陳曉英

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司，河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

關(guān)鍵字：門(mén)內(nèi)板；門(mén)扶手；R點(diǎn)

前言

以往車(chē)型前門(mén)扶手（或門(mén)肘托）的尺寸設(shè)計(jì)都是輸入造型參考或?qū)?biāo)的參考尺寸，由造型發(fā)揮做出CAS面然后各專(zhuān)業(yè)進(jìn)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(shè)計(jì)要求數(shù)據(jù)不符時(shí)就不知如何是好。本方法出于解決上述風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)體人機(jī)理論方法研究，重點(diǎn)按照實(shí)際操作找出駕駛員操作方向盤(pán)及休息時(shí)的肘位置邊界，此邊界也是設(shè)計(jì)門(mén)內(nèi)板及門(mén)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(fù)校核工作量，提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度，從理論角度進(jìn)行設(shè)計(jì)控制方法研究。

1 設(shè)計(jì)模型建立

1.1 最小座椅寬度（本文舉例使用）

國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB7258要求每名前排乘員的座墊寬和座墊深均應(yīng)大于等于 400mm，本方法就按照國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)以座椅最小 400mm寬度來(lái)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)演示（對(duì)于設(shè)計(jì)的具體車(chē)型按具體的座椅寬及外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行）。

1.2 人體結(jié)構(gòu)尺寸

目前設(shè)計(jì)車(chē)型前排按不大于身高SAE95%人群進(jìn)行，相關(guān)尺寸見(jiàn)下表1。

表1 設(shè)計(jì)參考尺寸-SAEJ833

1.3 設(shè)計(jì)R點(diǎn)到門(mén)內(nèi)飾板下部間隙計(jì)算

SAE 95%人體R點(diǎn)距門(mén)內(nèi)飾板距離（按法規(guī)最小座椅400寬度進(jìn)行的R點(diǎn)距外側(cè)最小距離）：

200+35=235（35為設(shè)計(jì)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(jì)算可看出，門(mén)內(nèi)飾板與座椅側(cè)面間需留間隙45～60mm，則門(mén)內(nèi)飾板距R點(diǎn)最內(nèi)Y向距離設(shè)計(jì)要滿足在280mm以上，下面用此數(shù)據(jù)作為95%人體座椅R點(diǎn)與門(mén)內(nèi)飾板側(cè)向距離要求，也是肘扶手下部側(cè)面的門(mén)內(nèi)飾板與R點(diǎn)的最小Y向距離。

1.4 SAE95%人體-簡(jiǎn)化模型

本文以某左舵車(chē)型定義的人機(jī)硬點(diǎn)進(jìn)行演示門(mén)內(nèi)板及其扶手設(shè)計(jì)邊界方法（右舵車(chē)型注意方向，方法相同），按預(yù)研給出的方向盤(pán)中心點(diǎn)、踵點(diǎn)、踩點(diǎn)、R點(diǎn)用UG做出主駕二維坐姿人體。

圖2 二維人體模型及尺寸

簡(jiǎn)化模型：基于實(shí)際駕駛操作方向盤(pán)的轉(zhuǎn)向過(guò)程中，人體手腕與小臂相對(duì)運(yùn)動(dòng)極小狀況，建立假想模型，將手握至手腕部分與下臂簡(jiǎn)化固在一起（此為手握至肘最大長(zhǎng)度81+267，這樣保守設(shè)計(jì)更安全）來(lái)進(jìn)行左側(cè)肘部邊界查找，這是本文設(shè)計(jì)的假想模型，上臂長(zhǎng)300mm，下臂到手握處長(zhǎng)348mm來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。

1.5 整車(chē)坐標(biāo)平面及坐標(biāo)系定義

為方便理解，文中敘述的車(chē)輛縱向?qū)ΨQ(chēng)面為Y0平面，通過(guò)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(guò)較大面積地板平面的平面為Z0平面。車(chē)輛前后左右的敘述以駕駛員正常駕駛方位來(lái)定義。各坐標(biāo)平面的交線為坐標(biāo)軸線，X軸指向車(chē)輛后，前負(fù)后正。按右手法則定義Y軸及Z軸。

2 轉(zhuǎn)向時(shí)肘部位置研究

2.1 95%SAE人體-肘心最左點(diǎn)

在三維軟件中按設(shè)計(jì)硬點(diǎn)做出方向盤(pán)中心點(diǎn)及轉(zhuǎn)向盤(pán)外徑緣，用極值做出方向盤(pán)外緣Y向最左點(diǎn)，此點(diǎn)為手握最左點(diǎn)，以此點(diǎn)為球心以348mm為半徑畫(huà)球，求出球與上臂球（以靠近門(mén)內(nèi)板側(cè)肩點(diǎn)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(diǎn)，此點(diǎn)為肘心最左點(diǎn)，見(jiàn)下圖3。

圖3 肘心最左點(diǎn)

