【導(dǎo)讀】隨著國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，人們對(duì)其車(chē)身的造型有了一定的要求。以及零部件的選配。初步搜集幾款世界上各品牌的座椅及踏板布置的資料。整理了一些轎車(chē)座椅及踏。在學(xué)習(xí)和分析座椅及踏板布置設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的基礎(chǔ)上，賦予計(jì)算機(jī)一定的創(chuàng)意能力更強(qiáng)大可靠的虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境

　　

【正文】 24 的平面。 I區(qū)：位于基準(zhǔn)平面左側(cè)，由以下表面形成的區(qū)域。 a)平行于方向盤(pán)平面且向上相距 20mm的平面。 b)平行于方向盤(pán)平面且向下相距 170mm的平面。 c)沿方向盤(pán)輪圈外緣向外擴(kuò)展 100mm的圓柱面，內(nèi)緣向內(nèi)擴(kuò)展 130mm的圓柱面，兩圓柱面中心線同方向盤(pán)軸線共線。 d)通過(guò)方向盤(pán)軸線的兩相交平面，兩垂直相交平面與過(guò)方向盤(pán)中心的縱向平面成的夾角分別為 40186。和 130186。 Ⅱ區(qū)：由下列表面所形成的區(qū)域 A） ,b）同 I區(qū)的 a） b）。 c）以方向盤(pán)軸線為中心，以 50mm為半徑的圓柱面。 Ⅲ區(qū)：與 I區(qū)關(guān) 于方向盤(pán)中心平面相對(duì)稱的右側(cè)區(qū)域。 確定踏板布置區(qū)域 腳部操作區(qū)域的安排直接影響踏板操縱的輕便性，準(zhǔn)確性在汽車(chē)的整個(gè)行駛過(guò)程中，幾乎要一直操縱油門(mén)踏板，其位置合理與否，對(duì)駕駛員的舒適性有較大影響。設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮空間的合理安排，即要求踏板之間，踏板與前圍之間，小腿與儀表板下緣之間，大腿與方向盤(pán)下緣之間要有合適的間隙，以保證操縱踏板時(shí)，不發(fā)生相互干涉，同時(shí)油門(mén)踏板要長(zhǎng)時(shí)間踩下；這就要考慮怎樣發(fā)揮最佳作用力的問(wèn)題 人機(jī)工程學(xué)的研究成果為解決次問(wèn)題提供了依據(jù)，如圖 223 所示為踏板位置相對(duì) 于座椅的高度和座椅 對(duì)稱平面的橫向位置對(duì)施加踏板力的影響，可以供設(shè)計(jì)布置時(shí)參考。由圖示 224 可知，駕駛員可以施加最大作用力的踏板位置，同時(shí)也是較舒適的位置?？傊?，踏板位置要合理布置，由此而定的踵點(diǎn)位置是座椅方向盤(pán)等的定位基礎(chǔ)。 圖 223(1) 踏板 (相對(duì)于座椅 )位置對(duì)于駕駛員施與踏板上的力的影響 最大力 /10N 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 25 圖 223(2) 踏板 (相對(duì)于座椅 )位置對(duì)于駕駛員施與踏板上的力的影響 高度及寬度方向上有關(guān)尺寸的確定 首先是要滿足可容性問(wèn)題， 即在高度方向上要保證正常坐姿下第 95百分位身材的頭部空間，和寬度方向上的肩部及肘部空間，以滿足正常的工作和乘坐要求。在車(chē)身側(cè)視圖上（如圖 225），駕駛員和后排座上乘客的頭部輪廓線是高度方向上設(shè)計(jì)尺寸的主要依據(jù)，在已知 H點(diǎn)和拷貝角的情況下，畫(huà)出第 95百分位的頭廓包絡(luò)線，一般對(duì)于轎車(chē)來(lái)說(shuō)，駕駛員頭部最小間隙取為 51mm，也就是說(shuō)由司 99百分位的頭部位置包絡(luò)線最高處垂直向上 51mm 可定為車(chē)頂內(nèi)飾線高度，車(chē)頂厚度可取為 1525mm，同時(shí)考慮到駕駛員和邊座乘客頭頂出的車(chē)高并非車(chē)頂?shù)淖畲蟾叨?