孫鎖柱

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

車輛人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)研究

孫鎖柱

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

當(dāng)前消費(fèi)者對(duì)乘用車的舒適性要求越來(lái)越高，因此在車型研發(fā)初期就必須設(shè)定合適的人機(jī)工程參數(shù)。文章通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)、外人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)的介紹和功能對(duì)比，指出整車人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)是車輛開(kāi)發(fā)初期人機(jī)工程設(shè)計(jì)驗(yàn)證的發(fā)展方向，同時(shí)闡述了新一代人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)的建設(shè)思路。

人機(jī)工程；人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)；整車總布置

CLC NO.: U462.1 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)10-184-03

1、人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)建立的背景

人機(jī)工程是上世紀(jì)50年代迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興科學(xué)，它主要研究工程技術(shù)設(shè)計(jì)如何與人體尺寸、生理、和心理特性相適應(yīng)的問(wèn)題。人機(jī)工程的最大特點(diǎn)是把人看成是系統(tǒng)中的一個(gè)組成元素，以認(rèn)為主體來(lái)分析人與機(jī)器之間的相互協(xié)調(diào)的工作，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化。人機(jī)工程所研究的任務(wù)是建立最佳的人—機(jī)器—環(huán)境系統(tǒng)。

人駕駛汽車在道路上行駛時(shí)所建立的人－汽車－道路系統(tǒng)是典型的人－機(jī)器－環(huán)境。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，車輛的人機(jī)工程設(shè)計(jì)已成為消費(fèi)者進(jìn)行車輛選購(gòu)時(shí)的重要考慮因素。市場(chǎng)反饋問(wèn)題中，人機(jī)工程問(wèn)題所占比重逐步增大，已成為顧客抱怨焦點(diǎn)問(wèn)題之一。國(guó)際各大汽車廠商在人機(jī)工程方面的研究投入了大量資源，歐美等國(guó)已經(jīng)建立了一系列標(biāo)準(zhǔn)用于指導(dǎo)車輛的人機(jī)工程設(shè)計(jì)。

表1 中、德各分位人體尺寸對(duì)比

國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)起步較晚，人機(jī)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累匱乏。傳統(tǒng)的人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)和虛擬設(shè)計(jì)分析很難對(duì)人機(jī)舒適性進(jìn)行準(zhǔn)確和實(shí)際的評(píng)估，而且很多人機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)都是沿用北美（SAE）和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)（ECE），沒(méi)有成熟的針對(duì)中國(guó)假人的人機(jī)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。整車只有開(kāi)發(fā)至驗(yàn)證模型階段（數(shù)據(jù)基本凍結(jié)）才有真正的實(shí)物供用戶進(jìn)行人機(jī)性能的主觀評(píng)價(jià)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，整改的周期和成本均難以接受，對(duì)項(xiàng)目影響巨大。因此國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)陸續(xù)開(kāi)發(fā)了多個(gè)可調(diào)節(jié)的人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)，以多方案實(shí)物驗(yàn)證的方式反向指導(dǎo)汽車的人機(jī)工程設(shè)計(jì)。操作方式也正在從傳統(tǒng)的機(jī)械+電氣方式向效率更高的觸屏智能電控進(jìn)行改進(jìn)。

2、人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)概述

人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)是將理論分析產(chǎn)生的人機(jī)參數(shù)轉(zhuǎn)換成固定實(shí)體三維實(shí)物模型從而提供給評(píng)估者準(zhǔn)確的三維空間感受，以評(píng)估項(xiàng)目的人機(jī)工程質(zhì)量的一種實(shí)物平臺(tái)，用于模擬、驗(yàn)證不同車型（乘用車）駕駛員（乘客）－汽車的人機(jī)交互界面，通過(guò)不同人群的實(shí)物評(píng)價(jià)來(lái)判斷理論計(jì)算的汽車人機(jī)工程關(guān)鍵參數(shù)是否準(zhǔn)確，從而設(shè)計(jì)出一款滿足多數(shù)人群的駕駛和乘坐舒適性需求的汽車產(chǎn)品。人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)發(fā)展至今大致存在以下幾種形式。

