汽車尾門摳手人機工程提升研究

周福全、陳開建、黃維琨

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

對于非電動式汽車尾門，乘員在關閉尾門時施力的部件稱作尾門摳手或拉手。尾門摳手為盒狀結構，裝配在尾門飾板或尾門鈑金上。尾門拉手為棒狀結構，由拉手骨架和拉手蓋板組成。由于尾門拉手需開發(fā)2 個零件，成本相對較高，并且拉手骨架與拉手蓋板間異響風險高，因此目前大部分非電動式汽車尾門都使用尾門摳手。

本司某新車型在試制階段對車輛進行人機評審時發(fā)現，使用尾門摳手關閉尾門時，尾門關門力大且尾門摳手易滑手，導致關閉尾門困難，操作人機工程差。該問題極易引起客戶抱怨，需在車型量產前解決。工程師針對問題從不同角度進行原因分析，并提出了相應的改進措施，確保從根源上解決問題。

1 原因分析

該車型尾門摳手操作人機工程差，主要體現在使用尾門摳手關閉尾門時，手指易從尾門摳手中滑出，導致關門困難。在從人、機、料、法、環(huán)5 個維度進行分析后，找到6 個導致該問題的直接原因。

1.1 尾門摳手抓握面與水平面角度不合理

尾門開啟后，尾門摳手開口一般朝車后方向，尾門摳手靠近地面的一面為抓握面，抓握面與水平面的夾角是決定尾門摳手是否易滑手、操作是否舒適的關鍵因素。此夾角與尾門摳手布置位置、尾門開啟角度有關，通過3D 數?？蓽蚀_模擬出尾門開啟后尾門摳手抓握面與水平面的夾角。一般來說，尾門摳手抓握面基于水平面上傾時，角度為正值，反之為負值。

該車型尾門開啟后，尾門摳手抓握面與水平面夾角為+6.8°，即尾門摳手抓握面相對與水平面上傾，因此手指施力在尾門摳手抓握面上關閉尾門時，手指會順著抓握面下滑，導致施力困難，手指易滑出。若尾門摳手抓握面下傾，手指則不易滑出，此時尾門摳手抓握面與水平面夾角為負值。通過測量某幾款已量產車型該夾角數值（表1），當夾角為負值時，均未出現尾門摳手易滑手問題，在關門過程中手指能緊貼在尾門摳手抓握面上。因此尾門摳手抓握面與水平面夾角不合理，是尾門摳手易滑手的主要原因。

表1 已量產車型尾門摳手抓握面與水平面夾角

1.2 尾門摳手抓握面無抓握特征

由于該車型尾門摳手與尾門飾板為一體成型，尾門摳手處利用抽芯結構出模。為避免倒扣，抓握面無法增加弧面特征，只能做一個平面，因此影響手部抓握舒適性。

1.3 尾門摳手開口尺寸不合理

尾門摳手一般為盒狀長方體，由5 個平面組成，包含3 個關鍵尺寸，即摳手的長度、寬度和深度。尾門摳手開口尺寸直接影響摳手的使用舒適性：摳手深度不足時，手部接觸面積小，不便于施力會導致滑手；摳手寬度不足時，摳手內部空間狹窄導致手部干涉；摳手長度不足時，摳手內部空間狹窄導致手部干涉。因此尾門摳手開口尺寸一般根據人體手指尺寸設計，推薦尺寸為：尾門摳手開口深度≥50 mm，開口寬度≥25 mm，開口長度≥80 mm[1]。該車型尾門摳手開口深度為45 mm，開口寬度為25 mm，開口長度為98 mm，開口深度略低于推薦值，故手指接觸面較小。因此開口尺寸不合理是導致尾門摳手易滑手的原因之一。

1.4 尾門摳手觸摸面摩擦系數低

該車型尾門摳手與尾門飾板為一體成型，但通過對比尾門摳手及尾門飾板表面皮紋發(fā)現，二者皮紋樣式不一致（圖1）。尾門飾板本體皮紋為粗皮紋（WGA011，皮紋深度90 μm），尾門摳手皮紋為細皮紋（WGF011，皮紋深度50 μm）。二者皮紋特征不一致的原因：尾門摳手觸摸面出模角度為5o（圖2），不滿足粗皮紋理論脫模角度（7o），故尾門摳手表面做細皮紋。由于細皮紋表面粗糙度小，摩擦系數低，導致尾門摳手表面較為光滑，關門過程中手指易滑出。故尾門摳手觸摸面摩擦系數低，是操作人機工程差的原因之一。

圖1 尾門摳手皮紋樣式

圖2 尾門摳手脫模角度

1.5 尾門關門力大

在找出尾門摳手相關原因后，利用控制變量法尋找其他因素，才能從根源上解決問題。針對尾門摳手開口尺寸不合理、尾門開啟后觸摸面與水平面夾角不合理以及觸摸面摩擦系數低等問題，重新設計尾門摳手并制作快速樣件裝配到實車上驗證，尾門摳手易滑手問題得到解決，但尾門關門力大，操縱舒適性并未提升。尾門關門力是由尾門左右2 根氣彈簧決定，由尾門開關門力曲線圖可以看出（圖3），溫度越高、尾門開啟角度越大，則關門力越大。

圖3 尾門開關門力曲線

在室溫下隨機抽取10 臺車測量其關門力（表2），實際關門力比理論關門力大30.0 N，并且在夏季室溫較高時關門力明顯增大。

表2 尾門關門力值

1.6 尾門摳手離地高度不合理

根據人體身高，尾門開啟后，尾門摳手離地高度推薦在1 810～1 880 mm，過低或過高都會降低操作舒適性，此高度由尾門鉸鏈離地高度和尾門開啟角度決定。尾門鉸鏈離地高度越高，尾門開啟角度越大，則尾門摳手離地高度越高。該車型尾門鉸鏈離地高度為1 378 mm，尾門開啟角度95°，尾門開啟后尾門摳手離地高度1 922 mm，高于人機工程要求值（1 810～1 880 mm）。對于部分客戶而言，這個尾門摳手離地高度值也是影響操作舒適性的。

