某中型純電動廂式貨車開發(fā)的上車體總布置設計

關鍵詞：廂式貨車；駕駛艙；總布置；視野；上下車便利性；操縱件

中圖分類號：U463.84 文獻標識碼：A

0 引言

廂式貨車一般指廂式運輸車，是一種具有封閉式貨物運輸空間的商用車輛，其貨廂空間可運輸各類貨物及物品。貨廂按車身結(jié)構(gòu)形式可以分為獨立式封閉結(jié)構(gòu)貨廂（指貨廂和駕駛室單獨分開）和整體式封閉結(jié)構(gòu)貨廂（指貨廂和駕駛室車身連成一體，中間用隔板分開）。隨著電商群體直播帶貨的興起，品類繁多的商品交易使得廂式貨車的貨運量呈現(xiàn)出翻倍式的增長，給廂式貨車的市場發(fā)展帶來了新的機遇。結(jié)合國家低碳環(huán)保智慧出行政策，純電動廂式貨車的發(fā)展相較于傳統(tǒng)燃油廂式貨車有著更大的優(yōu)勢。

根據(jù)資料顯示，市場上暢銷的新能源物流車型主要為微型車和輕型車，其中在市場上銷量較多的是微面車型，輕卡車型市場銷量占比不足5%，電動微面在新能源物流車型市場上處于絕對主導地位[1]。目前中型純電動廂式貨車市場，包含傳統(tǒng)主機廠商奇瑞商用車開瑞系列、吉利商用車遠程星享系列以及上汽大通系列等，市場占有率都不高。可以預測，中型純電廂式貨車在未來新能源物流車市場中具有非常大的競爭潛力。

1 上車體總布置設計

從整車結(jié)構(gòu)來看，廂式貨車上車體的劃分指的是外部從A 柱及前風擋至尾部后蒙皮，內(nèi)部從前部防火墻往后及地板以上部分，統(tǒng)稱為上車體區(qū)域。上車體根據(jù)使用功能又分為駕駛艙、乘員艙和貨廂（行李艙）三部分，本文以駕駛艙和貨廂兩部分開展布置設計。

駕駛艙布置設計內(nèi)容包含人體設計、視野校核、上下車便利性校核以及操縱件布置校核；貨廂布置主要以市場輸入的貨廂容積目標為限制，在此基礎上要滿足貨廂貨物取放的便利性、上下車便利性。本文以某款中型廂式貨車開發(fā)為舉例，對上車體總布置設計過程中的內(nèi)容進行分析，為后續(xù)廂式貨車的開發(fā)提供布置參考。

2 駕駛艙布置設計

2.1 人體設計內(nèi)容及過程分析

2.1.1 人體設計內(nèi)容

人體設計主要是指駕駛員人體姿態(tài)設計，以保證駕駛員駕乘車輛時，乘坐姿態(tài)舒適，視野開闊，操作便利。人體設計的關鍵是人體硬點的布置。人體硬點指的是SgRP 點（座椅參考點）、SWC 點（方向盤中心點）及AHP 點（加速踏板腳跟踵點），人體硬點釋義見SAE J1100—2009《機動車輛尺寸》（Motor VehicleDimensions）[2]。根據(jù)市場調(diào)研競品車型，并參考現(xiàn)有開發(fā)車型，通過與競品車型進行實車駕駛室人體坐姿評審，初步定義人體姿態(tài)基礎參考現(xiàn)有開發(fā)車型，并以此為基礎，優(yōu)化設計過程中的人體姿態(tài)，以達到人體預定設計目標。通過改制廠內(nèi)某MPV 基礎車型樣車，組織總布置團隊人員實車評審驗證理論人體設計模型是否滿足人機要求。

2.1.2 人體設計過程分析

人體布置前期，為降低廂式貨車整車開發(fā)成本，優(yōu)先考慮借用公司現(xiàn)有已開發(fā)部件或市場上的成熟部件。人體各個硬點定義及人體各關節(jié)角度如圖1 所示。人體坐姿高H30 參考基礎車型設定為335 mm ；駕駛員靠背角度A40 設定為16.00°。人體在X 向布置上盡可能保證貨廂載貨空間的長度最大化，將SgRP 點水平前移50 mm，犧牲駕駛員的有效腿部空間。加速踏板及制動踏板借用量產(chǎn)車型部件，踏板位置參考公司內(nèi)部的基礎車型不做調(diào)整；人體腳跟踵點AHP 點同基礎車型一致。轉(zhuǎn)向管柱借用現(xiàn)有成熟部件，方向盤角度A18 設定為30.00°，方向盤中心點SWC 點布置可參考以下公式確定[3] ：

