陳曉英

（長城汽車股份有限公司，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

關鍵字：門內(nèi)板；門扶手；R點

前言

以往車型前門扶手（或門肘托）的尺寸設計都是輸入造型參考或?qū)说膮⒖汲叽?，由造型發(fā)揮做出CAS面然后各專業(yè)進行校核反饋，往反多回才能符合即定的數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)造型與設計要求數(shù)據(jù)不符時就不知如何是好。本方法出于解決上述風險進行實體人機理論方法研究，重點按照實際操作找出駕駛員操作方向盤及休息時的肘位置邊界，此邊界也是設計門內(nèi)板及門扶手（或肘托）的邊界，為造型提供理論數(shù)據(jù)支持，減小往復校核工作量，提高設計準確度，從理論角度進行設計控制方法研究。

1 設計模型建立

1.1 最小座椅寬度（本文舉例使用）

國家強制標準GB7258要求每名前排乘員的座墊寬和座墊深均應大于等于 400mm，本方法就按照國家強制標準以座椅最小 400mm寬度來進行相關設計演示（對于設計的具體車型按具體的座椅寬及外形結(jié)構(gòu)進行）。

1.2 人體結(jié)構(gòu)尺寸

目前設計車型前排按不大于身高SAE95%人群進行，相關尺寸見下表1。

表1 設計參考尺寸-SAEJ833

1.3 設計R點到門內(nèi)飾板下部間隙計算

SAE 95%人體R點距門內(nèi)飾板距離（按法規(guī)最小座椅400寬度進行的R點距外側(cè)最小距離）：

200+35=235（35為設計座椅側(cè)旋鈕高度）

235+（45～60）=280～295（手操作座椅調(diào)節(jié)手柄需留空間45～60間隙 ）

由以上計算可看出，門內(nèi)飾板與座椅側(cè)面間需留間隙45～60mm，則門內(nèi)飾板距R點最內(nèi)Y向距離設計要滿足在280mm以上，下面用此數(shù)據(jù)作為95%人體座椅R點與門內(nèi)飾板側(cè)向距離要求，也是肘扶手下部側(cè)面的門內(nèi)飾板與R點的最小Y向距離。

1.4 SAE95%人體-簡化模型

本文以某左舵車型定義的人機硬點進行演示門內(nèi)板及其扶手設計邊界方法（右舵車型注意方向，方法相同），按預研給出的方向盤中心點、踵點、踩點、R點用UG做出主駕二維坐姿人體。

圖2 二維人體模型及尺寸

簡化模型：基于實際駕駛操作方向盤的轉(zhuǎn)向過程中，人體手腕與小臂相對運動極小狀況，建立假想模型，將手握至手腕部分與下臂簡化固在一起（此為手握至肘最大長度81+267，這樣保守設計更安全）來進行左側(cè)肘部邊界查找，這是本文設計的假想模型，上臂長300mm，下臂到手握處長348mm來進行數(shù)據(jù)設計。

1.5 整車坐標平面及坐標系定義

為方便理解，文中敘述的車輛縱向?qū)ΨQ面為Y0平面，通過前輪中心垂直Y平面的平面為X0平面，與X平面、Y平面垂直并通過較大面積地板平面的平面為Z0平面。車輛前后左右的敘述以駕駛員正常駕駛方位來定義。各坐標平面的交線為坐標軸線，X軸指向車輛后，前負后正。按右手法則定義Y軸及Z軸。

2 轉(zhuǎn)向時肘部位置研究

2.1 95%SAE人體-肘心最左點

在三維軟件中按設計硬點做出方向盤中心點及轉(zhuǎn)向盤外徑緣，用極值做出方向盤外緣Y向最左點，此點為手握最左點，以此點為球心以348mm為半徑畫球，求出球與上臂球（以靠近門內(nèi)板側(cè)肩點為球心，300mm為半徑）交線圓 1，作出交線圓1的Y向極值小值點，此點為肘心最左點，見下圖3。

