基于標(biāo)桿車型的人機工程分析

朱松 張營 王雪檸 張勝強

摘 要：文章選取了3款同級別的車型，分別為國產(chǎn)車型、德系合資車型及日系合資車型，進(jìn)行了整車基本尺寸、左A柱障礙角以及人體空間的對比及分析。通過對同級別標(biāo)桿車型的人機工程分析，為后續(xù)同類車型的開發(fā)設(shè)計提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：標(biāo)桿車;整車基本尺寸;A柱障礙角;人體空間

中圖分類號：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）13-173-04

Ergonomics Analysis Based on Benchmarking Vehicle

Zhu Song， Zhang Ying， Wang Xuening， Zhang Shengqiang

（China Automotive Technology&Research Center Co.， Ltd.， Tianjin 300300）

Abstract： The paper selects three cars of the same grade， which are domestic， German and Japanese models. In this paper， the basic dimensions of the whole vehicle， the obstacle angle of the left A-pillar and the human body space in the vehicle were compared and analyzed. By analyzing the ergonomics of benchmarking vehicle of the same grade， it can provide reference for the development and design of the following similar models.

Keywords： Benchmarking vehicle; Basic dimensions of the whole vehicle; Obstacle angle of A-pillar; Body space

CLC NO.： U467? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）13-173-04

前言

隨著國內(nèi)汽車市場的競爭愈加激烈，各大車企均致力于開發(fā)更多的產(chǎn)品系列、更快地更新?lián)Q代以搶占市場，同時根據(jù)競爭對手的技術(shù)發(fā)展路線和趨勢制定相應(yīng)的產(chǎn)品策略，這被視為改進(jìn)自身產(chǎn)品最有效的途徑之一。目前國內(nèi)車企對于標(biāo)桿車的研究和分析也越來越多，一汽、長安、上汽、吉利、奇瑞和華晨等自主品牌都有一定規(guī)模的標(biāo)桿車分析團(tuán)隊[1]。

在整車的靜態(tài)參數(shù)中，整車尺寸、A柱障礙角和人體空間等參數(shù)往往能直接影響到消費者的主觀感受。通過對比分析國產(chǎn)標(biāo)桿車型與同級別合資標(biāo)桿車型的整車尺寸、A柱障礙角和頭部、肩部、肘部及臀部空間，為后續(xù)同級別車型的人機工程設(shè)計開發(fā)提供參考。

本文選取了3款同級別的標(biāo)桿車型進(jìn)行人機工程對比分析，分別為國產(chǎn)車型A、德系合資車型B及日系合資車型C，均為市場表現(xiàn)較好的且市面價格在同一區(qū)間的轎車車型。在同一室溫環(huán)境下對整備狀態(tài)的三輛車的整車外表面、內(nèi)表面三維點云數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并借助三維H點裝置采集人機姿態(tài)的三維點云數(shù)據(jù)，根據(jù)獲得的三維點云數(shù)據(jù)計算得到以上的參數(shù)信息。

1 整車基本尺寸

根據(jù)三維點云數(shù)據(jù)分別測量三款車型的以下基本尺寸：1、整車長度，2、整車高度，3、前懸長度，4、軸距，5、后懸長度，6、整車寬度。整車基本尺寸示意圖如圖1所示。

測得的三款車型的整車基本尺寸見表1。

通過以上的測量可以發(fā)現(xiàn)，在三款車型中，國產(chǎn)車型A的整車長、整車寬和軸距都是最大的，這也符合國內(nèi)消費者重視汽車外觀尺寸和乘坐空間的習(xí)慣。

2 A柱障礙角

A柱障礙角為駕駛員向左前方或者右前方觀察時，A柱結(jié)構(gòu)造成的視野盲區(qū)。A柱障礙角越小，視野盲區(qū)越小，視野安全性越高。國標(biāo)GB 11562-2014《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》要求，每根A柱的雙目障礙角不得超過6°，對于防彈車輛，該角度不超過10°，具體測量方法如下[2]。

按圖2所示在A柱上做兩個水平截面，即：

（1）A柱S1截面：從Pm點向前作與水平面向上成2°的平面，過此平面與A柱相交的最前點作水平截面;