L6=640.10-0.10352×（H30）- 0.0005×（H30）²（ 1）

H17=405.17+0.8715×（H30） （ 2）

鞋平面角度A47 可參考以下公式確定[3] ：

A47=78.96-0.015×（H30）-0.0001738×（H30）²（ 3 ）

式中：L6 是指方向盤中心SWC 點至BOF 點X 向距離數(shù)值（BOF 點：鞋面中心線上距AHP 點203 mm 處的一個參考點），單位mm；H17 是指方向盤中心SWC 點至AHP 點的垂直距離數(shù)值，單位mm ；A47 指鞋底平面角度數(shù)值，單位° ；H30 為坐姿高度數(shù)值，單位mm。

人體各關節(jié)角度如表1 所示，各關節(jié)角度值在推薦范圍內(nèi)，且通過基礎樣車改制座椅位置后評審驗證，可接受該位置人體設計。

2.2 視野校核內(nèi)容及過程分析

2.2.1 視野校核內(nèi)容

視野指的是駕駛員的視野。駕駛員的視野可以分為直接視野和間接視野。直接視野是指駕駛員能夠通過眼睛直接觀察到目標物體，并獲取到目標物體視野，不需要借助間接部件就可以直接獲取到的視野。相反，間接視野是指駕駛員的眼睛需要借助外部部件間接觀察到目標物體，才能夠獲取到目標物體的視野。

直接視野可分為駕駛員前方視野、駕駛員前后上下視野、駕駛員側(cè)視野、交通信號燈視野、組合儀表視野和前風擋A/B 區(qū)視野。間接視野可分為外后視鏡視野和內(nèi)后視鏡視野。以下為某廂式貨車視野設計過程分析，以駕駛員前方視野、駕駛員前后上下視野、前風擋A/B 區(qū)視野和外后視鏡視野分析為例。好的視野設計，能有效緩解駕駛員眼睛疲勞，給行車安全帶來一定的好處。

2.2.2 視野校核過程分析

駕駛員前方視野校核，可以按照國家強制性標準GB 11562—2014《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》要求的內(nèi)容進行校核分析[4]。根據(jù)標準要求，駕駛員前方視野校核內(nèi)容有：前擋風窗玻璃透明區(qū)基準點校核、A 柱障礙角校核、駕駛員前方180°視野校核以及“S”區(qū)遮擋率校核。

前擋風玻璃透明區(qū)基準點是根據(jù)駕駛員V1 和V2 眼點繪制，具體繪制方法在標準中有具體描述。基準點要求必須在前擋風玻璃的透明區(qū)域內(nèi)，不允許基準點被前擋風玻璃的黑邊或花邊遮擋。經(jīng)校核確認，該廂式貨車前擋風玻璃透明區(qū)域滿足基準點要求。

由于開發(fā)的廂式車型屬N1 類車，N1 類車型對A 柱障礙角的角度沒有最小限制（M1 類乘用車最小限制為≤ 6.00°）。但考慮到未來車型平臺開發(fā)，此N1 類車的A 柱障礙角要求參照乘用車標準要求≤ 6.00°設計。通過對標車A 柱障礙角角度測量，設定設計車型A 柱障礙角度值要求≤ 5.60°。通過前期總布置輸出A 柱障礙角限制面限制造型CAS 面，在造型發(fā)布內(nèi)外飾造型CAS數(shù)據(jù)前，校核A 柱CAS 造型是否滿足總布置要求。經(jīng)校核，造型CAS 面A 柱障礙角為5.95°，不滿足總布置設定要求。經(jīng)和造型、車身、附件等區(qū)域溝通，達成一致更改意見，造型CAS 面調(diào)整更改后，由總布置校核A 柱障礙角為5.60°，滿足總布置要求，A 柱障礙角對標參數(shù)如表2 所示。

