尹鈺淇 范紅琳 徐業(yè)滿 何玉旺

（浙江吉智新能源汽車科技有限公司）

隨著純電動(dòng)汽車的快速推廣，人們對(duì)車廂內(nèi)的空間要求越來(lái)越高，但由于純電動(dòng)汽車電池包的存在，使得在相同車高下，純電動(dòng)汽車的車廂空間要小于傳統(tǒng)的燃油車，所以合理的人機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)滿足客戶要求尤為重要。目前，市面的純電動(dòng)汽車基本都是由傳統(tǒng)燃油車平臺(tái)改制的，無(wú)法滿足未來(lái)電池包標(biāo)準(zhǔn)化趨勢(shì)的要求。在未來(lái)電池包標(biāo)準(zhǔn)化的條件下，利用合理的人機(jī)設(shè)計(jì)理論，優(yōu)化駕駛員及乘客空間尤為重要。文章經(jīng)過(guò)合理的人機(jī)設(shè)計(jì)分析，基本能在車高一定的基礎(chǔ)上保證汽車內(nèi)部空間達(dá)到最大化，滿足汽車駕駛的要求。

1 轎車的常規(guī)人體坐姿

人體坐姿由H30[1]與人體舒適性角度決定。H30 通?；谠O(shè)計(jì)車輛的類型來(lái)進(jìn)行選擇。H30 是SAE 標(biāo)準(zhǔn)中用于定義A 類車輛（轎車和輕型貨車）和B 類車輛（中型和重型貨車）的一個(gè)尺寸。A 類車輛的H30 值范圍通常為127～405 mm。各類車型的H30 通常設(shè)計(jì)建議范圍為：轎車為230～295 mm；SUV 為315～350 mm；MPV 為300～370 mm。

駕駛員及乘員人體坐姿角度及有效腿部空間要求，如表1 所示。

表1 轎車駕駛員及乘員人體各關(guān)節(jié)角度建議值（°）

2 駕駛員人體布置設(shè)計(jì)步驟

2.1 人體布置參數(shù)初始值確定

在進(jìn)行駕駛員人體布置時(shí)，需要首先確定尺寸參數(shù)的初始值。這些尺寸參數(shù)中，部分參數(shù)值在人體布置設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)被修正，從而使參數(shù)的最終值與初始值不同，如表2 所示。

表2 駕駛員人體布置初始設(shè)定參數(shù)表

2.2 駕駛員踵點(diǎn)的初步位置確定

進(jìn)行駕駛員人體布置時(shí)，首先需要確定駕駛員踵點(diǎn)（AHP）的位置。在進(jìn)行三維布置時(shí)，為確定踵點(diǎn)的位置，通常需要先確定前輪心、前地板/地毯在整車坐標(biāo)系下的位置。踵點(diǎn)的高度與最小離地間隙及整車高度等有關(guān)，根據(jù)車輛基本用途及定義的不同會(huì)有所不同。

AHP 點(diǎn)的初始位置，通過(guò)踏點(diǎn)與前輪心的相對(duì)位置關(guān)系，即L113 的尺寸來(lái)初步定義。車輛類型不同，L113 的具體數(shù)值會(huì)有所不同。對(duì)于一般的乘用車，L113 的初始值可取380～550 mm，如圖1 所示。

圖1 人體踵點(diǎn)與前輪心的關(guān)系示意圖

確定踵點(diǎn)初始位置后，在進(jìn)行人體及相關(guān)件的布置時(shí)，根據(jù)具體情況逐步調(diào)整確定最終的踵點(diǎn)位置。

由于車型結(jié)構(gòu)的差異性和多樣性（如跨界車、新能源車、為特定意圖而開發(fā)的車型等），若無(wú)法滿足上述推薦范圍，可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，結(jié)合同類車型對(duì)標(biāo)分析，經(jīng)評(píng)審后最終確定L113 的值。

2.3 踏板角（SPA）與駕駛員踏點(diǎn)（BOFRP 點(diǎn)）確定

2.3.1 踏板角SPA 計(jì)算

踏板角（SPA）的計(jì)算，如式（1）所示。

式中：SPA——駕駛員踩加速踏板時(shí)鞋底面與水平面的夾角，（°）。

圖2 示出駕駛員踏板角SPA。

圖2 駕駛員踏板角SPA 示意圖[3]10

2.3.2 BOFRP 點(diǎn)（踏點(diǎn)）確定

根據(jù)計(jì)算的踏板角，按照之前設(shè)定的腳部角，將駕駛員人體模型腳部放到位，可以確定BOFRP 點(diǎn)。

對(duì)于不同的踏板形式，BOFRP 點(diǎn)略有不同[2]10，如圖3 所示。

圖3 不同踏板形式的BOFRP 點(diǎn)[2]10

2.3.3 H 點(diǎn)位置曲線及SgRP 確定

H 點(diǎn)位于BOFRP 點(diǎn)后，H 點(diǎn)位置曲線，可通過(guò)式（2）[3]18確定。

式中：SgRPx——R 點(diǎn)到BOFRP 點(diǎn)X 向距離，mm；

L99-1——H 點(diǎn)與BOFRP 點(diǎn)間的水平距離，mm。

H 點(diǎn)行程路徑與H 點(diǎn)位置曲線，如圖4 所示。由此通過(guò)H30，L99-1 即可確定SgRP（人體R 點(diǎn)）。在進(jìn)行人體布置時(shí)，因受內(nèi)部空間限制，往往不能完全按照式（2）的計(jì)算值來(lái)設(shè)定SgRP。因此，可在根據(jù)式（2）計(jì)算值確定的SgRP 基礎(chǔ)上，綜合考慮內(nèi)部空間及整車定義后，再調(diào)整確定最終的SgRP。