，從而在增?040mm 作為車(chē)體總高的設(shè)計(jì)參考值對(duì)于轎車(chē)，前艙頭部輪廓空間（在平行于縱向?qū)ΨQ面得平面內(nèi)，過(guò)最后 H點(diǎn)且向后傾斜 8186。到車(chē)頂內(nèi)表面的直線距離，稱為 H61）一般不小于 850mm，載重卡車(chē)一般不少于 950mm。 圖 224 轎車(chē)車(chē)身的橫截面 最大力 /10N 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 26 Ⅰ 門(mén)鎖 Ⅱ 玻璃升降器 Ⅲ 弧面玻璃的運(yùn)動(dòng)軌跡 Ⅳ 裝用平面玻璃的運(yùn)動(dòng)軌跡 D頂蓋梁 P門(mén)檻梁 c頂蓋梁 D 與門(mén)檻梁 P的橫向偏移量 d為頭廓包絡(luò)線同車(chē)門(mén)上框的最小距離 圖 225 車(chē)頂及前后風(fēng)窗的布置 在車(chē)身的內(nèi)部寬度方向上，如圖 224其尺寸確定也以人體模型所占空間為依據(jù)。初步確定駕駛員中心線同方向盤(pán)中心線相重合，將模型按給定的最后 H 點(diǎn)放好，采用第 95 百分位的人體尺寸，做出相應(yīng)的頭廓包絡(luò)線，考慮到頭部與門(mén)上框表面間都要有足夠的間隙，并參考初步確定的車(chē)身側(cè)圍寬度，確定出車(chē)門(mén)上框位置。側(cè)窗玻璃的傾斜度，車(chē)門(mén)內(nèi)表面得位置，與此相似，可進(jìn)行后排座處相關(guān)尺寸確定。 頭廓包絡(luò)線 腹部包絡(luò)線 膝部包絡(luò)線 頭廓包絡(luò)線， 腹部包絡(luò)線 ， 膝部包絡(luò)線 都是統(tǒng)計(jì)曲線，為相應(yīng)的空間尺寸確定提供了依據(jù)，下面分別對(duì)它們加以說(shuō)明 。 頭部包絡(luò)線 頭部包絡(luò)線是指不同百分位的身材的駕駛員和成員在乘坐姿勢(shì)狀態(tài)下的頭廓線的包絡(luò)線，如圖 226，而頭廓線是駕駛員和乘員頭部特征點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)位置繪制的，表示乘坐狀態(tài)下頭部外形輪廓線，如圖 的眼點(diǎn)沿著相應(yīng)百分位和 H點(diǎn)水平調(diào)節(jié)量確定的眼橢圓上半部分運(yùn)動(dòng)時(shí)，并保持兩樣板上的自身坐標(biāo)平行，描繪出頭廓線運(yùn)動(dòng)時(shí)的包絡(luò)線，便是頭廓包絡(luò)線。由頭廓包絡(luò)線的形成方法可知，包絡(luò)線有許多條，本文設(shè)計(jì)時(shí)采用了 H點(diǎn)水平行程為 127mm 的第90和第 95 百分位的頭廓包絡(luò)線，作為 設(shè)計(jì)和校核用。利用這種水平方向可調(diào)用的包絡(luò)線來(lái)確定駕駛員的頭部空間，用水平方向不可調(diào)用的包絡(luò)線用來(lái)確定乘員和座椅不頭部位置包絡(luò)線 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 27 可調(diào)用的駕駛員頭部空間。 圖 226 不可調(diào)節(jié)式座椅用頭廓包絡(luò)線側(cè)視圖（上圖） 可調(diào)節(jié)式座椅用頭廓包絡(luò)線側(cè)視圖（下圖） 圖 227 平均頭廓線側(cè)視圖（左）；平均頭廓線后視圖（右） 載貨汽車(chē)的膝部包絡(luò)線 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 28 載貨汽車(chē)的膝部包絡(luò)線，駕駛室儀表盤(pán)下方的膝部空間設(shè)計(jì)應(yīng)以統(tǒng)計(jì)得出的膝部包絡(luò)線為依據(jù)。膝部包絡(luò)線的生成需具有三個(gè)要素：膝部特征點(diǎn)、膝橢圓、二維 H點(diǎn)人體樣板的小腿 。