（2）A柱S2截面：從Pm點向前作與水平面向下成5°的平面，過此平面與A柱相交的最前點作水平截面。

將S1、S2兩截面投影在P點所在的水平面內(nèi)，雙目障礙角在該平面內(nèi)測量。

將E1和E2的連接線繞P1旋轉(zhuǎn)，使E1點至左A柱的S2截面外側(cè)的切線與E1、E2連線成直角，從E1向S2截面外側(cè)作切線，從E2向S1截面內(nèi)測作切線，從E2點作前一切線平行線，與后切線所成的平面視野角度即為駕駛員側(cè)的A柱障礙角（A柱雙目障礙角）。

正常情況下左A柱障礙角均比右A柱障礙角大，下面僅討論左A柱障礙角。左A柱障礙角示意圖如圖3所示。

其中P1、P2點代表駕駛員觀察其眼睛所在的水平面內(nèi)的目標(biāo)時頭部轉(zhuǎn)動的中心點，Pm點為通過座椅參考點的縱向鉛垂面與P1、P2連線的交點，其坐標(biāo)值均可以通過座椅參考點的坐標(biāo)計算得出;E1和E2點代表駕駛員眼睛中心的點，與P1點同在一個水平面上。

三款車型的左A柱障礙角的測量結(jié)果如表2所示?？梢钥吹紹車型的A柱障礙角最小，A車型次之，C車型A柱障礙角最大，但都在國標(biāo)要求的6°以內(nèi)。

2.1 A柱障礙角與座椅參考點位置的關(guān)系

通過對人機姿態(tài)三維點云數(shù)據(jù)的計算，可以得到座椅的行程區(qū)域，大致為平行四邊形，通過引入假人模型并進(jìn)行一系列的計算和校核之后可以得到座椅參考點（R點）坐標(biāo)，三款車型的座椅行程區(qū)域及座椅參考點在同一坐標(biāo)系下的相對位置如圖4所示。

如圖4所示，C車型的座椅參考點最靠前，B車型座椅參考點最靠后，A車型居中。三個車型座椅參考點的X向坐標(biāo)分別為：A車型RX=1374.986，B車型RX=1389.168，C車型RX=1345.604。

從表2可以看出，三款車的左A柱障礙角與對應(yīng)的座椅參考點的X向坐標(biāo)值成反比。在三款車型中，B車型的座椅參考點的X坐標(biāo)值最大，位置最靠后，A柱障礙角最小，獲得了較好的A柱視野。因此，在前期設(shè)計時可適當(dāng)將座椅參考點位置設(shè)計偏后些，減小A柱障礙角的大小。

2.2 A柱障礙角與造型結(jié)構(gòu)的關(guān)系

如圖5所示，影響S1和S2截面的因素主要有前風(fēng)擋玻璃黑邊寬度、A柱截面積、A柱內(nèi)板、A柱傾角、門框?qū)挾?、外后視鏡底座寬度和玻璃導(dǎo)槽位置等。

（1）玻璃黑邊寬度。前風(fēng)擋玻璃黑邊的作用主要是遮擋風(fēng)擋玻璃與A柱鈑金之間的密封膠及A柱內(nèi)飾板的邊界，同時提高視覺美觀性。三款車型的內(nèi)側(cè)視野線（即過E2點的與S1截面相切的切線）在與S1截面相切之前均受到前風(fēng)擋玻璃黑邊的阻擋，國標(biāo)A柱障礙角的測量方法中玻璃黑邊寬度是影響其計算結(jié)果的重要因素。有計算表明[3]，A柱鈑金截面寬度與前風(fēng)擋玻璃黑邊寬度對A柱障礙角影響程度相當(dāng)，每縮減1mm，約減小A柱障礙角0.1°。因此，在保證整車結(jié)構(gòu)安全性能的前提下優(yōu)化A柱結(jié)構(gòu)，減小A柱的橫截面積，同時減小前風(fēng)擋玻璃黑邊的寬度，均可以降低A柱阻礙的視野寬度，減小A柱障礙角。

（2）外后視鏡底座和玻璃導(dǎo)槽位置。B車型的S2截面相對外后視鏡底座和玻璃導(dǎo)槽等部位的位置較為靠上，S2截面中的外后視鏡底座和玻璃導(dǎo)槽區(qū)域較少，C車型的S2截面則是較為靠下，外側(cè)視野線（即過E1點的S2截面的切線）受玻璃導(dǎo)槽的阻擋較多，計算結(jié)果也表明C車型的A柱障礙角相對最大。因此，在前期造型設(shè)計階段，可適當(dāng)前移玻璃導(dǎo)軌、降低外后視鏡底座位置，使S2截面位置在外后視鏡底座和玻璃導(dǎo)槽之上，以減小A柱障礙角。