2.2 95%SAE人體-方向盤(pán)最左-肘最左外側(cè)點(diǎn)

圖4 肘最左外側(cè)點(diǎn)

在肘最左位中心做半徑為45mm的球，做出球的最左極值點(diǎn)為肘最左外側(cè)點(diǎn)，此點(diǎn)與R點(diǎn)Y向距離為347.5mm，此距離即為設(shè)計(jì)門(mén)內(nèi)板在轉(zhuǎn)向過(guò)程中肘與門(mén)內(nèi)飾板相接觸的最內(nèi)側(cè)邊界點(diǎn)，在理論上設(shè)計(jì)門(mén)內(nèi)板必需考慮轉(zhuǎn)向時(shí)的安全要求，則需要設(shè)計(jì)的門(mén)內(nèi)板距R點(diǎn)的Y距離必須大于348mm（可同理在方向盤(pán)上做出無(wú)限多個(gè)點(diǎn)并做出整車(chē)轉(zhuǎn)向過(guò)程中的肘部最外側(cè)包絡(luò)，用于門(mén)內(nèi)板造型時(shí)使用）。

2.3 95%SAE人體-方向盤(pán)最下-肘最左-肘最左及最下側(cè)點(diǎn)

用極值法做出方向盤(pán)Z向最下點(diǎn)，此點(diǎn)為實(shí)際轉(zhuǎn)向時(shí)手握最低點(diǎn)，以此點(diǎn)為球心以348mm為半徑畫(huà)球，以95%人體左肩端點(diǎn)為球心以半徑300mm畫(huà)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(diǎn)，此點(diǎn)為左轉(zhuǎn)向過(guò)程中左手握到方向盤(pán)最低肘最左能到達(dá)的肘心點(diǎn)，以此點(diǎn)為球心畫(huà)出半徑45mm的球，在45mm球上用極值法做出球的下極值點(diǎn)，下極值點(diǎn)距R點(diǎn)距離為X向?yàn)?1.1mm, Y向233.7mm，Z向距離為279.4mm；并在45mm球做出肘最左極值點(diǎn)，左側(cè)極值點(diǎn)距R點(diǎn)距離為X向?yàn)?1.1mm，Y向278.7mm，Z向距離為 324.4mm。這時(shí)，手握方向盤(pán)最下人體肘能轉(zhuǎn)到最左時(shí)的肘外側(cè)及下側(cè)的點(diǎn)距R點(diǎn)的Y向距離都已小于要求的座椅與門(mén)板板間隙 280mm，從這個(gè)位置開(kāi)始以及再向車(chē)內(nèi)的肘位置不會(huì)出現(xiàn)肘側(cè)向與門(mén)內(nèi)板（本舉例方法門(mén)內(nèi)板與R點(diǎn)Y向距離280mm）干涉現(xiàn)象。

圖5 肘最左最下點(diǎn)

2.4 95%SAE人體-轉(zhuǎn)向狀態(tài)-肘心距R點(diǎn)左280mm時(shí)肘最下側(cè)點(diǎn)

圖6 距R點(diǎn)280mm肘最側(cè)下點(diǎn)

在方向盤(pán)最左至最下的外圓上，做出多個(gè)點(diǎn)（越密集做出的肘心線越精確）同理可做出多個(gè)上下臂球相交肘位圓，做Y平行平面距R點(diǎn)左280mm，求出平面與各交線肘位圓交點(diǎn)，找出各交點(diǎn)中的最低點(diǎn)即為轉(zhuǎn)向過(guò)程到距R點(diǎn)280mm時(shí)的肘心圓的最下點(diǎn)（做出的交線肘位圓越密集找到的點(diǎn)越精準(zhǔn)），測(cè)量此點(diǎn)距R點(diǎn)X向距離39.4mm，Y向距離280mm，Z向距離217mm，這就是轉(zhuǎn)向過(guò)程中最95%人體肘能接觸到門(mén)內(nèi)板臺(tái)階的最低點(diǎn)。

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

做距R點(diǎn)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(diǎn)，做出以交點(diǎn)為球心半徑為45mm球，求出球面與軀干線的下交點(diǎn)，測(cè)量下交點(diǎn)距R點(diǎn)X向56mm，Y向280mm，Z向高度為138.6mm，Z向高度就是門(mén)內(nèi)板肘扶手（肘托）的理論高度，門(mén)內(nèi)板扶手設(shè)計(jì)不應(yīng)低于139mm。

圖7 距R點(diǎn)280mm肘最側(cè)下點(diǎn)