膝部特征點(diǎn) K 定義在脛關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)連線的垂直線上，該垂直線通過(guò)脛關(guān)節(jié)中心， K 點(diǎn)至脛關(guān)節(jié)點(diǎn)的距離為 。左右膝特征點(diǎn)分別表示操作離合器踏板和加速踏板的膝部特征點(diǎn)。由攝影法獲得的位置數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后得知，兩膝特征點(diǎn)的分布圖形皆為橢圓。膝部包絡(luò)線的生成方法是以左右踵點(diǎn)分別為支承點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)小腿，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，描繪出的膝部輪廓的軌跡，便可得膝部包絡(luò)線。如圖 228所示。 圖 228 膝部包絡(luò)線 將膝部包絡(luò)線的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)擬合后得知它們分別為兩條圓弧。左膝部包絡(luò)線（離合器踏板）的圓弧半徑為 。右膝部 包絡(luò)線（加速踏板）的圓弧半徑為 。它們的圓心在車(chē)身圖上的定位由男女駕駛員比例不同各有如下規(guī)定： 右膝部包絡(luò)線圓心相對(duì)于定位參考點(diǎn)的偏移量。 男女比例為 50/50 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ 男女比例為 75/25 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ 男女比例為 90/10 或 95/5 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 29 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ 左膝部包絡(luò)線圓心相對(duì)于定位參考點(diǎn)的偏移量。 男女比例為 50/50 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ 男女比例為 75/25 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ 男女比例為 90/10 或 95/5 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ X為圓心到定位基準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離（向后為正）， Z為圓心定位基準(zhǔn)點(diǎn)的垂直距離（向上為正）， H30 為最后 H 點(diǎn)到踵點(diǎn)的垂直距離。單位都是 mm。 載貨汽車(chē)的腹部包絡(luò)線 載貨汽車(chē)駕駛員的胃部包絡(luò)線，此包絡(luò)線對(duì)方向盤(pán)與駕駛員座之間的尺寸及座椅安全帶結(jié)構(gòu)方案有作用。胃部包絡(luò)線生成亦需要三個(gè)要素，如圖 229 胃部特征點(diǎn)， 圖 229 胃部包絡(luò)線要素 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 30 一個(gè)輔助點(diǎn)，第一個(gè)胃部特征點(diǎn)在駕駛室突出處（點(diǎn) 2），第二個(gè)胃部特征點(diǎn)在駕駛員腰部前下方腰帶貼合處（點(diǎn) 3），根據(jù)攝影分析，這兩個(gè)胃部特征點(diǎn)設(shè)計(jì)分布亦為橢圓形。胃部包絡(luò)線應(yīng)該通過(guò)這兩個(gè)特征點(diǎn)。