乘用车人体坐姿舒适性校核

范卫萍 张珍 安志亮 李俊龙 祁建

（北京汽车研究总院有限公司）

在整车布置设计的过程中，为了能尽量降低驾驶员的疲劳程度，通过对人体的生理结构进行研究而得到人体的舒适驾驶姿势，这是在总布置设计中必须遵守的原则。在某车型前期布置设计过程中，人体设计位置的确定是首要确定的参数之一，而人体设计姿态的确定需根据人体推荐的舒适坐姿进行布置。本着提高车内空间利用率、满足外造型和整车尺寸的原则，文章对该车型整车人体舒适性进行了校核。

1 边界条件

在进行整车人体舒适性校核时，涉及到的边界条件有：整车内表面CAS数据、加速踏板参考点、方向盘中心、方向盘倾角、驾驶员H点、驾驶员踵点、后排乘员H点、后排乘员踵点、驾驶员H点可调节范围。

2 校核内容

根据SAE标准，通常在进行整车人体坐姿校核时主要校核的内容有：驾驶员SAE95%人体坐姿舒适性校核、后排乘员SAE95%人体坐姿舒适性校核、驾驶员SAE5%人体坐姿舒适性校核。因为驾驶员除了要满足SAE95%高个人体舒适性外[1]，还需要满足SAE5%的小个人体舒适性，以满足不同人群的驾驶需要。而为实现乘员乘坐空间最大化设计，通常在后排乘员舒适性校核时只进行SAE95%高个人体舒适性校核。

2.1 驾驶员SAE95%人体坐姿舒适性校核

在CATIA软件中调用参数化的SAE人体模型，将人体模型摆放至整车设计状态，根据踵点、踏板参考点、驾驶员设计H点、方向盘中心位置及座椅靠背角确定驾驶员坐姿[2]。人体模型摆放完毕后，开始进行尺寸测量，某车型驾驶员SAE95%人体模型各尺寸测量结果，如图1所示。测量后将人体模型坐姿测量值与舒适推荐值进行对比，如表1所示。

表1 轿车驾驶员SAE95%人体坐姿测量值与舒适推荐值

驾驶员SAE95%人体坐姿除应满足表1中的推荐值外，还应与参考车型进行对比分析。

注意事项：

1）踏板参考点（PRP）与踵点（AHP）的相对关系。PRP与AHP的关系，如图2所示，PRP与AHP的连线在Y方向上的投影长度为200 mm，且与踏板在踏板参考点处相切。

脚掌点（BOF）与PRP的关系，如图3所示，在Y方向上当BOF与PRP重合时，若脚模型与地板中通道发生干涉，则将脚模型沿Y方向平移至与地板中通道刚好不发生干涉的位置[3]。

2）踝角的定义。踝角示意图，如图4所示。踝角是指小腿线与裸脚线的夹角，而不是小腿线与踏板平面的夹角。当脚掌与地板面贴合时，AHP点向上32.7 mm的点与AHP向前286.9 mm的点的连线即为裸脚线，裸脚线与地板平面成6.5°的夹角。

2.2 后排乘客SAE95%人体坐姿舒适性校核

在对后排乘员进行坐姿校核时，前排坐椅位置应保持在SAE95%人体驾驶坐姿，通过在CATIA软件中调取参数化人体模型，根据后排人体踵点位置、地板平面、后排乘客设计H点位置及座椅靠背角确定后排乘客坐姿，开始进行尺寸测量，某车型后排乘员SAE95%人体模型各尺寸测量结果，如图5所示。测量后将人体模型坐姿测量值与舒适推荐值进行对比，如表2所示。

后排乘客SAE95%人体坐姿除应满足表2中的推荐值外，还应与参考车型进行对比分析。

对于后排乘客踵点位置的确定：将后排乘客的脚模型尽可能地向前布置，直到与前排座椅刚开始发生干涉的位置，若此时后排乘客的踝角小于130°，则取此位置的踵点位置为后排乘客踵点的位置，如图6a所示。若此时后排乘客的踝角大于130°，则将脚模型向后移动至使后排乘客的踝角等于130°的位置，此时的踵点位置为后排乘客的踵点位置，如图6b所示。

2.3 驾驶员SAE5%人体坐姿舒适性校核

为满足不同人群的驾驶操作要求，通常在驾驶员进行SAE95%人体模型校核后还需要对SAE5%人体进行校核，以便充分覆盖绝大部分人群的驾驶需要。通过CATIA软件中参数化的人体模板，将参数进行调整，可以快速地将SAE95%人体模型转换为SAE5%人体模型，同样根据踵点、踏板参考点、驾驶员设计H点、方向盘中心位置及座椅靠背角确定驾驶员坐姿，开始进行尺寸测量，某车型驾驶员SAE5%人体模型各尺寸测量结果，如图7所示。测量后将人体模型坐姿测量值与舒适推荐值进行对比，如表3所示。驾驶员SAE5%人体坐姿除应满足表3中的推荐值外，还应与参考车型进行对比分析。

表3 轿车驾驶员SAE5%人体坐姿测量值与舒适推荐值

3 结论

在现代汽车设计中，通过三维数模的引入，可以在汽车总体布置中对人机工程进行细致和精确的校核。目前总布置常用的人体模型有GB 10000-88，JM50，ISO 6549，CATIA，SAE，RAMSIS模型，其中 SAE 人体模型使用范围最广，配套的法规也较齐全。文章采用SAE人体模型，通过结合相关标准、规定及设计经验等要求，对前排驾驶员和后排乘员人体坐姿进行舒适性校核，以使所开发的车型能达到人机工程的相关要求，文章中所校核的内容均能较好地满足要求，同时在今后的座舱人机工程设计中也具有一定的指导和借鉴意义。