沈衛(wèi)東 林芳

（上汽大眾汽車有限公司）

以人為本已成為當(dāng)前車輛設(shè)計的主流，人機工程對于車內(nèi)乘員的舒適性、保護人的身心健康和生命安全、提高車輛的人性化和運行效率，都有著舉足輕重的促進作用。汽車車身人機布置是一個需要反復(fù)協(xié)調(diào)、修改、完善及評價的過程，為了能夠在產(chǎn)品研發(fā)初期充分滿足這一要求，采用內(nèi)外飾合一的整車柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計，通過這樣一個模型，車身內(nèi)部設(shè)計可以在內(nèi)飾設(shè)計初期就能夠得到檢驗，進行乘坐舒適性評價并判斷初期的布置是否合理，以便及時更改尺寸來重新布置。

1 柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ?/h2>

1.1 技術(shù)原理

柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ陀糜谠谘邪l(fā)初期對于車身內(nèi)部總體布置的舒適性和操縱便利性做出體驗和評價。該模型通常采用硬質(zhì)泡沫材料，以內(nèi)飾單件邊界為零件分界銑削單件，安裝在鋁型材搭建的主骨架上，需要評價的單件，如儀表板、座椅、安全帶及后視鏡等則可以進行靈活的替換和匹配，既可以采用批量零件和沿用件，也可以采用銑削零件進行匹配安裝，還可以將幾種工藝有機融合，隨意搭配。柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ透菍?shù)化設(shè)計以及柔性骨架的概念與人機工程檢驗進行了巧妙地融合，可適用于各種不同項目。

1.2 制造流程及工作進度

相較于傳統(tǒng)樣車19周的制造周期，全新柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ偷?周制造周期，明顯取得了質(zhì)的飛躍。前期準(zhǔn)備工作為4周，各周期的詳細工作進度及制造流程，如圖1所示。

圖1 柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ椭圃炝鞒碳肮ぷ鬟M度示意圖

2 柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ偷募夹g(shù)特點

2.1 內(nèi)外飾合一的模塊化設(shè)計制造工藝

由于柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ偷墓?jié)點處于整車開發(fā)流程的初期階段，因此需要反復(fù)的評價驗證以便修改完善總布置設(shè)計。由于評價重點在內(nèi)部空間，針對這一需求采用了內(nèi)外飾合一的模塊化設(shè)計制造工藝，即以內(nèi)飾需要評價考量范圍的邊界做為銑削單件的分割面來切割外覆蓋件型面，如A柱內(nèi)飾包含了內(nèi)飾單件、側(cè)圍鈑金區(qū)域及側(cè)圍密封條，在滿足人機工程評價的前提下，采用這一工藝大大節(jié)省了后期銑削與匹配調(diào)整的時間，并且內(nèi)外一體的設(shè)計，使得單件的強度也得到大幅提升，解決了諸如密封條之類零件的匹配問題。以A柱模塊單件為例，如圖2所示，與采用傳統(tǒng)模型制造工藝（需要制作A柱內(nèi)飾單件、側(cè)圍鈑金A柱區(qū)域及密封條3種零件）相比較，從設(shè)計到銑削加工直至測量匹配，總計可節(jié)省約2周的工時。此工藝延伸推廣至整個模型所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益及時間成本是相當(dāng)可觀的。

圖2 A柱單件模塊化設(shè)計

針對不同項目，在模塊化零件的拆分上，基于評價需求采用了靈活多樣的分件制造工藝。如在某款已上市車型的人機工程檢驗?zāi)Ｐ椭校紤]到C柱內(nèi)飾與周圍內(nèi)飾件的分縫及匹配型面后續(xù)將不斷地優(yōu)化和更新，在設(shè)計初期劃分模塊邊界時應(yīng)充分考慮到這一點，將需要優(yōu)化的區(qū)域劃分為一個統(tǒng)一模塊，即將C柱內(nèi)飾、部分行李箱內(nèi)飾及部分車頂內(nèi)飾作為一個零件單獨加工，如圖3所示。

圖3 C柱區(qū)域模塊化設(shè)計

采用這種工藝可以避免在后期更改中替換整個行李箱內(nèi)飾和車頂內(nèi)飾，大大節(jié)省了更改時間，降低了制造費用，徹底擺脫了只能依賴白車身作為平臺來進行人機工程檢查的歷史，優(yōu)化了流程，降低了成本。

