【文章內(nèi)容簡介】 線分為兩種形式，一種為座椅可調(diào)節(jié)式的頭廓包絡(luò)線，另一種為座椅不可調(diào)節(jié)式的頭廓包絡(luò)線。前者適合駕駛員的頭部位置和頭頂空間的設(shè)計，后者適合于后排乘員的頭部位置和頭頂空間的設(shè)計。 頭廓包絡(luò)線的定位 與眼橢圓一樣，頭廓包絡(luò)線的定位也有 A類車和 B類車之別。在此僅討論 A類車的頭廓包絡(luò)線定位。頭廓包絡(luò)線根據(jù)座椅的調(diào)節(jié)形式可以分為座椅可調(diào)式和座椅不可調(diào)式。對于可調(diào)節(jié)座椅布置，根據(jù)頭廓包絡(luò)線的形成方法可知，其定位方法與眼橢圓的定位方法基本相同：根據(jù) H點水平行程和駕駛 員 百分位確定相應(yīng)的頭廓包絡(luò)線及頭廓包絡(luò)線的定位中心后，就可根據(jù)樣板在車身坐標(biāo)系中定位 頭廓包線。對于座椅不可 調(diào)節(jié)式座椅，其定位公式如下： 20WYHC ? 2)40(0 5 9 3 0 1 )40(3 9 8 7 4 1 7 5 [65070 LLHZ HC ??????? ?????????????????? ????????? ???? （ ） 2)40(0 5 9 3 0 1 )40(2 8 1 6 1 4 3 7[ 2 232 LLLX HC ????????上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 19 包絡(luò)面的形成 頭廓包絡(luò)線是指不同百分位的駕駛員和乘員在乘坐狀態(tài)下，他們頭廓線的包絡(luò)線。將頭廓線樣板上的眼點沿著眼橢圓樣板上的上半部眼橢圓運(yùn)動，并保持兩樣板上的自身坐標(biāo)系平行，描繪出頭廓線運(yùn) 動時的包絡(luò)線便是頭廓包絡(luò)線。 SAE J1052給出形成原理圖?？紤]三維空間時，當(dāng)將頭廓線樣板上的眼點沿著眼橢球運(yùn)動，便描繪出頭廓線運(yùn)動時的包絡(luò)線便形成頭廓包絡(luò)面。同時考慮到駕駛員隨汽車振動而左右搖動，使頭廓包絡(luò)線形成的面以頭廓包絡(luò)面中心為基準(zhǔn)向車外偏移出 23mm的距 離。 圖 頭廓包絡(luò)線的形成 圖 向車外偏移 包絡(luò)面的尺寸 SAE J1052 REV APR97給出推薦的頭廓包絡(luò)面 X 軸、 Y 軸、 Z 軸的長度數(shù)據(jù) 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 20 表 頭廓包絡(luò)面 的 X 軸、 Y 軸、 Z 軸的長度 mm 95th 95th 95th 99th 99th 99th 座椅調(diào)節(jié)行程 0(固定 ) 133 133 0(固定 ) 133 133 X軸（長軸） 177。 177。 177。 177。 177。 177。 Y軸（俯視短軸） 177。 177。 177。 177。 177。 177。 Z軸（側(cè)視短軸） + + + + +151 +151 頭廓包絡(luò)線 (面 )的應(yīng)用 頭廓包絡(luò)線主要用于確定駕駛員和乘員的頭部空間，以便校核或設(shè)計頂蓋高度和寬度。 SAE為此定義了兩個關(guān)鍵尺寸 H6 H63，分別為前排座椅有效 頭部空 間尺寸和后排座椅有效頭部空間尺寸。根據(jù)有效頭部空間（經(jīng)驗值為 H61介于 940～ 980mm之間， H63比 H61略小 20mm）、頂蓋內(nèi)飾板厚度（經(jīng)驗值 為 15～ 25mm）以及頂蓋造型，就可以由外向至內(nèi)的確定人體軀干與大腿連接點即胯點的高度，也可以進(jìn)行 由內(nèi)至外的頂蓋高度設(shè)計。 