(nèi)，避免日常使用出現(xiàn)尾門關(guān)閉困難，例如在上圖中，在80℃時，關(guān)閉力曲線發(fā)生了峰值，那么就表示此時若需要關(guān)閉汽車尾門，其最初的需力較小，且在閉合時需加大力度，方能達到閉合的目的，這與我們的實踐操作習慣上相悖的，可能出現(xiàn)由于關(guān)閉力不足而導致關(guān)閉尾門失敗，但是我國不用考慮處于80℃下的極限工況。而針對四級優(yōu)先級要求而言，主要是預防開啟時施力形成過高而導致操作上的不適。在圖2中，不難發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律，每條開啟力曲線的自動開啟的臨界點就是人手操作力為0時相交的交點，此時的尾門開啟角度能轉(zhuǎn)化成尾門開啟把手的離地高度。在開啟過程中，若手抬得過高，將導致操作不適，所以這一人機要求與尾門把手位置的布置存在一定關(guān)聯(lián)，按照我國環(huán)境溫度現(xiàn)狀，主要是選取曲線6，在零下10℃的環(huán)境下，尾門能自動開啟時的把手高度適宜。

3 總布置方案的設計思路

在人機工程下的汽車尾門總布置方案設計中，為彰顯其設計的人機交互性，便于對汽車尾門的啟閉操作，優(yōu)化開口尺寸，滿足后視野需求，需要綜合分析不同方案的截面，所以在確定總布置方案時，需要在新車型開發(fā)初期就要協(xié)調(diào)好各方，切實加強與相關(guān)專業(yè)之間的交流，做好不同科室的對接，采取科學方案，對汽車造型模型進行優(yōu)化，采用數(shù)字化的方案呈現(xiàn)樣車，再利用仿真模擬軟件，對得到的數(shù)字化樣車的各方面是否具有較強的人機性、科學性進行檢查，避免存在互相碰撞的情況，同時根據(jù)模擬得到的結(jié)果和實際需求，針對性的加強對其設計參數(shù)的優(yōu)化。在具體的優(yōu)化過程中面積要做好氣彈簧參數(shù)的設計，又要根據(jù)三種不同的等級要求，對布置方案進行優(yōu)化和完善，以盡可能地滿足汽車尾門的人機要求。

4 總布置方案的設計流程

結(jié)合上述分析和實際設計工作來看，在確定總布置方案設計流程時，需要切實發(fā)揮人機工程優(yōu)化的作用，并在車型開發(fā)中加強對其的應用。例如圖3為某兩廂車的總布置方案設計流程，為我們在汽車尾門設計提供了更多地思考，尤其是在人機交互方面的設計，需要作為未來車型設計的重點所在，并緊密結(jié)合實際需求和定位，切實加強對其的設計，才能更好地提高汽車尾門布置方案的科學性與合理性。

5 結(jié)語

綜上所述，在汽車尾門總布置方案設計中，應始終基于人性化和安全化的視角，切實注重人機交互性的提升，以人機工程為導向，切實加強人機要求分析的基礎(chǔ)上，做好方案的設計與優(yōu)化，以更好地提升車品的競爭力。

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