駕駛員前方180°視野校核，要求在前方180°視野限制面區(qū)域內(nèi)，除了A 柱、固定或活動的排氣通風口、三角窗分隔條、車外無線電天線、后視鏡和風窗玻璃刮水器等造成的障礙外，不得有其他障礙[4]。前方180°視野限制面通過駕駛員V1 和V2 眼點繪制，具體繪制方法在標準中有具體描述，此處不再贅述。經(jīng)限制面校核，開發(fā)車型駕駛員前方180°視野滿足要求（圖2）。

根據(jù)標準，“S”區(qū)遮擋率要求≤ 20.0%?！癝”區(qū)的制作根據(jù)駕駛員V2 眼點繪制，通過A 柱、附件及外后視鏡等部件遮擋計算遮擋率。經(jīng)校核，“S”區(qū)遮擋率為12.8%，滿足標準要求。

駕駛員前后上下視野，是指在駕駛員中心Y 平面上，抽取95% 中間眼橢圓輪廓并投影至駕駛員中心Y 平面上。從投影的眼橢圓輪廓線上方做切線至前擋玻璃上部花邊或頂棚等部件，該切線稱之為駕駛員前上視野線，和水平線的夾角稱為駕駛員前上視野；從投影的眼橢圓輪廓線下方做切線至前擋玻璃下部花邊或儀表板等部件，該切線稱之為駕駛員前下視野線，和水平線的夾角稱為駕駛員前下視野。經(jīng)分析，廂式貨車駕駛員前上下視野分別為18.80°和7.80°。駕駛員前后上下視野對標參數(shù)如表3 所示，可以看出，設計車型視野優(yōu)于對標車。

前風擋A/B 區(qū)視野，主要校核是否有障礙物侵入A/B 區(qū)，障礙物包含各零部件及中控屏幕、組合儀表及儀表臺特征等反射到前風擋的虛像。A/B 區(qū)的劃分參照國家強制性標準GB 11555—2009《汽車風窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗方法》[5] 進行繪制，經(jīng)校核分析部件及部件在前風擋玻璃上反射的虛像，組合儀表和中控屏幕在前風擋反射虛像在B 區(qū)以上（圖3）。前風擋A/B 區(qū)沒有被前風擋上投影的虛像遮擋，說明前風擋A/B 區(qū)人機視野較好，不容易干擾駕駛員前方視線。

外后視鏡視野是駕駛員在行車過程中通過外后視鏡獲取車輛后部兩側(cè)路況信息的視野。基于廂式貨車的開發(fā)策略信息，借用現(xiàn)有車型外后視鏡進行布置，參照國家強制性標準GB 15084—2022《間接視野裝置性能和安裝要求》[6]，由于鏡片及鏡殼都是成熟零件，不需要另外校核鏡片曲率及尺寸大小，在布置時需要考慮外后視鏡鏡片位置不能被前門腰線遮擋視線，且不能遮擋住標準要求觀察到的視野。通過調(diào)整外后視鏡前后左右位置，盡量保證后視鏡殼體下部同腰線齊平。

初步定好一個位置后，通過UG 軟件中車輛設計自動化模塊，用后視鏡認證命令進行校核。先選擇駕駛員SgRP 點，設置好鏡片曲率為1 260 mm（在新設計車型時，建議曲率為1 320 mm）；選擇鏡片后部的旋轉(zhuǎn)中心為指定樞軸點，鏡片內(nèi)側(cè)的最高點為主點；選擇地面寬度點。通過外后視鏡認證分析，會得到一個理想的外后視鏡鏡片位置。然后再進行一次外后視鏡調(diào)整，把外后視鏡調(diào)整到剛剛得到的鏡片理想位置。再次校核外后視鏡鏡片位置，滿足標準要求。

外后視鏡視野遮擋率主要校核前排乘客側(cè)。經(jīng)校核，車身視野遮擋區(qū)域至右側(cè)外后視鏡視野標準規(guī)定區(qū)域間隙有64 mm，對后視鏡標準規(guī)定區(qū)視野無遮擋（圖4）。

2.3 上下車便利性校核內(nèi)容及過程分析

2.3.1 上下車便利性校核內(nèi)容

上下車便利性校核主要校核乘員在進出車輛門洞時，頭部和腿部是否有碰頭和蹭腿的現(xiàn)象，或者軀體是否有明顯的不適感。以SgRP 點為基準，從X、Y、Z 這3 個方向上對門洞尺寸進行校核分析。

