儀表板人機工程校核方法

趙志勇，潘 旭，蔡懷玉，張萬象

(1.浙江吉利汽車研究研究有限公司；2.英悅汽車技術(shù)(上海)有限公司；3.杭州電子科技大學(xué))

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汽車機械

儀表板人機工程校核方法

趙志勇1，潘 旭2，蔡懷玉3，張萬象1

(1.浙江吉利汽車研究研究有限公司；2.英悅汽車技術(shù)(上海)有限公司；3.杭州電子科技大學(xué))

根據(jù)本公司一款車型簡要介紹儀表板人機工程手伸界面畫圖法和自動生成法、儀表板腿部空間、雜物箱空間校核方法、目的、要求。

儀表板手伸界面；包裝因子；眼橢圓；H點；R點；HR平面；儀表板手伸界面校核方法；步驟；儀表板腿部空間；雜物箱校核的目的；方法；要求

1 引 言

儀表板是非常獨特的集安全性、功能性、舒適性與裝飾性于一身的部件，儀表板因其得天獨厚的空間位置，使愈來愈多的操作功能分布于其中，在儀表板設(shè)計過程中，為保證儀表板滿足相關(guān)法規(guī)要求，為駕駛員提供安全舒適的駕乘環(huán)境，必須進(jìn)行相關(guān)人機工程校核。

2 儀表板人機工程校核所需基礎(chǔ)定義

2.1 儀表板手伸及界面

汽車駕駛員的手伸及界面是指以正常駕駛姿勢坐在座椅中，身系安全帶、右腳支承于加速踏板踵點上，一手握住方向盤時另一手所能伸及的最大空間界面。駕駛員手伸及界面是形如橢球的空間曲面，如圖1所示。

圖1 手伸及界面示意圖

2.2 綜合包裝因子G

表示特定車輛的駕駛員座椅布置的幾何特征的一個指數(shù)值，它是一個提供車輛工作區(qū)幾何空間的數(shù)量指標(biāo)的綜合變量。通過將毫米級的主要包裝尺寸帶入公式可以得到供車輛使用的G值，如圖2和表1所示。由公式(1)計算綜合包裝因子G。

G=0.003 27(H30)+0.002 85(H17)-3.21

(1)

圖2 人體坐姿示意圖

符號尺寸名稱人體坐姿參數(shù)H17相對于AHP的方向盤中心Z675．9H30相對于AHP的座椅參考點Z前向312L53相對于AHP的座椅參考點X前向775．4

2.3 眼橢圓

眼橢圓是眼睛和橢圓的合成詞，是指不同身材駕駛員按自己的意愿將座椅調(diào)到適合位置,并以正常的駕駛姿態(tài)入座后,其眼睛位置在車內(nèi)坐標(biāo)系統(tǒng)中的統(tǒng)計分布圖形。

2.4 H點

H點是指二D或三D人體模型樣板中人體軀干與大腿的連接點即胯點(Hippoint)，H點位于二維或三維模型的兩側(cè)H點標(biāo)記鈕間的裝置的中心線上，2D假人作為H點設(shè)計參考，3D假人用于實際H點測量。

2.5 R點

“R點”即“乘坐基準(zhǔn)點”，是指制造廠規(guī)定的設(shè)計H點，該點：

(1) 確定了由制造廠規(guī)定的座椅每個設(shè)計乘坐位置的最后面的正常駕駛和乘坐位置，它考慮了所有座椅可能調(diào)節(jié)狀態(tài)(水平、垂直及傾斜)；

(2) 具有相對于所設(shè)計的車輛的結(jié)構(gòu)建立的坐標(biāo)；

(3) 模擬人體軀干和大腿鉸接中心位置；

(4) 做為安放二維人體樣板的參考點。

2.6 手操作空間范圍參考平面(HR平面)

橫向跨越車輛的參考平面(X-平面)，HR平面的水平位置由公式(2)得到：

HR=786-(99)G，mm

(2)

2.7 男女駕駛員比例

根據(jù)車輛的目標(biāo)客戶群體定位而得出的男女駕駛員比例，分為50/50、75/25、90/10三種，一般大型SUV男女駕駛員比例選擇90/10，小型A級車則選擇50/50。