2.1 機(jī)械式人工調(diào)節(jié)平臺(tái)

2.1.1 駕駛艙人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)

駕駛艙人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)由五個(gè)子平臺(tái)組成，它們?yōu)榛A(chǔ)平臺(tái)、座椅安裝子平臺(tái)、方向盤安裝子平臺(tái)、踏板安裝子平臺(tái)和換檔手剎安裝子平臺(tái)，如圖1。通過(guò)對(duì)駕駛員常用的操縱部件的人工調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)參數(shù)狀態(tài)下人機(jī)舒適性的評(píng)價(jià)。該平臺(tái)功能簡(jiǎn)單、明確，制作成本低，但是存在一定的功能缺失，不能評(píng)價(jià)整車的人機(jī)工程表現(xiàn)。

圖1 駕駛艙人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)

2.1.2 整車人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)

整車人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)，如圖2。該人機(jī)工程平臺(tái)將駕駛艙人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展，增加了儀表板、頂棚、二排座椅等空間和操作方便性方面的驗(yàn)證，通用化程度更高。

2.2 電控式智能調(diào)節(jié)人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)

近年來(lái)，為進(jìn)一步提升人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)的通用性及使用便利性，相關(guān)汽車企業(yè)在機(jī)械式人機(jī)調(diào)節(jié)平臺(tái)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出驗(yàn)證功能更加齊全，能夠即時(shí)根據(jù)各開(kāi)發(fā)項(xiàng)目調(diào)節(jié)出各空間尺寸參數(shù)、踏板的位置、前后排視野、中控面板位置等重要整車架構(gòu)參數(shù)，滿足全系列（從經(jīng)濟(jì)型A0級(jí)到豪華型C級(jí)）整車評(píng)估的需求的電控式智能調(diào)節(jié)人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)?？焖賹?shí)現(xiàn)方案的優(yōu)化調(diào)整；可實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目并行使用，如圖3。

圖2 整車人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)

該平臺(tái)以電機(jī)+絲桿的電動(dòng)調(diào)節(jié)為主，小子平臺(tái)模塊配合以手動(dòng)調(diào)節(jié)方式，平臺(tái)分為：基礎(chǔ)+地板支撐平臺(tái)、地板平臺(tái)、A/B/C柱、頂棚、前圍、副儀表板、前后車門、門檻、踏板及管柱、前后座椅等子平臺(tái)。滿足車型主要人機(jī)工程評(píng)價(jià)項(xiàng)目如：坐姿、操縱方便性、內(nèi)部空間、部分視野、踏板布置、舒適性、上下車方便性等方面的布置驗(yàn)證需求。

圖3 整車人機(jī)工程驗(yàn)證平臺(tái)

3、電控式智能調(diào)節(jié)人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)思路

電控式智能調(diào)節(jié)人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)涵蓋整車尺寸鏈計(jì)算分析、智能數(shù)控、整車級(jí)柔性調(diào)節(jié)、即時(shí)響應(yīng)等多方面內(nèi)容。根據(jù)整車人機(jī)工程開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)及已有的人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程總結(jié)出新一代電控式智能調(diào)節(jié)人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)思路如下：

3.1 人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)功能定義

按照整車人機(jī)工程開(kāi)發(fā)在乘員坐姿、操縱方便性、內(nèi)部空間、部分視野、踏板布置、舒適性、上下車方便性等方面的驗(yàn)證需求及整車功能部件的分布將人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)劃分為前后地板平臺(tái)、A/B/C柱、頂棚、前圍、副儀表板、前后車門、門檻、踏板及管柱、前后座椅等子模塊，并對(duì)各模塊所需要的調(diào)節(jié)方向及調(diào)節(jié)形式進(jìn)行統(tǒng)籌定義，如表2。