除了造型階段可以進(jìn)行A柱障礙角優(yōu)化，設(shè)計工藝上也可以減小A柱障礙角，例如寶馬汽車在A柱結(jié)構(gòu)中加入鋼管，在不降低A柱性能的前提下進(jìn)一步減小A柱腔體面積，沃爾沃汽車SCC采用“掏空”技術(shù)，在樹脂玻璃中填充一些三角鋼鐵，增加風(fēng)擋玻璃的強度，最大限度地提高行駛安全性[4]。

3 人體空間

根據(jù)SAE J 1100-2009 Motor Vehicle Dimensions[5]對于人體空間的定義，計算三款車型的頭部、肩部、肘部及臀部空間。

（1）頭部空間。頭部空間的定義為通過座椅參考點的垂線向后偏轉(zhuǎn)8°，與第一個限制面（頂內(nèi)襯、飾條、天窗罩等）的交點之間的距離再加上108mm。

（2）肩部空間。該測量區(qū)域位于車門水切所在水平面與座椅參考點上方254mm水平面之間（在通過座椅參考點的X平面上），為車門內(nèi)飾之間的最短Y向距離（不考慮車門拉手）。

（3）肘部空間。該測量在通過座椅參考點的X平面上進(jìn)行，該平面在座椅扶手上截面線的最高點上方30mm處取一點，通過該點的Y向平行線與左右車門內(nèi)表面交點之間的距離即為肘部空間。如果沒有扶手，則在座椅參考點上方180mm處進(jìn)行測量。

（4）臀部空間。臀部空間定義為測量區(qū)域內(nèi)左右車門內(nèi)表面或者側(cè)圍內(nèi)飾板表面之間的最小橫向距離。在座椅參考點下方25mm、上方76mm、前方76mm和方76mm處做平面，這四個平面組成了橫截面為101mm×152mm的方柱，該方柱與左右車門內(nèi)表面或者側(cè)圍內(nèi)飾板表面（不考慮座椅表面）相交的距離座椅參考點最近的左右兩點之間的Y向距離即為臀部空間。

三款車型的頭部、肩部、肘部及臀部空間測量結(jié)果見表3。

如表3所示，在測量的人體空間的8個參數(shù)中，國產(chǎn)車型A有3項排名為第二位，5項排名為最高，其中前后排的肩部空間和臀部空間均為最高，這也與A車型的整車寬度最大的測量結(jié)果相對應(yīng)。車型A的整車高度為最低，但其前后排的頭部空間排均在第二位，且與排名第一位的差距并不大。這表明國產(chǎn)車型A在同級別的競品車型中有較好的人機空間布置，可獲得較好的乘坐空間感受。

4 結(jié)論

本文從整車基本尺寸、A柱障礙角和人體空間方面對比分析了市場表現(xiàn)相對較好的某國產(chǎn)品牌車型、德系合資品牌車型及日系合資品牌車型等3款同級別轎車，通過對比發(fā)現(xiàn)座椅參考點位置、玻璃黑邊寬度、外后視鏡底座和玻璃導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)等均能影響A柱障礙角的大小。在三款車型中國產(chǎn)車型的綜合表現(xiàn)相對較好，尤其車內(nèi)人體空間更大，更符合國內(nèi)消費者對于乘坐空間要求相對較高的需求。隨著汽車市場的競爭愈加激烈，為了搶占更多的市場，各大汽車廠家對于標(biāo)桿車型投入的的分析和研究也越來越多。學(xué)習(xí)借鑒標(biāo)桿車型的優(yōu)點、同時也產(chǎn)生自身的突出亮點以形成競爭優(yōu)勢，對于自主品牌車企來說顯得更加重要。

參考文獻(xiàn)

[1] 王隆宇，王帥.整車競品分析流程和方法[J].汽車實用技術(shù)，2018? ?（04）：168-170.

[2] GB 11562-2014，汽車駕駛員前方視野要求及測量方法[S].北京，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[3] 王宇，方磊，丁立杰，路勝利.乘用車A柱障礙角的控制與分析[J].南方農(nóng)機，2017，48（15）：146-148.

[4] 王曉杰，安剛，朱會文，張慧卿.汽車A柱障礙角優(yōu)化分析[J].北京汽車，2017（05）：44-46.

[5] SAE J1100-2009 Motor Vehicle Dimensions. Society of Automotive Engineers.2009.