駕駛員手伸及界面 駕駛員手伸及界面的概念 汽車駕駛員 的手伸及界面是指駕駛員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廓面。駕駛員的手伸及界面是在實驗室內(nèi)手伸及界面測量臺上測得的，測量臺上帶有裝有安全帶的座椅、方向盤、踏板等。根據(jù)安全帶的型式，手伸及界面分為三點式安全帶約束和兩點式安全帶約束兩種。三點式安全帶約束的手伸及界面與兩點式安全帶約束的相比，相當(dāng)于手腕上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 21 長度延長了 250～ 300mm。由于現(xiàn)在的汽車多采用三點式安全帶，故常用的為三點式安全帶約束的手伸及界面。測量結(jié)果表明，駕駛員手伸及界面是形如橢 球的空間曲 面。另 外需要說明的是，由于在測量時測量桿的一端是一個 25mm的三指抓捏式操作按鈕，因此在實際校核中，應(yīng)根據(jù)操作鈕件的型式進(jìn)行一定的修正。如指點式按鈕的伸及范圍應(yīng)比抓捏式的往前加長50mm；手推式按鈕的伸及范圍要比抓捏式的往后縮短 50mm。 圖 手伸及界面的形狀 圖 手伸 及界面在車身中的位置 (1)駕駛室手伸及界面的相關(guān)因數(shù) 手伸及界面的影響因素主要有兩個： a)駕駛員自身的伸及能力 ， b)汽車駕駛室內(nèi)部設(shè)計尺寸 a) 駕駛員自身的伸及能力 該因素主要通過選擇各種百分位的身材及不同的男女駕駛員比例來上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 22 加以考慮。由于是最大伸及能力，故不考慮駕駛員的百分位和身材，僅考慮男女比例，在 ISO 3958中考慮了三種男女比例，分別為 50/50， 75/25，90/10。 b) 汽車駕駛室內(nèi)部設(shè)計尺寸 影響手伸及界面的駕駛室內(nèi)部設(shè)計尺寸有： ? SgRP到踵點的垂直距離 30H(mm) ? 座椅靠背角 40L(degree) ? 方向盤最大直徑 9W(mm) ? 方向盤傾角 18H(degree) ? 方向盤中心到踵點的水平距離 11L(mm) ? 方向盤中心到踵點的垂直距離 17H(mm) ? 人體樣板 的體腿夾角 γ (degree) 上述的尺寸隨著車型的不同而不同，故是多維變量。對于多維變量問題，工程中常用因子分析法來尋找反映上述尺寸的綜合因子，即是駕駛室尺 寸綜合因子 G 。 通過因子分析法，駕駛室尺寸綜 合因子 G 計算公式為： ??????? ???????? ?HL HWLHG?? ?? （ ） (2)手伸及界面的定位 在 ISO 3958中，駕駛員手伸及界面已經(jīng)生成表格，共 21 張，分別對應(yīng)于三種男女駕駛員比例 (50/50， 75/25， 90/10)、七檔綜合因子 G 值 (G ， G ， G ， G ， G ，G ， G )的數(shù)據(jù)。 在定位手伸及界面時，先確定定位中心的位置，而后從庫中調(diào)用相應(yīng)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 23 的曲面即可，具體方法如下： ? 確定 影響手伸性的駕駛室內(nèi)部設(shè)計尺寸，參見公式 (23)。 ? 計算駕駛室尺寸綜合因子 G 。 ? 選擇駕駛員男女比例。 ? 定位點參考點的確定 。 設(shè)定位參考點的坐標(biāo)為 PR(XPR,YPR,ZPR)下面說明確定方法。 定位參考點 X 軸坐標(biāo)的確定 假設(shè) X 軸方 向基準(zhǔn)面 HR離踵 點的水平距離為 d ，則有 )(997 8 6 mmGd ??? ????????? ?? （ ） 若 (dL53)0, 則基準(zhǔn)面 HR位于加速踏板踵點后方 d 處，此時有 dXX A H PPR ?? ????????? ?? （ ） 若 (dL53)0，則基準(zhǔn)面 HR位于 SgRP 處，此時有； SgRPPR XX ? ???????????? ?? （ ） L53— SgRP到加 速踏板踵點 (AHP)的水平距離 。 