圖4 H 點(diǎn)行程路徑與H 點(diǎn)位置曲線[2]1

SgRP 確定后，應(yīng)對(duì)駕駛員人體坐姿角度的舒適性（如表1 所示）進(jìn)行校核。

3 已上市純電動(dòng)轎車人機(jī)調(diào)研

根據(jù)傳統(tǒng)汽油車及純電動(dòng)轎車的車高、內(nèi)部空間、離地間隙等推出H30 的高度。已上市純電動(dòng)車型尺寸，如表3 所示。

表3 已上市純電動(dòng)車的尺寸調(diào)研表 mm

從表3 中可以發(fā)現(xiàn)：

1）由傳統(tǒng)汽油車改為純電動(dòng)轎車的車型基本使用異形電池包，在駕駛員腳部與后排乘客腳部將電池做薄，以保證地毯離地面的高度基本與傳統(tǒng)汽油車一致，因此該類車型H30 較大；

2）新造車代表企業(yè)美國(guó)特斯拉使用平板電池包，但電池芯體采用的是18650/21700 標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)電芯，整體電池高度較目前國(guó)內(nèi)的平臺(tái)電池包低40 mm 左右，并且特斯拉采用全玻璃頂，減少了30 mm 的頂棚空間，因此特斯拉車高基本保證了與傳統(tǒng)燃油車高度一致。

4 Z 向尺寸鏈計(jì)算

整車車高由離地間隙和車體高度組成，而車體高度由人體內(nèi)部尺寸決定。車高=離地間隙+電池厚度+地毯厚度+H30+內(nèi)部空間+頂蓋厚度。圖5 示出整車Z 向尺寸組成。

圖5 整車Z 向尺寸組成示意圖

4.1 離地間隙

根據(jù)對(duì)目前市面的轎車車型的分析，轎車的離地間隙基本在125 mm 左右。

4.2 電池厚度

電池厚度與使用的電芯的相關(guān)性較強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)行業(yè)汽車品牌基本用標(biāo)準(zhǔn)模組。標(biāo)準(zhǔn)模組的優(yōu)勢(shì)有以下4 點(diǎn)：1）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通用性高，可換性強(qiáng)；2）標(biāo)準(zhǔn)模組是PACK 設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)；3）標(biāo)準(zhǔn)化模組易批量生產(chǎn)，成本下降空間大；4）標(biāo)準(zhǔn)化模組售后可維修性高。目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模組的尺寸，如表4 所示。

表4 電動(dòng)轎車電池包標(biāo)準(zhǔn)模組尺寸表 mm×mm×mm

使用標(biāo)準(zhǔn)模組的電池包，電池厚度基本在140～150 mm。

4.3 地毯厚度

地毯厚度與NVH 性能相關(guān)，因此該值由NVH 性能部門確認(rèn)，但目前為使報(bào)告車高不過(guò)高，建議地毯厚度在30 mm 左右。性能方面可以在地板及隔聲棉材料方面進(jìn)行提升。

4.4 內(nèi)部空間

根據(jù)市場(chǎng)車型的對(duì)標(biāo)分析，A 級(jí)車H61 值基本在955 mm 左右；B 級(jí)車H61 值基本在970 mm 以上。市場(chǎng)暢銷車型的H61 尺寸，如圖6 所示。

圖6 已上市暢銷車型的H61 尺寸調(diào)研圖

結(jié)合純電動(dòng)車的特性，為控制車高，建議轎車的內(nèi)部空間H61 控制在955 mm 左右，一方面不影響客戶使用，另一方面能夠保證車高符合要求。

4.5 頂蓋厚度

頂蓋厚度由配置決定，有天窗版頂蓋厚度＞無(wú)天窗頂蓋厚度＞玻璃頂頂蓋厚度。天窗版基本厚度在65～85 mm；非天窗版厚度基本在35～55 mm；玻璃頂厚度基本在5～10 mm。因此，選取何等配置對(duì)車高也存在一定的影響。

5 結(jié)論

文章以目前市面上純電動(dòng)轎車為研究對(duì)象，分析得出一種適用于平臺(tái)電池的純電動(dòng)轎車的人體坐姿。經(jīng)過(guò)對(duì)駕駛員及乘客的姿態(tài)模擬分析，確認(rèn)該坐姿滿足客戶日常使用的空間要求。本次純電動(dòng)轎車人體坐姿的研究對(duì)后續(xù)純電動(dòng)轎車的平臺(tái)開發(fā)具有較高的指導(dǎo)意義。