2.8 可達(dá)包絡(luò)面參考平面

位于車輛內(nèi)部的包絡(luò)面以一套正交參考平面為基準(zhǔn)：一個穿過SgRP的Z平面、HR平面(X平面)，以及一個穿過C/LO的Y平面，如圖3所示。

圖3 手伸界面示意圖

3 儀表板人機工程校核的內(nèi)容

3.1 儀表板駕駛員手伸及界面

3.1.1 儀表板駕駛員手伸及界面校核目的

通過對駕駛員手伸及界面的校核，檢查儀表板上的手操作鈕件、桿件、開關(guān)等位置是否在駕駛員手伸及的范圍之內(nèi)，使駕駛員在駕駛過程中最低限度的減少操作錯誤頻率，進(jìn)而達(dá)到安全駕駛的目的。

3.1.2 儀表板駕駛員手伸及界面校核方法

校核方式分為畫圖校核法和軟件自動生成法。畫圖校核法通過CATIA軟件實現(xiàn)，自動生成法通過UG軟件實現(xiàn)。

(1)儀表板駕駛員手伸及界面畫圖校核法(CATIA軟件)

①儀表板駕駛員手伸及界面畫圖輸入條件

儀表板CAS數(shù)據(jù)、SgRP點坐標(biāo)及總布置中H17、H30、L53的值，如表2所示。

表2 人體坐姿參數(shù)

②儀表板駕駛員手伸及界面畫圖校核步驟

a 根據(jù)1.2. 綜合包裝因子G =0.032 7(H30)+0.002 85(H17)-3.21 ；計算G值。

b 根據(jù)G值，在標(biāo)準(zhǔn)SAE J287中選擇相應(yīng)的表格，如圖4所示。

圖4 SAE J287示意圖

c 根據(jù)總布置確定的男女駕駛員比例選擇SAE J287中相應(yīng)的表格，如圖5所示。

圖5 SAE J287示意圖

d 將儀表板CAS面數(shù)據(jù)調(diào)入CATIA軟件中，如圖9所示。

e 將整車SgRP點X、Y、Z輸入到CATIA中，如圖6所示。

f 將整車坐標(biāo)置換到SgRP點上，如圖7所示。

圖6 SgRP點示意圖

圖7 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

g 根據(jù)在SAE J287中選擇的相應(yīng)表格，將第一條邊界線上的X、Y點輸入到CATIA中，如圖8所示。

h 以此類推，將第一條邊界線上的所有X坐標(biāo)點輸入到CATIA中，如圖9所示。

圖8 輸入SAE J287相應(yīng)的坐標(biāo)點

圖9 輸入SAE J287相應(yīng)的坐標(biāo)點

i 通過CATIA中的“樣條曲線”命令，將所有點一次連接，如圖10所示。

圖10 手伸界面樣條曲線

j 將曲線群編輯成曲面，并前后各偏置50 mm，如圖11所示。

圖11 將所作曲線編輯成曲面手伸界面

k 生成的三個曲面得到手伸界面的三個面：單指操作界面、三指操作界面如、全握操作界面。

(2)儀表板駕駛員手伸及界面自動生成法(UG軟件)

①儀表板駕駛員手伸及界面自動生成法(UG軟件)輸入條件

儀表板CAS面數(shù)據(jù)、SgRP點坐標(biāo)及總布置中A40、A42、H30、L53、L11、H17、W9、A18的值，如圖12所示。

②儀表板駕駛員手伸及界面自動生成法(UG軟件)校核步驟

a 打開“手可觸及區(qū)域”,點擊“下一步”命令；

圖12 輸入條件2D示意圖

b 選擇約束系統(tǒng)類型和男女比例，點擊“下一步”命令；

c 將相應(yīng)的總布置參數(shù)輸入到對話框內(nèi)，擊“下一步”命令；

d 將相應(yīng)的總布置參數(shù)輸入到對話框內(nèi)，擊“下一步”命令；

e 設(shè)置手伸及界面的顏色，擊“精加工”命令；

f 軟件根據(jù)輸入的相應(yīng)參數(shù)，自動生成手伸及界面；如圖13所示；

圖13 UG手伸及界面自動生成

3.2 儀表板腿部空間

3.2.1 校核目的

保證駕駛員或乘員有舒適的乘坐空間并在碰撞時最大限度的減少對乘員的傷害。

3.2.2 校核方法

腿部空間分兩個測量區(qū)域，人體腿部與儀表板的X向間隙及Y向間隙，如圖14所示。

圖14 膝部空間示意圖

(1)駕駛員側(cè)腿部間隙校核

將95百分位三維假人放置到正常駕駛位置，將左腳分別放在離合器位置和歇腳板位置，右腳分別放在油門踏板和制動踏板位置，分別測量小腿表面與儀表板外表面的X向及Y向間隙。