2.3.2 上下車便利性校核過程分析

參照基礎車型門洞尺寸，前排X 向尺寸從SgRP 點至前門洞前部距離、SgRP 點至前門洞后部距離和前排腿部進入寬度L18這3 個尺寸限制門洞大小。Y 方向主要限制SgRP 點至側(cè)圍外板距離。Z 方向從SgRP 點至地面高度H5、SgRP 點至門洞上部距離H11、SgRP 點至H11 前傾15.00°和門洞上部交點的距離以及前門門檻離地高度H130 這4 個尺寸限制門洞大小。設計前期通過對標門洞尺寸參數(shù)，限制門洞大??；在整車數(shù)據(jù)發(fā)布前，門洞尺寸需通過總布置虛擬評審。經(jīng)工作樣車（OTS）驗證，前門上下車便利性滿足人機要求，前門門洞尺寸對標參數(shù)如表4 所示。

2.4 操縱件布置校核內(nèi)容及過程分析

2.4.1 操縱件布置校核內(nèi)容

廂式貨車駕駛室操作件有換擋、駐車制動、組合開關、多功能開關、玻璃升降器開關、門內(nèi)開扣手和遮陽板等。操縱件布置位置不應突兀，常用電器開關應集中布置，要求方便觸及且直接可視；換擋及駐車制動布置不能影響主副駕座椅平整性，且不侵占主副駕中間過道位置。

2.4.2 操縱件布置校核過程分析

廂式貨車駕駛室需要考慮主副座椅坐墊之間要保持平整，方便駕駛員路邊停車能平躺休息，因此布置零件不能凸出坐墊。布置換擋和駐車制動操作件時，換擋采用電子旋鈕布置于副儀表板前部，駐車制動操作手柄初始位置布置于坐墊前端平面以下位置（圖5）。門飾板主要布置門內(nèi)開扣手，扣手位置應在前門手輕松觸及區(qū)域。玻璃升降器開關布置于副儀表板處，換擋操作旋鈕初始位置不應遮擋手操作玻璃升降器開關的路徑。點火開關操作路徑不應被儀表板遮擋，組合開關上部距方向盤軸向間隙保證在（100±5）mm 內(nèi)。常用開關按鍵布置在手伸觸及范圍內(nèi)，例如空調(diào)控制器按鍵、危險警告燈按鍵、燈光調(diào)節(jié)開關以及駕駛模式按鍵等。廂式貨車駕駛室操縱件布置經(jīng)總布置小組成員虛擬數(shù)據(jù)評審，符合人機布置要求。在OTS 樣車階段，實車評審也沒問題。

3 貨廂布置內(nèi)容及過程分析

3.1 貨廂布置內(nèi)容

貨廂布置要考慮大載貨空間、低門檻以及貨廂門洞開口大等方面?；趲截涇囀袌稣{(diào)研輸入，定制載貨空間目標。

3.2 貨廂布置過程分析

中型廂式貨車載貨空間要求≥ 7 m?。根據(jù)前排座椅布置，初定后隔板位置，通過調(diào)整貨廂內(nèi)部長寬高尺寸，滿足載貨空間要求。通過設計開發(fā)過程中和各相關區(qū)域溝通協(xié)調(diào)，最終確定貨廂內(nèi)部長寬高尺寸為3 050 mm×1 605 mm×1 435 mm。受限于后懸架跳動包絡和驅(qū)動電機的布置，貨廂地板離地609 mm。尾門門洞寬度和側(cè)滑移門開度參考對標車參數(shù)設計，設計目標優(yōu)于對標車。貨廂布置參數(shù)如表5 所示，經(jīng)驗證，設計車型貨廂布置整體基本優(yōu)于對標車。

4 結(jié)束語

綜上所述，對某中型純電動廂式貨車上車體總布置內(nèi)容進行剖析，每部分布置內(nèi)容有具體的分析方法和對標參數(shù)參考。隨著中型純電廂式貨車市場需求不斷擴大，新的純電廂式貨車開發(fā)可借鑒本文中的布置內(nèi)容作參考。

作者簡介：

徐海棟，本科，助理工程師，研究方向為整車上車體總布置布置。