張明晶

摘 要：本文主要是針對(duì)家用普通轎車作為車身的主要啟閉部件，用戶在使用過(guò)程中，尾門屬于使用較為頻繁的部件，為切實(shí)優(yōu)化對(duì)其的布置方案，本文基于人機(jī)工程的導(dǎo)向，從啟閉力方面的人機(jī)需求入手，提出了開(kāi)啟尺寸、后視野方面的人機(jī)要求，并對(duì)其總布置方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了梳理，旨在更好地促進(jìn)汽車尾門設(shè)計(jì)的適用性與操作性的提升。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程 汽車尾門 總布置方案 設(shè)計(jì)

Design of General Layout of Automobile Tailgate Based on Ergonomics

Zhang Mingjing

Abstract：This article is mainly aimed at household ordinary cars as the main opening and closing parts of the body. During the user's use， the tailgate is a component that is frequently used. In order to effectively optimize the layout plan， this article is based on the ergonomics orientation. Starting with the man-machine requirements in terms of opening and closing force，the article put forward the man-machine requirements in terms of opening size and rear vision and sort out the design points of its general layout plan， aiming to better promote the applicability and applicability of the car tailgate design and improve the operation.

Key words：ergonomics， car tailgate， general layout plan， design

1 引言

汽車尾門的總布置方案設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，將直接關(guān)系到用戶的人機(jī)體驗(yàn)，所以所設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要以人機(jī)工程為導(dǎo)向，切實(shí)強(qiáng)化對(duì)其的人機(jī)交互設(shè)計(jì)。從當(dāng)前主流車型的尾門來(lái)看，主要有三廂車與兩廂車之分，若根據(jù)汽車尾門的啟閉模式來(lái)劃分，常見(jiàn)的主要有兩種，一種是自動(dòng)啟閉，另一種是手動(dòng)啟閉。由于自動(dòng)啟閉的設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜，且成本高、銷量低，本文研究主要選取兩廂車的手動(dòng)式尾門為例，主要是因?yàn)榇祟愇查T的采用較多，此類尾門的啟閉都需要利用氣彈簧來(lái)助力，且布置方案較為復(fù)雜，所需涉及的因素較多，比如后部車身結(jié)構(gòu)、不同功能模塊的位置、后部人機(jī)尺寸、安裝空間，這四個(gè)因素之間互相影響，具有密不可分的特點(diǎn)，所涉及零件的類型和數(shù)量也較多，因此，本文研究的基于人機(jī)工程強(qiáng)化汽車尾門的總布置方案設(shè)計(jì)，能有效地預(yù)防尾門在啟閉時(shí)的力度過(guò)大、開(kāi)啟行程不適、后風(fēng)窗玻璃黑邊寬度過(guò)大而遮擋視線等方面的問(wèn)題。

2 基于人機(jī)工程的汽車尾門的人機(jī)要求分析

2.1 啟閉力方面的人機(jī)要求梳理

第一，模型簡(jiǎn)化。由于汽車產(chǎn)品和類型較多，且尾門的形狀、大小也存在較大的差異，為了更好地提升尾門啟閉方式的人機(jī)性，本研究以常見(jiàn)的兩廂車為例，對(duì)其常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，得到簡(jiǎn)化后的模型詳見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，融入了消費(fèi)者目前較為關(guān)心的啟閉力概念，由于啟閉力是指開(kāi)啟力與關(guān)閉力，由于兩種力交替出現(xiàn)，此時(shí)就需要構(gòu)建汽車尾門啟閉所需的力矩適量平衡方程，即：。

第二，啟閉力曲線值分析。為更好地對(duì)汽車尾門的啟閉力特點(diǎn)進(jìn)行分析，本研究緊密結(jié)合尾門運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)化模型與力矩平衡方程，分析開(kāi)啟角度與首部施加力間的關(guān)系，所以將汽車尾門開(kāi)啟角度作為橫坐標(biāo)，而施加啟閉力作為縱向坐標(biāo)，建立了圖2所示的啟閉力曲線。需要說(shuō)明的是，當(dāng)尾門關(guān)閉時(shí)，開(kāi)啟角度是0，施加也是0，且施加0刻度線之下說(shuō)明此時(shí)不用對(duì)尾門施加額外啟閉力，尾門在此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟閉。在這一過(guò)程中，不同的曲線所表示的是在不同溫度下的尾門啟閉的過(guò)程，尾門氣彈簧動(dòng)力介質(zhì)有兩種：一種是壓縮后的高壓氣體，另一種是油氣混合物，啟閉力曲線對(duì)溫度這一因素的敏感度較大，一般而言，其溫度范圍介于-30℃到80℃這一范圍，有關(guān)溫度的特性參數(shù)可以從供應(yīng)商處獲取。這就說(shuō)明在環(huán)境溫度不同時(shí)，尾門啟閉力曲線也不同。當(dāng)處于高溫時(shí)，汽車尾門關(guān)閉力相對(duì)較大，當(dāng)處于低溫時(shí)，汽車尾門開(kāi)啟力相對(duì)較大，而這一過(guò)程實(shí)際就是利用啟閉力曲線來(lái)體現(xiàn)人機(jī)要求。