為此，在胃腹部最突出點(diǎn)的橢圓上作一水平線，再通過(guò)這個(gè)橢圓的前端作一垂直切線，這兩條直線的交點(diǎn)稱為輔助點(diǎn)（點(diǎn)1），即第三個(gè)要素，然后通過(guò)輔助點(diǎn) 1，胃部橢圓最前點(diǎn)（點(diǎn) 2）及安全帶與腰部貼合處上的（點(diǎn) 3）擬合一曲線，使兩個(gè)橢圓被包絡(luò)在其中，這條包絡(luò)線為擬合為一圓弧，其半徑為 。其圓心按男女比例不同分別由以下偏移量確定。 男女比例為 50/50 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ 男女比例為 75/25 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ 男女比例為 90/10 或 95/5 X ＝ ( ＋ )2[( ＋ )( ＋)] Z＝ X、 Z、 H30 的含義同膝部包絡(luò)線。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 31 3 H 點(diǎn)的計(jì)算 H點(diǎn) (HIPPOINT)位置是汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)以及座椅設(shè)計(jì)中的重要參考位置，本文從舒適性的角度，結(jié)合中國(guó)人的人體尺寸對(duì) H點(diǎn)研究， 給座椅設(shè)計(jì)以及 H點(diǎn)位置布置提供一些參考。 H點(diǎn)的各種定義 人體 H點(diǎn)生理學(xué)上是指人體的大腿和軀干的鉸接點(diǎn)，在左右髖關(guān)節(jié)連線的中點(diǎn)處。汽車(chē) H點(diǎn)是與操作方便性及坐姿舒適性相關(guān)的車(chē)內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)，表示汽車(chē)駕駛員入座后胯關(guān)節(jié)中點(diǎn)在汽車(chē)中的位置。 H點(diǎn)是確定駕駛員視野的基準(zhǔn)點(diǎn)，眼橢圓在車(chē)身視圖上的位置隨 H點(diǎn)的變化而改變。此外，在駕駛過(guò)程中，一切操縱裝置都應(yīng)布置在駕駛員的手伸及界面內(nèi)，以確保舒適和安全?？梢?jiàn)，汽車(chē) H點(diǎn)的位置是決定駕駛員操作方便、乘坐舒適相關(guān)的車(chē)內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)，汽車(chē) H點(diǎn)位置的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。 汽車(chē)座椅 H點(diǎn) (參考點(diǎn) R)是將三維 H點(diǎn)裝置安裝在制造廠規(guī)定的座椅的正常駕駛或乘坐姿勢(shì)時(shí)最后的位置，用 H點(diǎn)標(biāo)記 測(cè)得的，指三維 H點(diǎn)裝置的軀干線和大腿中 心 線的交點(diǎn)。對(duì)于座椅制造商來(lái)說(shuō)，需要給整車(chē)廠提供符合要求的座椅，除了要求合理的體壓分布，良好的減震性能，良好的穩(wěn)定性等舒適性要求，首先要滿足 H點(diǎn)的位置要求，以保證座椅能夠調(diào)整到讓駕駛員感到舒適的位置。 從上面的三個(gè) H點(diǎn)定義可以看出 H點(diǎn)在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)過(guò)程中會(huì)多次使用，而不同的定義下的 H點(diǎn)會(huì)有很大的差異。這三者的關(guān)系可以用圖 1來(lái)表示。 圖 31 不同 H點(diǎn)之間的關(guān)系圖 基于人體工程學(xué)的舒適 H點(diǎn)區(qū)域計(jì)算 對(duì)于坐姿舒適性和座椅的舒適性，由于其評(píng)價(jià)指標(biāo)帶有主觀性、空間關(guān)系復(fù)雜性以及實(shí)驗(yàn)人員的感覺(jué)差異和忍耐程度差異，而無(wú)法給舒適性做精確的評(píng)價(jià)。