4 95%SAE人體-前門(mén)內(nèi)板造型形式

由前面2.2條得出門(mén)內(nèi)板上部轉(zhuǎn)向時(shí)要滿足距R點(diǎn)Y向距離大于348mm；由第2.4條得出設(shè)計(jì)門(mén)內(nèi)板肘扶手下部與R點(diǎn)距離280mm時(shí)不干涉肘的高度為217mm；由第3條得出門(mén)內(nèi)板肘扶手的最低設(shè)計(jì)不低于 139mm，實(shí)際上門(mén)內(nèi)板還要承載著玻璃升降器開(kāi)關(guān)、門(mén)開(kāi)關(guān)扣手、外后視鏡調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)等件，兼顧三者要求，將門(mén)內(nèi)飾板設(shè)計(jì)成臺(tái)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(diǎn)即50%人體R點(diǎn)，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(zhǎng)度球，同理可得到50%SAE人體在轉(zhuǎn)向及靜態(tài)休息相關(guān)肘位置尺寸，如圖 8。門(mén)內(nèi)板設(shè)計(jì)的最內(nèi)邊界上部距R點(diǎn)Y向354mm，下部距R點(diǎn)Y向280mm時(shí)肘扶手轉(zhuǎn)向與肘相碰最高點(diǎn)距R點(diǎn)Z向189.1mm；靜態(tài)休息時(shí)肘最低高度距R點(diǎn)Z向135.6mm；并測(cè)量轉(zhuǎn)向時(shí)手握方向盤(pán)最左點(diǎn)時(shí)肘最左外側(cè)距95%人體R點(diǎn)Y向距離為353.9mm，肘與280mmY平行平面相碰時(shí)的肘最低點(diǎn)與設(shè)計(jì)人體95% R點(diǎn)Z向194.2mm，靜態(tài)休息肘點(diǎn)最低點(diǎn)距95%人體R點(diǎn)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(diǎn)即5%人體R點(diǎn)，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(guān)肘位置尺寸，如圖 9。門(mén)內(nèi)板設(shè)計(jì)的最內(nèi)邊界上部距R點(diǎn)Y向366.8mm，下部距R點(diǎn)Y向280mm時(shí)肘扶手轉(zhuǎn)向與肘相碰最高點(diǎn)距R點(diǎn)Z向158mm；靜態(tài)休息時(shí)肘最低高度距R點(diǎn)Z向135.6138.2mm；并測(cè)量轉(zhuǎn)向時(shí)手握方向盤(pán)最左點(diǎn)時(shí)肘最左外側(cè)距95%人體R點(diǎn)Y向距離為366.8mm，肘與280mmY平行平面相碰時(shí)的肘最低點(diǎn)與設(shè)計(jì)人體95% R點(diǎn)Z向170.2mm，靜態(tài)休息肘點(diǎn)最低點(diǎn)距 95%人體 R點(diǎn) Z向高度為149.3mm。

圖9 SAE50%人體肘位

7 門(mén)內(nèi)板及扶手控制邊界結(jié)論

現(xiàn)在設(shè)計(jì)車(chē)型要滿足身高百分位 95%以下人群要求，關(guān)于設(shè)計(jì)人體 5%-95%在轉(zhuǎn)向過(guò)程及靜態(tài)休息時(shí)關(guān)鍵肘位與設(shè)計(jì)人體95%關(guān)系見(jiàn)下圖10：

圖10 5%-95%SAE關(guān)鍵肘位與R點(diǎn)關(guān)系

對(duì)于門(mén)內(nèi)板的設(shè)計(jì)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(mén)內(nèi)板上部距95%R點(diǎn)X向從165-96mm的范圍區(qū)域內(nèi)Y向距離要大于367mm。對(duì)于本例從R點(diǎn)到門(mén)內(nèi)板Y向距離280mm（具體設(shè)計(jì)時(shí)按設(shè)計(jì)車(chē)型的距離來(lái)進(jìn)行）時(shí)的門(mén)內(nèi)板在轉(zhuǎn)向操作時(shí)不與肘相碰的最高門(mén)扶手距 R點(diǎn)的 Z向距離要小于170mm，大于149mm。

8 門(mén)內(nèi)板肘扶手長(zhǎng)度及傾斜設(shè)計(jì)

前邊已確定了門(mén)內(nèi)板設(shè)計(jì)寬度及高度尺寸要求,還有一項(xiàng)重要尺寸長(zhǎng)度需要明確，大家都知道設(shè)計(jì)車(chē)輛都有高度定義的適應(yīng)人群，那么門(mén)內(nèi)板肘扶(肘托)長(zhǎng)度也要同樣需適應(yīng)車(chē)型設(shè)計(jì)的高度人群，從理論上講門(mén)內(nèi)板長(zhǎng)度至少要同座椅滑軌行程長(zhǎng)度，因現(xiàn)代汽車(chē)多數(shù)玻璃升降器開(kāi)關(guān)、門(mén)開(kāi)關(guān)扣手、外后視鏡調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)等件布置在門(mén)扶手上，則肘扶手長(zhǎng)度需讓手伸能到達(dá)的位置來(lái)確認(rèn)就可。門(mén)扶手的前后縱向傾斜度可按座椅滑軌傾角來(lái)執(zhí)行，一般不大于0-5度。

圖11 門(mén)內(nèi)板及門(mén)扶手邊界