车辆人机工程验证平台建设研究

孙锁柱

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

车辆人机工程验证平台建设研究

孙锁柱

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

当前消费者对乘用车的舒适性要求越来越高，因此在车型研发初期就必须设定合适的人机工程参数。文章通过对国内、外人机工程验证平台的介绍和功能对比，指出整车人机工程验证平台是车辆开发初期人机工程设计验证的发展方向，同时阐述了新一代人机工程验证平台的建设思路。

人机工程；人机工程验证平台；整车总布置

CLC NO.: U462.1 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)10-184-03

1、人机工程验证平台建立的背景

人机工程是上世纪50年代迅速发展起来的一门新兴科学，它主要研究工程技术设计如何与人体尺寸、生理、和心理特性相适应的问题。人机工程的最大特点是把人看成是系统中的一个组成元素，以认为主体来分析人与机器之间的相互协调的工作，使整个系统达到最优化。人机工程所研究的任务是建立最佳的人—机器—环境系统。

人驾驶汽车在道路上行驶时所建立的人－汽车－道路系统是典型的人－机器－环境。随着汽车工业的不断发展，车辆的人机工程设计已成为消费者进行车辆选购时的重要考虑因素。市场反馈问题中，人机工程问题所占比重逐步增大，已成为顾客抱怨焦点问题之一。国际各大汽车厂商在人机工程方面的研究投入了大量资源，欧美等国已经建立了一系列标准用于指导车辆的人机工程设计。

表1 中、德各分位人体尺寸对比

国内汽车企业起步较晚，人机工程设计经验积累匮乏。传统的人机标准和虚拟设计分析很难对人机舒适性进行准确和实际的评估，而且很多人机设计标准都是沿用北美（SAE）和欧洲的标准（ECE），没有成熟的针对中国假人的人机评判标准。整车只有开发至验证模型阶段（数据基本冻结）才有真正的实物供用户进行人机性能的主观评价，一旦发现问题，整改的周期和成本均难以接受，对项目影响巨大。因此国内汽车企业陆续开发了多个可调节的人机工程验证平台，以多方案实物验证的方式反向指导汽车的人机工程设计。操作方式也正在从传统的机械+电气方式向效率更高的触屏智能电控进行改进。

2、人机工程验证平台概述

人机工程验证平台是将理论分析产生的人机参数转换成固定实体三维实物模型从而提供给评估者准确的三维空间感受，以评估项目的人机工程质量的一种实物平台，用于模拟、验证不同车型（乘用车）驾驶员（乘客）－汽车的人机交互界面，通过不同人群的实物评价来判断理论计算的汽车人机工程关键参数是否准确，从而设计出一款满足多数人群的驾驶和乘坐舒适性需求的汽车产品。人机工程验证平台发展至今大致存在以下几种形式。

2.1 机械式人工调节平台

2.1.1 驾驶舱人机验证平台

驾驶舱人机工程验证平台由五个子平台组成，它们为基础平台、座椅安装子平台、方向盘安装子平台、踏板安装子平台和换档手刹安装子平台，如图1。通过对驾驶员常用的操纵部件的人工调节实现不同设计参数状态下人机舒适性的评价。该平台功能简单、明确，制作成本低，但是存在一定的功能缺失，不能评价整车的人机工程表现。

图1 驾驶舱人机工程验证平台

2.1.2 整车人机验证平台

整车人机工程验证平台，如图2。该人机工程平台将驾驶舱人机工程验证平台进行扩展，增加了仪表板、顶棚、二排座椅等空间和操作方便性方面的验证，通用化程度更高。

2.2 电控式智能调节人机验证平台

近年来，为进一步提升人机工程验证平台的通用性及使用便利性，相关汽车企业在机械式人机调节平台的基础上创新开发出验证功能更加齐全，能够即时根据各开发项目调节出各空间尺寸参数、踏板的位置、前后排视野、中控面板位置等重要整车架构参数，满足全系列（从经济型A0级到豪华型C级）整车评估的需求的电控式智能调节人机验证平台。快速实现方案的优化调整；可实现多项目并行使用，如图3。