駕駛員坐在駕駛員的位置，手握轉(zhuǎn)向盤(pán)，右腳置于踏板，手部還經(jīng)常要操作變速桿，眼睛注視前方，這種人機(jī)關(guān)系約束了駕駛員的駕駛姿勢(shì)?？紤]駕駛員操作的方便舒適，還需要估計(jì)駕駛視野和儀表盤(pán)的認(rèn)讀，同時(shí)要兼顧身材高大者和身材矮小者，用作圖的方法來(lái)窮舉人體的各種駕駛姿勢(shì)和計(jì)算 H點(diǎn)的位置工作量非常大。為了解決這一問(wèn)題，美人機(jī)工程學(xué) 人體舒適 H 點(diǎn) 汽車(chē) H 點(diǎn)位置 座椅 H 點(diǎn)（參考點(diǎn) R） 座椅舒適性評(píng)價(jià)的反饋信息 座椅設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 32 國(guó)汽車(chē)工程協(xié)會(huì) (societyof automotive engineers， SAE)推薦了如下二維人體模型來(lái)確定 H點(diǎn)的位置如圖 32。 圖 32 二維人體模型 注：α角為腳踏板的傾角；β角為小腿水平傾角；γ角為大腿水平傾角； L1為踵點(diǎn)到腳踝點(diǎn)在踏腳面上的投影距離； L2為小腿加足高； L3為大腿長(zhǎng)。 在研究駕駛員的姿勢(shì)時(shí)，為了簡(jiǎn)化，將人的骨骼模擬成由若干個(gè)關(guān)節(jié)連接成的二維桿狀人體模型，這種人體模型忽略了關(guān)節(jié)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心在空間是不固定的，不考慮脊柱具有柔性的實(shí)際情祝，也不考慮橫向位置的變化。 SAE提供的適意線方法的不足之處在于這種 方法忽視了人體姿勢(shì)的適應(yīng)能力。 即現(xiàn)行的面向百分位位置線的主要缺陷是僅限于駕駛員某一靜態(tài)行為的研究，沒(méi)有反映駕駛員姿勢(shì)和人機(jī)關(guān)系的可變能力，人體的各關(guān)節(jié)角度是一個(gè)范圍內(nèi)的任意組合，這個(gè)組合是在舒適角度范圍內(nèi)的隨機(jī)組合。另外 SAE J1517中的適應(yīng)性模型是基于 20世紀(jì) 6O年代早期美國(guó)駕駛員統(tǒng)計(jì)樣本研制的，不能適應(yīng)不同國(guó)家或地區(qū)的群體。中國(guó)人群和歐美人群的身體比例、身高百分位有比較大的差異，同時(shí)人體尺寸和汽車(chē)的布置形式也都在變化， SAE J1517中固定的適應(yīng)性模式顯得有些過(guò)時(shí)而不能滿足設(shè)計(jì)的需要，因此該方法 不宜作為一個(gè)通用的方法適用于任意給定的駕駛員目標(biāo)人群。 為了駕駛時(shí)保持一定的舒適工作狀態(tài)，基于人機(jī)工程 (POR TER＆ GYI， 1998)人們統(tǒng)計(jì)出駕駛姿勢(shì)的舒適角度范圍，如表 1所表示，這里忽略了肌肉或韌帶的約束，也沒(méi)有考慮不同舒適坐姿之間的差別。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè) 論文 33 將人體骨骼模型簡(jiǎn)化成一個(gè)二維的、分成八個(gè)關(guān)節(jié)連接件的模型，如圖 32所示。八個(gè)關(guān)節(jié)連接件分別為頭頸、軀干、大腿、小腿、腳、上臂、前臂、手。二維人體模型在簡(jiǎn)化時(shí)沒(méi)有考慮脊柱的柔性，也沒(méi)有考慮橫向位置的變化。 本研究采用的研究方法是從踵點(diǎn)開(kāi)始自下而上的 H點(diǎn)位置布置方式，即先確定了轎車(chē)的駕駛位置車(chē)廂底板的高度，加速踏板的位置作為一個(gè)約束條件 (因?yàn)轳{駛時(shí)人的右腳需要一直放置在加速踏板上 )人體模型由下 往上布置，從加速踏板開(kāi)始，確定踵點(diǎn) (腳后跟 )著于地毯上的著地高度 (考慮地毯壓縮量以及鞋子的著裝修正量 )，同時(shí)將腳底置于加速踏板上，在加速踏