2.2 車身單件定位點及測量定位點的有效布置

柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ椭鞴羌苌习惭b需要評價的功能件，如儀表盤、踏板、方向盤及內(nèi)外后視鏡等，它們的位置作為人機評價的重點，需要保證有較高的精度，使其能真實地反映設(shè)計要求的人機位置關(guān)系。同時，為了方便H點的測量，需要確定相應(yīng)的測量定位點。H點是汽車內(nèi)部布置最重要的基準(zhǔn)點，對于進行駕駛室人機工程設(shè)計和參數(shù)測量，輔助進行駕駛室其它零件安裝基準(zhǔn)點的定位有重要意義。

在柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ偷闹鞴羌苌希茖W(xué)地采用了靈活多樣的測量點布置方式，如圖4所示，由總成到單件層層遞進均覆蓋在測量范圍內(nèi)，保證了單件在安裝及匹配時，可以通過測量的方式進行精確定位，最大限度地降低累積誤差，達到較好地控制總成匹配精度的目的。

圖4 層層遞進的測量點標(biāo)準(zhǔn)件

2.3 采用主骨架鋁型材及標(biāo)準(zhǔn)化連接件

以往的骨架都是基于已經(jīng)制造好的白車身而搭建的，使汽車內(nèi)部布置受制于白車身的生產(chǎn)，不能及時地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷。以白車身作骨架比較適用于已有車型的內(nèi)飾小改，而不能滿足一款全新車型的內(nèi)飾開發(fā)。因此，選擇APS（上海比迪工業(yè)鋁型材料配件有限公司）鋁合金型材搭建，獨立于具體的車型，變得更加靈活，給設(shè)計師以更多的快速便捷的改造空間。選用APS標(biāo)準(zhǔn)化的鋁型材和連接部件，將大大縮短框架的設(shè)計組裝時間，有效控制骨架的成本和工程精度。主體骨架主要采用了3種規(guī)格的APS鋁型材，分別為APS-8-40160、APS-8-4080 及 APS-8-4040，每種型材的規(guī)格和斷面結(jié)構(gòu)尺寸分別如圖5，圖6及圖7所示。以某款已上市車型的人機工程檢驗?zāi)Ｐ偷募夹g(shù)參數(shù)為模板，成功的建立了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，為后期柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

圖5 APS-8-40160鋁型材

圖6 APS-8-4080鋁型材

圖7 APS-8-4040鋁型材

2.4 柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ投鄻踊牧系倪x擇

在柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計與制造中，充分發(fā)揮了輕量化原則，在確保強度的情況下，采用多種材料相結(jié)合的設(shè)計理念。主體骨架采用了APS鋁型材。非承重區(qū)域采用了高密度硬質(zhì)泡沫材料，該材料具有質(zhì)輕，硬度較高，表面縮孔少的特點，既符合單件安裝的強度要求，也滿足減重的要求。如圖8所示，在承重區(qū)域，如座椅導(dǎo)軌支架，其踏板機構(gòu)過渡塊，則采用高密度樹脂材料加強其強度，此種材料強度相對較高，可以充分滿足鑲嵌螺紋套和支撐件的強度要求。

圖8 座椅導(dǎo)軌代木過渡塊

另外，也可以根據(jù)每個項目不同的項目基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)條件，有針對性的選擇和切換安裝零件材料，如對于改型車，則意味著有部分批量零件可以沿用，基于時間與成本因素考慮，會采用沿用件結(jié)合過渡塊的制造方式，而對于全新開發(fā)的車型，則會優(yōu)先采用高密度硬質(zhì)泡沫的制造工藝。

2.5 根據(jù)不同車型快速簡易切換柔性主骨架

柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ椭鞴羌艿脑O(shè)計采用了參數(shù)化設(shè)計，以方便滿足根據(jù)不同的車型快速調(diào)整骨架尺寸的要求。主骨架的設(shè)計主要采用了穩(wěn)固性好通用性高的框型結(jié)構(gòu)，拼接區(qū)域采用APS-8-4040或APS-8-4080的標(biāo)準(zhǔn)角件進行連接或加固，如圖9所示。骨架的長度可以根據(jù)車身長度而進行長短變化調(diào)整，頂部采用鋁制角件（APS-8-4040）來緊固和調(diào)整整體式泡沫車頂，在底部骨架上鋪設(shè)30 mm厚的木板，以增加地板部分強度及緊固底板泡沫零件。在A柱骨架區(qū)域進行局部加強，用于安裝前門鉸鏈過渡塊，過渡塊采用硬鋁銑削。B柱骨架上部與下部區(qū)域采用合頁連接方式，以方便B柱的安裝與緊固，并在骨架底部輔以帶有自鎖功能的承重輪和固定鉤，便于骨架的運輸及固定使用。