XAHP— 加速踏板踵點 X 軸坐標(biāo) 。 XSgRP— SgRP 的 X 軸坐標(biāo)。 定 位參考點 Y軸、 Z軸坐標(biāo)的確定 Y軸基準(zhǔn)平面為座椅對稱面， Z 軸基準(zhǔn)平面為過 SgRP的水平面，故有 定位參考點 Y軸、 Z軸坐標(biāo)的確定 Y軸基準(zhǔn)平面為座椅對稱面， Z軸基準(zhǔn)平面為過 SgRP的水 平面，故有 ： ???????????? ?? （ ） 根據(jù) 男女比例和 G的值從庫中調(diào) 用相應(yīng)的手伸及界面，進(jìn)行平移變換上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 24 運(yùn)算，將其局部坐標(biāo)的原點與定位參考點重合，即完成了手伸及界面在車身坐標(biāo)系中的定位。 駛員手伸及界面的應(yīng)用 圖 操作鈕件的布置合理性檢 查 為保證駕駛員的行車安全，駕駛員在行車過程中用到的各種操縱件應(yīng)布置在駕駛員的手伸及范圍內(nèi)。駕駛員手伸及界面就可以用來檢驗操縱件在車室中的布置位置合理與否。當(dāng)操縱件在手伸及界面的內(nèi)側(cè)（靠近駕駛員一側(cè)）時，操縱件的布置可 以滿足手伸及性的要 求； 本章小結(jié) 本章詳細(xì)的敘述了在汽車內(nèi)部布置中常用的布置工具的概念、建立方法、定 位及應(yīng)用，主要有人體模型、眼橢圓、頭廓包洛線、手伸及界面 等。對于汽車舒適性檢驗、車身內(nèi)部空間的設(shè)計與校核、駕駛室 內(nèi)操縱件的布置、視野設(shè)計與校核等都要借助于設(shè)計工具來進(jìn)行。見圖 ，內(nèi) 部布置工具在實際汽車車身內(nèi)部布置中的應(yīng)用。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 25 圖 車身布置工具在車身總布置中的應(yīng) 用 3 轎車操縱桿布置的優(yōu)化系統(tǒng) 問題的提出 本功能模塊針對汽車企業(yè)設(shè)計人員提出的如何布置操縱桿的難點，提出了更為符合實際的確定操縱桿位置的方法。該方法是基于汽車常用軟件CATIA平臺，優(yōu)化布置操縱桿的域，該域不僅可以滿足駕駛員操縱舒適性的要求，而且結(jié)合現(xiàn)有車型的實際布置經(jīng)驗，從而有效的提高汽車車身設(shè)計的效率，縮短產(chǎn) 品開發(fā)周期。 操縱桿 汽車操縱桿也稱汽車變速桿，是駕駛員用來變速的操縱器。操縱桿的布置 位置合適與否直接影響駕駛員的操縱舒適性，駕駛安全性及人機(jī)關(guān)系的合理性。操縱桿的布置應(yīng)適應(yīng)人的手臂特點，盡量做到只用手臂而不移動身軀就可完成操作。另外操縱桿的直徑不能太小，以免操作時引起肌肉緊張而容易疲勞。常用操縱桿執(zhí)握手柄的直徑一般為 22∽ 32mm，操縱力約為 30∽ 50N為最佳。操縱桿的布置設(shè)計，應(yīng)使操作者在其一個作業(yè)班次內(nèi)、安全、準(zhǔn)確、迅速、舒適、方便地持續(xù) 跨 操縱而不產(chǎn)生疲勞。為此，筆者認(rèn)為必須充分考慮人體的形體、尺 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 26 寸、生理特點、運(yùn)動特征和心理特性、以及人的體力和能力的限度，才能使所設(shè)計的操縱裝置達(dá)到高 度的宜人化。操縱桿的自由端裝有把手或手柄，另一端與機(jī)器的受控部件相連。操縱桿可設(shè)計成較大的杠桿比，操縱桿常用于一個或幾個平面內(nèi)的推、拉式擺動運(yùn)動。