圖3 肘心最左點

2.2 95%SAE人體-方向盤最左-肘最左外側(cè)點

圖4 肘最左外側(cè)點

在肘最左位中心做半徑為45mm的球，做出球的最左極值點為肘最左外側(cè)點，此點與R點Y向距離為347.5mm，此距離即為設計門內(nèi)板在轉(zhuǎn)向過程中肘與門內(nèi)飾板相接觸的最內(nèi)側(cè)邊界點，在理論上設計門內(nèi)板必需考慮轉(zhuǎn)向時的安全要求，則需要設計的門內(nèi)板距R點的Y距離必須大于348mm（可同理在方向盤上做出無限多個點并做出整車轉(zhuǎn)向過程中的肘部最外側(cè)包絡，用于門內(nèi)板造型時使用）。

2.3 95%SAE人體-方向盤最下-肘最左-肘最左及最下側(cè)點

用極值法做出方向盤Z向最下點，此點為實際轉(zhuǎn)向時手握最低點，以此點為球心以348mm為半徑畫球，以95%人體左肩端點為球心以半徑300mm畫出上臂球，做出兩球的交線圓2，在交線圓2上做出Y向最左極值點，此點為左轉(zhuǎn)向過程中左手握到方向盤最低肘最左能到達的肘心點，以此點為球心畫出半徑45mm的球，在45mm球上用極值法做出球的下極值點，下極值點距R點距離為X向為91.1mm, Y向233.7mm，Z向距離為279.4mm；并在45mm球做出肘最左極值點，左側(cè)極值點距R點距離為X向為91.1mm，Y向278.7mm，Z向距離為 324.4mm。這時，手握方向盤最下人體肘能轉(zhuǎn)到最左時的肘外側(cè)及下側(cè)的點距R點的Y向距離都已小于要求的座椅與門板板間隙 280mm，從這個位置開始以及再向車內(nèi)的肘位置不會出現(xiàn)肘側(cè)向與門內(nèi)板（本舉例方法門內(nèi)板與R點Y向距離280mm）干涉現(xiàn)象。

圖5 肘最左最下點

2.4 95%SAE人體-轉(zhuǎn)向狀態(tài)-肘心距R點左280mm時肘最下側(cè)點

圖6 距R點280mm肘最側(cè)下點

在方向盤最左至最下的外圓上，做出多個點（越密集做出的肘心線越精確）同理可做出多個上下臂球相交肘位圓，做Y平行平面距R點左280mm，求出平面與各交線肘位圓交點，找出各交點中的最低點即為轉(zhuǎn)向過程到距R點280mm時的肘心圓的最下點（做出的交線肘位圓越密集找到的點越精準），測量此點距R點X向距離39.4mm，Y向距離280mm，Z向距離217mm，這就是轉(zhuǎn)向過程中最95%人體肘能接觸到門內(nèi)板臺階的最低點。

3 95%SAE人體-靜態(tài)休息-肘心距R點左Y向280mm肘最下側(cè)點

做距R點左280mm Y平行平面，做出此平面與95%上臂球交線，做出人體驅(qū)干線在此面上的投影，求出投影線與球交線的下交點，做出以交點為球心半徑為45mm球，求出球面與軀干線的下交點，測量下交點距R點X向56mm，Y向280mm，Z向高度為138.6mm，Z向高度就是門內(nèi)板肘扶手（肘托）的理論高度，門內(nèi)板扶手設計不應低于139mm。

圖7 距R點280mm肘最側(cè)下點

4 95%SAE人體-前門內(nèi)板造型形式

由前面2.2條得出門內(nèi)板上部轉(zhuǎn)向時要滿足距R點Y向距離大于348mm；由第2.4條得出設計門內(nèi)板肘扶手下部與R點距離280mm時不干涉肘的高度為217mm；由第3條得出門內(nèi)板肘扶手的最低設計不低于 139mm，實際上門內(nèi)板還要承載著玻璃升降器開關、門開關扣手、外后視鏡調(diào)節(jié)開關等件，兼顧三者要求，將門內(nèi)飾板設計成臺階形狀。