圖9 柔性主骨架

柔性骨架的設(shè)計具有極大的通用性，在輪距方向只需要對加強件及支撐件進行簡易調(diào)節(jié)，適用范圍便涵蓋了A0級，A級，B級以至C級的各款車型，在軸距方向只需要對尾部骨架進行收縮操作，如圖10所示。骨架可在箭頭所示范圍內(nèi)進行調(diào)整，以適應(yīng)不同車型，滿足不同車型的長度需求。由于參數(shù)化的引入和標(biāo)準(zhǔn)庫的建立，大大縮短了工時。

圖10 尾部骨架軸距方向收縮示意圖

2.6 多適應(yīng)性的門板平臺的設(shè)計

作為人機工程評價重點之一的門內(nèi)飾總成，柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計創(chuàng)新地采用根據(jù)門內(nèi)飾輪廓進行線切割的鋁板作為載體，進行試制樣件、沿用件及硬質(zhì)泡沫銑削件之間的任意切換。

設(shè)計時，根據(jù)門內(nèi)飾厚度及輪廓模擬出安裝平臺形狀，采用3 mm的鋁板進行線切割，如圖11所示。

圖11 線切割鋁板平臺

針對樣件，采用過渡塊方式連接樣件與鋁板；針對泡沫件，采用銷定位及螺栓緊固的方式進行安裝。模塊化鋁板平臺，則采用鉸鏈通過鋁過渡塊與主體骨架連接，并具備三向可調(diào)的特性，其中下部鉸鏈采用帶限位功能的批量門鉸鏈，而上鉸鏈則可以簡化為一般門合頁，如圖12所示。

圖12 合頁與門鉸鏈相結(jié)合方式

通過磁鐵吸附功能的方式實現(xiàn)了門的關(guān)閉鎖緊功能，如圖13所示。

圖13 磁鐵緊固方式

采用這種模塊化的設(shè)計制造方式，極大地增強了模型的適用性，延長了模型的生命周期，在沒有樣件的情況下，先采用銑削零件進行首輪評價，樣件制作完成后可以輕松地進行切換，進行第2輪甚至更多輪評價。采用合頁及磁鐵，真正實現(xiàn)了通用性，以簡單零件實現(xiàn)了復(fù)雜的工藝，在滿足功能的同時，大大降低了制造成本。

2.7 功能件的布置與調(diào)整

雖然柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ椭械膬?nèi)飾件大都是由泡沫模型組成的，但是方向盤、踏板及座椅等裝置依然優(yōu)先采用樣件或沿用件，使人能獲得實際的操縱手感。采用過渡塊連接方式來連接樣件和主骨架，其中根據(jù)零件的不同又有著各自不同的連接方式，這些過渡件均具備三向調(diào)節(jié)功能，安裝時便于在一定公差范圍內(nèi)進行微調(diào)，提高裝配精度，同時可在功能件內(nèi)部設(shè)計修改時快速調(diào)整，大大縮短模型搭建時間。

以踏板機構(gòu)為例，在主骨架進行布置之初，充分考慮了自動與手動迅速切換的可能性。另外，為了確保踏板腳感的真實性，對批量踏板機構(gòu)進行改造，通過采用在踏板下部增加接地氣彈簧的方法，巧妙地利用現(xiàn)有資源解決了在樣車上必須通過安裝真空助力泵才可以解決的復(fù)雜問題。

3 結(jié)論

綜上所述，柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ褪亲灾餮邪l(fā)設(shè)計的，它為汽車人機工程檢驗及新車型開發(fā)總布置的開展提供了新的載體。此模型可以快速、便捷地進行各種有關(guān)汽車人機工程理論和設(shè)計的檢驗，使新車型總布置研發(fā)擺脫了只能以樣車白車身為平臺的歷史，并在人機方案驗證節(jié)點提前的同時大幅度地降低試驗費用，縮短驗證周期。同時，還具有數(shù)據(jù)依賴性低及通用性強的特點。柔性人機工程檢驗?zāi)Ｐ驮诮窈蟮能囕v工程研發(fā)設(shè)計領(lǐng)域中必將得到廣泛的應(yīng)用。