當(dāng)操縱力較大、采用立姿操作，操縱桿手柄的位置應(yīng)與人的肩部等高或略低于肩部的高度；當(dāng)采用坐姿操作時，操縱桿手柄的位置應(yīng)與人的肘部等高。 舒適域的求作 根據(jù)美國福特汽車公司的研究人員多年的研究統(tǒng)計，表明在駕駛時人體各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動是有一定范圍的。下圖 、圖 、圖 分別從側(cè)視、上視、前視方向給出人體關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍。 從圖 ，靠背，上肢 ，大腿，小腿，腳脘的舒適角度。 從圖 ，下臂，腿部的舒適角度 。 從圖 ，小腿，手中心線的舒適角度。 圖 人體側(cè)視方向的運(yùn)動舒適角度 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 27 圖 上視方向人體運(yùn)動舒適角度 圖 前視圖方向的舒適角度 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 28 本章小結(jié) 本章針對汽車企業(yè)設(shè)計人員提出的如何布置操縱桿的難點，提出了更為符合實際的確定操縱桿位置的方法。該方法是基于汽車常用軟件 CATIA平臺，優(yōu)化布置操縱桿的域，該域不僅可以滿足駕駛員操縱舒適性的要求，而且結(jié)合現(xiàn)有車型的實際布置經(jīng)驗，從而有效的 提高汽車車身設(shè)計的效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。并且簡要的說明了本功能模塊的支撐環(huán)境 ——CATIA軟件。 4 駕駛員 H 點的設(shè)計及優(yōu)化 H 點及其意義 H 點的意義及其不同的表達(dá)方式 H點是二維或三維人體模型樣板中人體軀干與大腿的連接點，即胯點(HipPoint)。 在人體模板中為髖關(guān)節(jié)。在確定駕駛室布置工具第二章所述在車身中的位置時常以此點作為定位基準(zhǔn)點。根據(jù)應(yīng)用場合的不同， H點的表達(dá)也有所不同 ： 設(shè)計 H點是指在汽車總布置時的設(shè)計基準(zhǔn)點。最后設(shè)計 H點表示的是第95百分位的男子人體模型在最后位置時的 胯點，最前設(shè)計 H點表示的是第 5 百分位的女子人體模型在最前位置時的胯點。由最前和最后設(shè)計 H點便可以求得座椅的水平行程和垂直升程。 實際 H點是指當(dāng) H點三維人體模型按規(guī)定步驟安放在汽車座椅中時，人體模型上左右 H點標(biāo)記連接線的中點。它表示汽車駕駛員或乘員入座后胯關(guān)節(jié)在車身中的位置。汽車的實際 H點在汽車車身總布置設(shè)計中有重要意上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于人機(jī)工程學(xué) SUV乘坐艙設(shè)計 29 義：由于 H點三維人體模型各構(gòu)件的尺寸、質(zhì)量及質(zhì)心位置均以人體測量數(shù)據(jù)為依據(jù)、座板與背板的輪廓線形狀均是真實人體臀部和背部輪廓線形狀的統(tǒng)計描述，因此它可以比較真實地模擬出駕駛員以正常駕駛姿勢如座后的實際的 H點位置。 座椅參考點是指座椅上的一個設(shè)計參考點，它是座椅制造廠規(guī)定的設(shè)計基準(zhǔn)點?？紤]到座椅的所有調(diào)節(jié)形式（水平、垂直和傾斜），座椅參考點確定了在正常駕駛或乘坐時座椅的最后位置。它表征了當(dāng)?shù)?95百分位的人體模型按規(guī)定擺放在座椅上時，實際 H點應(yīng)與座椅參考點相重合。 SgRP