图2 整车人机工程验证平台

该平台以电机+丝杆的电动调节为主，小子平台模块配合以手动调节方式，平台分为：基础+地板支撑平台、地板平台、A/B/C柱、顶棚、前围、副仪表板、前后车门、门槛、踏板及管柱、前后座椅等子平台。满足车型主要人机工程评价项目如：坐姿、操纵方便性、内部空间、部分视野、踏板布置、舒适性、上下车方便性等方面的布置验证需求。

图3 整车人机工程验证平台

3、电控式智能调节人机验证平台建设思路

电控式智能调节人机验证平台设计涵盖整车尺寸链计算分析、智能数控、整车级柔性调节、即时响应等多方面内容。根据整车人机工程开发经验及已有的人机验证平台开发过程总结出新一代电控式智能调节人机验证平台建设思路如下：

3.1 人机验证平台功能定义

按照整车人机工程开发在乘员坐姿、操纵方便性、内部空间、部分视野、踏板布置、舒适性、上下车方便性等方面的验证需求及整车功能部件的分布将人机验证平台划分为前后地板平台、A/B/C柱、顶棚、前围、副仪表板、前后车门、门槛、踏板及管柱、前后座椅等子模块，并对各模块所需要的调节方向及调节形式进行统筹定义，如表2。

表2 验证台架功能定义

3.2 人机验证平台参数设定

对需要评价的车型数据及所涉及的人机工程参数进行统计，根据统计的参数范围对平台关联尺寸进行参数范围设定，为后期的总体布局和尺寸链分析提供基础数据支持，如表3：

表3 验证台架参数设定

3.3 电机调节子模块结构设计

选用直流行星减速电机+丝杆形式进行电机调节子模块结构设计，通过丝杆的长度变化实现不同调节行程模块间的通用化设计，同时配有编码器实现调节行程的读取，结构如图4：

图4 电机调节子模块结构图

3.4 平台总体布局及尺寸链分析

根据台架功能定义及模块划分，围绕整车的设计R点为设计基准点进行平台进行总体布局和关联行程的尺寸链校核分析，确保各模块在调节行程范围内不存在运动干涉，同时进行电路设计和线束布局，平台总体布局示意图如图5：

图5 平台总体布局示意图

3.5 智能数控系统开发

开发触屏式智能调节控制系统用于常用人机工程验证项目实现步进式电动调节，提升台架的使用便利性，减少不同人机工程设计方案人工调整的时间，触屏人机界面设计示意如图6：

图6 触屏人机界面示意图

人机验证平台制作完成后需要进行联合调试，避免不被发现的运动干涉和系统漏洞。

4、总结

本文重点阐述了人机工程验证台架的发展及新一代智能调节平台的建设思路。设计车型的人机工程设计表现可通过该平台进行实物验证，可大大提高整车在造型阶段验证人机工程问题的效率和质量，避免在开发后期因为人机工程问题导致项目进度和开发成本受到影响。随着平台在不同整车开发项目中的应用，将会节约越来越多的制作传统三维验证模型的费用。

[1] 陈昊,曹亮,贾新建.一种面向汽车正向开发的车辆人机工程试验平台.发明专利.专利号200910251471，2009.

[2] 杨得一,张秋月,郭钢.基于UG平台的汽车驾驶舒适性评价[J].客车技术与研究.2004.第26卷（第2期）:6-8.

[3] 丁玉兰.人机工程学[M].北京:北京理工大学出版社,2005. Vivek D.Bhise.汽车设计中的人机工程学.机械工业出版社.2014.

Research of Vehicle Ergonomics Validating Platform constructs

Sun Suozhu
( Anhui jianghuai automobile Co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

It is necessary to design the appropriate ergonomics parameters at the beginning of a car to meet the higher and higher request of the customers. With the introduction of vehicle ergonomics validating platform and comparison of function in and out of country, it is pointed out that vehicle ergonomics validating platform is the development orientation of vehicle ergonomics design proved at the beginning stage of the project. And also expounded the Vehicle Ergonomics Validating Platform construct procedures.

Ergonomics; Vehicle Ergonomics Validating Platform; Package Layout

U462.1

B

1671-7988 (2017)10-184-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.064

孙锁柱，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。