(2)副駕駛員側(cè)腿部間隙校核

將95百分位三維假人放置到正常駕駛位置，測量小腿表面與儀表板外表面的X向及Y向間隙。

3.2.3 儀表板腿部空間要求

駕駛員及副駕駛員在正常乘駕位置小腿與儀表板X向間隙最小為70 mm，Y向與儀表板或副儀表板表面不能有干涉。

3.3 儀表板雜物箱空間校核

3.3.1 儀表板雜物箱空間校核目的

驗證雜物箱是否滿足一般存放物品要求，并且能夠使乘員在正常乘坐位置使用。

3.3.2 儀表板雜物箱空間校核方法

(1)儀表板雜物箱空間儲物校核

將車輛用戶手冊、車輛檔案等類似文件放入雜物盒并關(guān)閉，文件在雜物盒內(nèi)無干涉狀態(tài)，雜物盒開閉順暢(具體文件需在設(shè)計前期定義考慮)。

(2)儀表板雜物箱空間開閉校核

①打開極限位置校核；將雜物箱開啟到最大開度位置，量取雜物箱蓋內(nèi)壁與儀表板雜物箱開口處的最小間隙A，并檢查雜物箱蓋與SAE 95%的假人腿部是否有干涉，如圖15所示。

②打開過程校核；在catia運動分析模塊將雜物盒的開啟過程進(jìn)行模擬分析，對運動過程中與周邊件尤其是側(cè)門護(hù)板的最小間隙進(jìn)行記錄。

圖15 副駕駛位置膝部空間校核

③儀表板雜物箱空間校核要求

a 雜物箱最大開度時開口尺寸A不小于110 mm，最大開度時與SAE 95%假人膝部不能干涉(此項為建議值，實際設(shè)計時可以酌情考慮接受10 mm以內(nèi)的干涉量)。

對儀表板人機工程進(jìn)行驗證，已使得駕駛員操作更方便，更安全，減少疲勞。

b 雜物箱在開啟過程中與側(cè)門護(hù)板最小間隙大于10 mm。

5 結(jié)束語

由于儀表板在汽車內(nèi)飾的重要性，在設(shè)計過程中不僅要在CAS階段對其進(jìn)行相關(guān)人機工程校核，而且在油泥階段、工程樣車驗證階段也要做相關(guān)校核。

[1] 任金東. 汽車人機工程學(xué)[M].北京:北京大學(xué)出版社.

[2] 《汽車工程手冊編輯委員會》.汽車工程手冊(試驗篇)[K].北京:人民交通出版社，2000.

[3] 黃金陵.汽車車身設(shè)計[M] 北京：機械出版社，2007.

[4] 張志軍，葉陽，劉啟明，等.汽車內(nèi)飾設(shè)計概論[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

[5] 竇微寒.汽車現(xiàn)代設(shè)計制造[M]. 北京.人民交通出版社，2007.

[6] 谷正氣.轎車車身[M].北京:人民交通出版社，2003.

Ergonomics Checking of Dashboard

ZHAO Zhiyong1, PAN Xu2，CAI Huai-yu3，ZHANG Wan-xiang1

(1.Geely Automobile Research Institute；2.Automotive Technology Shanhai Co.，LTD； 3.Electronic University Of Science &Technology Of Hangzhou)

Based on a car model of this company, this paper aims to introduce briefly the IP man-machine engineering interface of hand drawing method, automatic generation method, and checking method, purpose and requirements of IP legroom and glove box space.

Dashboard hand interface；packing factor；eye ellipse；H point；R point；HR plane；method and procedure of dashboard checking；dashboard legroom；checking method；purpose and requirements of glove box space

2015-06-02

趙志勇(1978-)，男，工程師。

U415.1

C

1008-3383(2015)12-0152-03