表2 驗(yàn)證臺(tái)架功能定義

3.2 人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)參數(shù)設(shè)定

對(duì)需要評(píng)價(jià)的車型數(shù)據(jù)及所涉及的人機(jī)工程參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的參數(shù)范圍對(duì)平臺(tái)關(guān)聯(lián)尺寸進(jìn)行參數(shù)范圍設(shè)定，為后期的總體布局和尺寸鏈分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，如表3：

表3 驗(yàn)證臺(tái)架參數(shù)設(shè)定

3.3 電機(jī)調(diào)節(jié)子模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選用直流行星減速電機(jī)+絲桿形式進(jìn)行電機(jī)調(diào)節(jié)子模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)絲桿的長(zhǎng)度變化實(shí)現(xiàn)不同調(diào)節(jié)行程模塊間的通用化設(shè)計(jì)，同時(shí)配有編碼器實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)行程的讀取，結(jié)構(gòu)如圖4：

圖4 電機(jī)調(diào)節(jié)子模塊結(jié)構(gòu)圖

3.4 平臺(tái)總體布局及尺寸鏈分析

根據(jù)臺(tái)架功能定義及模塊劃分，圍繞整車的設(shè)計(jì)R點(diǎn)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行平臺(tái)進(jìn)行總體布局和關(guān)聯(lián)行程的尺寸鏈校核分析，確保各模塊在調(diào)節(jié)行程范圍內(nèi)不存在運(yùn)動(dòng)干涉，同時(shí)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和線束布局，平臺(tái)總體布局示意圖如圖5：

圖5 平臺(tái)總體布局示意圖

3.5 智能數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

開(kāi)發(fā)觸屏式智能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)用于常用人機(jī)工程驗(yàn)證項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式電動(dòng)調(diào)節(jié)，提升臺(tái)架的使用便利性，減少不同人機(jī)工程設(shè)計(jì)方案人工調(diào)整的時(shí)間，觸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)示意如圖6：

圖6 觸屏人機(jī)界面示意圖

人機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)制作完成后需要進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，避免不被發(fā)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)干涉和系統(tǒng)漏洞。

4、總結(jié)

本文重點(diǎn)闡述了人機(jī)工程驗(yàn)證臺(tái)架的發(fā)展及新一代智能調(diào)節(jié)平臺(tái)的建設(shè)思路。設(shè)計(jì)車型的人機(jī)工程設(shè)計(jì)表現(xiàn)可通過(guò)該平臺(tái)進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證，可大大提高整車在造型階段驗(yàn)證人機(jī)工程問(wèn)題的效率和質(zhì)量，避免在開(kāi)發(fā)后期因?yàn)槿藱C(jī)工程問(wèn)題導(dǎo)致項(xiàng)目進(jìn)度和開(kāi)發(fā)成本受到影響。隨著平臺(tái)在不同整車開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中的應(yīng)用，將會(huì)節(jié)約越來(lái)越多的制作傳統(tǒng)三維驗(yàn)證模型的費(fèi)用。

[1] 陳昊,曹亮,賈新建.一種面向汽車正向開(kāi)發(fā)的車輛人機(jī)工程試驗(yàn)平臺(tái).發(fā)明專利.專利號(hào)200910251471，2009.

[2] 楊得一,張秋月,郭鋼.基于UG平臺(tái)的汽車駕駛舒適性評(píng)價(jià)[J].客車技術(shù)與研究.2004.第26卷（第2期）:6-8.

[3] 丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2005. Vivek D.Bhise.汽車設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社.2014.

Research of Vehicle Ergonomics Validating Platform constructs

Sun Suozhu
( Anhui jianghuai automobile Co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

It is necessary to design the appropriate ergonomics parameters at the beginning of a car to meet the higher and higher request of the customers. With the introduction of vehicle ergonomics validating platform and comparison of function in and out of country, it is pointed out that vehicle ergonomics validating platform is the development orientation of vehicle ergonomics design proved at the beginning stage of the project. And also expounded the Vehicle Ergonomics Validating Platform construct procedures.

Ergonomics; Vehicle Ergonomics Validating Platform; Package Layout

U462.1

B

1671-7988 (2017)10-184-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.064

孫鎖柱，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。