第三，啟閉力優(yōu)先級(jí)方面的人機(jī)要求分析。針對(duì)一級(jí)優(yōu)先級(jí)要求，主要是避免汽車尾門處于低溫環(huán)境（-30℃）時(shí)，尾門開(kāi)啟同樣具有避免自由下落的保持力，也就是在開(kāi)啟汽車尾門后，汽車所處的最低溫環(huán)境不能大于-30℃，才能避免尾門在重力和溫度作用下自動(dòng)關(guān)閉。這一情況詳見(jiàn)圖2中的曲線1所示，發(fā)現(xiàn)完全開(kāi)啟尾門后，手部關(guān)閉力需要大于等于20N。針對(duì)二級(jí)優(yōu)先級(jí)要求，主要是確保啟閉力曲線的關(guān)閉能量適宜。當(dāng)溫度較低時(shí)，關(guān)閉汽車尾門所需的能量較大;當(dāng)溫度較高時(shí)，關(guān)閉汽車尾門所需的能量相對(duì)較小。例如在圖2中，尾門優(yōu)化設(shè)計(jì)后，所選的啟閉力曲線主要是曲線1和3，在零下30℃與60℃時(shí)的關(guān)閉能量最佳，預(yù)防由于溫度過(guò)低而導(dǎo)致車輛難以啟動(dòng)的問(wèn)題，以及在爆嗮環(huán)境下預(yù)防出現(xiàn)開(kāi)啟過(guò)易。針對(duì)三級(jí)優(yōu)先級(jí)要求而言，主要是盡可能地減少最大關(guān)閉力，關(guān)閉力的變化過(guò)程的由大致小，尤其是高溫時(shí)，最大關(guān)閉力較大，按照我國(guó)的環(huán)境溫度現(xiàn)狀，20℃下的啟閉力需要采用曲線2，因此，常溫20℃下的關(guān)閉力在60N之內(nèi)，避免日常使用出現(xiàn)尾門關(guān)閉困難，例如在上圖中，在80℃時(shí)，關(guān)閉力曲線發(fā)生了峰值，那么就表示此時(shí)若需要關(guān)閉汽車尾門，其最初的需力較小，且在閉合時(shí)需加大力度，方能達(dá)到閉合的目的，這與我們的實(shí)踐操作習(xí)慣上相悖的，可能出現(xiàn)由于關(guān)閉力不足而導(dǎo)致關(guān)閉尾門失敗，但是我國(guó)不用考慮處于80℃下的極限工況。而針對(duì)四級(jí)優(yōu)先級(jí)要求而言，主要是預(yù)防開(kāi)啟時(shí)施力形成過(guò)高而導(dǎo)致操作上的不適。在圖2中，不難發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，每條開(kāi)啟力曲線的自動(dòng)開(kāi)啟的臨界點(diǎn)就是人手操作力為0時(shí)相交的交點(diǎn)，此時(shí)的尾門開(kāi)啟角度能轉(zhuǎn)化成尾門開(kāi)啟把手的離地高度。在開(kāi)啟過(guò)程中，若手抬得過(guò)高，將導(dǎo)致操作不適，所以這一人機(jī)要求與尾門把手位置的布置存在一定關(guān)聯(lián)，按照我國(guó)環(huán)境溫度現(xiàn)狀，主要是選取曲線6，在零下10℃的環(huán)境下，尾門能自動(dòng)開(kāi)啟時(shí)的把手高度適宜。

3 總布置方案的設(shè)計(jì)思路

在人機(jī)工程下的汽車尾門總布置方案設(shè)計(jì)中，為彰顯其設(shè)計(jì)的人機(jī)交互性，便于對(duì)汽車尾門的啟閉操作，優(yōu)化開(kāi)口尺寸，滿足后視野需求，需要綜合分析不同方案的截面，所以在確定總布置方案時(shí)，需要在新車型開(kāi)發(fā)初期就要協(xié)調(diào)好各方，切實(shí)加強(qiáng)與相關(guān)專業(yè)之間的交流，做好不同科室的對(duì)接，采取科學(xué)方案，對(duì)汽車造型模型進(jìn)行優(yōu)化，采用數(shù)字化的方案呈現(xiàn)樣車，再利用仿真模擬軟件，對(duì)得到的數(shù)字化樣車的各方面是否具有較強(qiáng)的人機(jī)性、科學(xué)性進(jìn)行檢查，避免存在互相碰撞的情況，同時(shí)根據(jù)模擬得到的結(jié)果和實(shí)際需求，針對(duì)性的加強(qiáng)對(duì)其設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化。在具體的優(yōu)化過(guò)程中面積要做好氣彈簧參數(shù)的設(shè)計(jì)，又要根據(jù)三種不同的等級(jí)要求，對(duì)布置方案進(jìn)行優(yōu)化和完善，以盡可能地滿足汽車尾門的人機(jī)要求。

4 總布置方案的設(shè)計(jì)流程

結(jié)合上述分析和實(shí)際設(shè)計(jì)工作來(lái)看，在確定總布置方案設(shè)計(jì)流程時(shí)，需要切實(shí)發(fā)揮人機(jī)工程優(yōu)化的作用，并在車型開(kāi)發(fā)中加強(qiáng)對(duì)其的應(yīng)用。例如圖3為某兩廂車的總布置方案設(shè)計(jì)流程，為我們?cè)谄囄查T設(shè)計(jì)提供了更多地思考，尤其是在人機(jī)交互方面的設(shè)計(jì)，需要作為未來(lái)車型設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在，并緊密結(jié)合實(shí)際需求和定位，切實(shí)加強(qiáng)對(duì)其的設(shè)計(jì)，才能更好地提高汽車尾門布置方案的科學(xué)性與合理性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在汽車尾門總布置方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)始終基于人性化和安全化的視角，切實(shí)注重人機(jī)交互性的提升，以人機(jī)工程為導(dǎo)向，切實(shí)加強(qiáng)人機(jī)要求分析的基礎(chǔ)上，做好方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，以更好地提升車品的競(jìng)爭(zhēng)力。

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