5 50%SAE人體轉(zhuǎn)向、靜態(tài)特征肘位

在座椅軌跡線上求出 50%座椅適宜線與軌跡線的交點即50%人體R點，按表1中數(shù)據(jù)在三維軟件中做出SAE50%人體肩部線、軀干線及上下臂長度球，同理可得到50%SAE人體在轉(zhuǎn)向及靜態(tài)休息相關肘位置尺寸，如圖 8。門內(nèi)板設計的最內(nèi)邊界上部距R點Y向354mm，下部距R點Y向280mm時肘扶手轉(zhuǎn)向與肘相碰最高點距R點Z向189.1mm；靜態(tài)休息時肘最低高度距R點Z向135.6mm；并測量轉(zhuǎn)向時手握方向盤最左點時肘最左外側(cè)距95%人體R點Y向距離為353.9mm，肘與280mmY平行平面相碰時的肘最低點與設計人體95% R點Z向194.2mm，靜態(tài)休息肘點最低點距95%人體R點Z向高度為140.7mm。

圖8 SAE50%人體肘位

6 5%SAE人體轉(zhuǎn)向、靜態(tài)特征肘位

在座椅軌跡線上求出 5%座椅適宜線與軌跡線的交點即5%人體R點，按表1中數(shù)據(jù)在三維軟件中做出SAE5%人體肩部線、軀干線及上下臂球，同理可得到5%SAE人體在轉(zhuǎn)向及靜態(tài)休息相關肘位置尺寸，如圖 9。門內(nèi)板設計的最內(nèi)邊界上部距R點Y向366.8mm，下部距R點Y向280mm時肘扶手轉(zhuǎn)向與肘相碰最高點距R點Z向158mm；靜態(tài)休息時肘最低高度距R點Z向135.6138.2mm；并測量轉(zhuǎn)向時手握方向盤最左點時肘最左外側(cè)距95%人體R點Y向距離為366.8mm，肘與280mmY平行平面相碰時的肘最低點與設計人體95% R點Z向170.2mm，靜態(tài)休息肘點最低點距 95%人體 R點 Z向高度為149.3mm。

圖9 SAE50%人體肘位

7 門內(nèi)板及扶手控制邊界結(jié)論

現(xiàn)在設計車型要滿足身高百分位 95%以下人群要求，關于設計人體 5%-95%在轉(zhuǎn)向過程及靜態(tài)休息時關鍵肘位與設計人體95%關系見下圖10：

圖10 5%-95%SAE關鍵肘位與R點關系

對于門內(nèi)板的設計要滿足 95%身高人群的操作舒適，既不能轉(zhuǎn)向碰肘，又能提供肘部支承，從上圖分析數(shù)據(jù)得出，門內(nèi)板上部距95%R點X向從165-96mm的范圍區(qū)域內(nèi)Y向距離要大于367mm。對于本例從R點到門內(nèi)板Y向距離280mm（具體設計時按設計車型的距離來進行）時的門內(nèi)板在轉(zhuǎn)向操作時不與肘相碰的最高門扶手距 R點的 Z向距離要小于170mm，大于149mm。

8 門內(nèi)板肘扶手長度及傾斜設計

前邊已確定了門內(nèi)板設計寬度及高度尺寸要求,還有一項重要尺寸長度需要明確，大家都知道設計車輛都有高度定義的適應人群，那么門內(nèi)板肘扶(肘托)長度也要同樣需適應車型設計的高度人群，從理論上講門內(nèi)板長度至少要同座椅滑軌行程長度，因現(xiàn)代汽車多數(shù)玻璃升降器開關、門開關扣手、外后視鏡調(diào)節(jié)開關等件布置在門扶手上，則肘扶手長度需讓手伸能到達的位置來確認就可。門扶手的前后縱向傾斜度可按座椅滑軌傾角來執(zhí)行，一般不大于0-5度。

圖11 門內(nèi)板及門扶手邊界