2 尾門摳手人機工程提升措施

2.1 改善尾門摳手抓握面與水平面角度

由于設計初期考慮降低成本、減少模具開發(fā)，故尾門摳手與尾門飾板是一體成型。尾門摳手處需在模具上設計相應的斜頂與滑塊結構，因此尾門摳手抓握面與水平面角度受限于模具結構，無法按角度為負值設計[2]。為從根源上解決問題，需在尾門摳手抓握面上設計凸臺結構，因此重新設計尾門摳手結構：單獨拆分一個尾門摳手零件，在尾門摳手抓握面上設計防滑凸臺（圖4）。該凸臺將尾門摳手抓握面與水平面角度從+6.8°改為-12.0°[3]。措施實施后，尾門摳手易滑手問題得到極大改善。

圖4 尾門摳手凸臺

2.2 優(yōu)化尾門摳手抓握弧面特征

通過增加尾門摳手凸臺改善尾門摳手抓握面與水平面角度后，可以極大改善尾門摳手易滑手問題。為進一步提升尾門摳手的操作舒適性，保證乘員在使用時無硌手感，尾門摳手凸臺的設計如圖5所示。

圖5 尾門摳手凸臺設計尺寸

2.3 加大尾門摳手深度

基于重新開發(fā)尾門摳手的基礎下，可同時優(yōu)化尾門摳手深度，提升操作舒適性。該車型尾門摳手深度前期受限于模具斜頂頂出行程，僅做到44 mm，在使用過程中有手指抓握面不足，并且頂到手指前端引起的不適感。故將尾門摳手深度加深到50 mm，操作舒適性得到提升。

2.4 提高尾門摳手抓握面摩擦系數

尾門摳手從尾門飾板中單獨拆出后，抓握面出模角度可做到大于7°，因此在表面腐蝕粗皮紋，相比于細皮紋其表面摩擦系數顯著提高，滑手問題得到明顯改善。

2.5 降低尾門關門力

假設尾門氣彈簧最小支撐力為F1，它保證尾門在最大開啟角度時能支撐尾門，避免尾門下墜。F1 越大，氣彈簧的支撐性能越好，但會導致尾門關門力加大；F1 越小，對應的尾門關門力越小，同時伴隨著尾門下墜的風險，因此需要找到一個平衡點確定F1 的大小。F1 的大小與尾門重力、重力力臂長度、氣彈簧桿臂伸展時力臂長度、彈簧數量以及安裝系數有關[4]。

通過實車測量，尾門實際關門力比理論值大30.0 N，并且關門力隨著溫度升高而升高。為降低尾門關門力，將尾門氣彈簧的F1 由460.0 N 調整到440.0 N。尾門氣彈簧F1 降低后，隨機抽取10 臺車，測量其尾門關門力前后變化值（表3），關門力降低8.5 N 左右。

表3 尾門關門力值

2.6 降低尾門開啟后尾門摳手離地高度

尾門鉸鏈位置與整車車高相關，因此要降低尾門摳手離地高度，需通過調整尾門開啟角度實現，尾門開啟角度越低，尾門摳手離地高度越低。尾門開啟角度由尾門氣彈簧行程決定，可通過縮短氣彈簧行程來減小尾門開啟角度。同時，要考慮到尾門開啟角度減小后對乘員頭部空間的影響，避讓頭部觸碰到尾門。該車型在平衡尾門摳手離地高度和頭部空間需求后，將尾門開啟角度由95°降低為90°，尾門摳手離地高度由1 922 mm 降低為1 870 mm，在推薦范圍值內。尾門摳手離地高度降低后，尾門摳手操作舒適性得到提升。

3 尾門摳手人機工程提升設計總結

尾門摳手操作人機工程差是由多方面因素引起的，因此在前期設計階段應綜合考慮，并嚴格按照推薦值進行設計。對于盒狀長方體的尾門摳手，總結出如下6 點設計要求。

（1）尾門開啟后，尾門摳手抓握面尺寸與水平面夾角應為負值（即抓握面為下傾趨勢），推薦夾角在-8.0～-10.0°。

（2）尾門摳手抓握面避免設計為平直面，應增加抓握特征，并保證特征的舒適性。

（3）尾門摳手開口推薦尺寸為：開口深度≥50 mm，開口寬度≥25 mm，開口長度≥80 mm。

（4）尾門摳手抓握面推薦粗皮紋或表面粘貼一層防滑墊，不建議使用細皮紋。

（5）尾門關門力值推薦在50.0～60.0 N 之間，最大不超過65.0 N。

（6）尾門開啟后尾門摳手離地高度推薦在1 810～1 880 mm[5]。

設計過程中如上設計要求若有部分無法滿足，應在模具開發(fā)前制作快速樣件進行評審，避讓后期產生修模工作。若受限于某種條件無法進行調整，可考慮使用棒狀拉手，可從根源上解決尾門摳手易滑手問題。

4 結束語

該車型尾門摳手操作人機工程差是一個綜合性的問題，通過對該問題進行深入分析及設計改進，最終極大提升了操作舒適性，避免存在明顯設計缺陷的汽車交付到客戶手中，并且從中獲取了寶貴的經驗教訓和設計總結，給后續(xù)車型尾門摳手提供設計參考，力爭達到最優(yōu)的設計效果，提高零件一次開模成功率。