汽车前门内板及门扶手设计边界研究

陈晓英

（长城汽车股份有限公司，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

关键字：门内板；门扶手；R点

前言

以往车型前门扶手（或门肘托）的尺寸设计都是输入造型参考或对标的参考尺寸，由造型发挥做出CAS面然后各专业进行校核反馈，往反多回才能符合即定的数据，一旦出现造型与设计要求数据不符时就不知如何是好。本方法出于解决上述风险进行实体人机理论方法研究，重点按照实际操作找出驾驶员操作方向盘及休息时的肘位置边界，此边界也是设计门内板及门扶手（或肘托）的边界，为造型提供理论数据支持，减小往复校核工作量，提高设计准确度，从理论角度进行设计控制方法研究。

1 设计模型建立

1.1 最小座椅宽度（本文举例使用）

国家强制标准GB7258要求每名前排乘员的座垫宽和座垫深均应大于等于 400mm，本方法就按照国家强制标准以座椅最小 400mm宽度来进行相关设计演示（对于设计的具体车型按具体的座椅宽及外形结构进行）。

1.2 人体结构尺寸

目前设计车型前排按不大于身高SAE95%人群进行，相关尺寸见下表1。

表1 设计参考尺寸-SAEJ833

1.3 设计R点到门内饰板下部间隙计算

SAE 95%人体R点距门内饰板距离（按法规最小座椅400宽度进行的R点距外侧最小距离）：

200+35=235（35为设计座椅侧旋钮高度）

235+（45～60）=280～295（手操作座椅调节手柄需留空间45～60间隙 ）

由以上计算可看出，门内饰板与座椅侧面间需留间隙45～60mm，则门内饰板距R点最内Y向距离设计要满足在280mm以上，下面用此数据作为95%人体座椅R点与门内饰板侧向距离要求，也是肘扶手下部侧面的门内饰板与R点的最小Y向距离。

1.4 SAE95%人体-简化模型

本文以某左舵车型定义的人机硬点进行演示门内板及其扶手设计边界方法（右舵车型注意方向，方法相同），按预研给出的方向盘中心点、踵点、踩点、R点用UG做出主驾二维坐姿人体。

图2 二维人体模型及尺寸

简化模型：基于实际驾驶操作方向盘的转向过程中，人体手腕与小臂相对运动极小状况，建立假想模型，将手握至手腕部分与下臂简化固在一起（此为手握至肘最大长度81+267，这样保守设计更安全）来进行左侧肘部边界查找，这是本文设计的假想模型，上臂长300mm，下臂到手握处长348mm来进行数据设计。

1.5 整车坐标平面及坐标系定义

为方便理解，文中叙述的车辆纵向对称面为Y0平面，通过前轮中心垂直Y平面的平面为X0平面，与X平面、Y平面垂直并通过较大面积地板平面的平面为Z0平面。车辆前后左右的叙述以驾驶员正常驾驶方位来定义。各坐标平面的交线为坐标轴线，X轴指向车辆后，前负后正。按右手法则定义Y轴及Z轴。

2 转向时肘部位置研究

2.1 95%SAE人体-肘心最左点

在三维软件中按设计硬点做出方向盘中心点及转向盘外径缘，用极值做出方向盘外缘Y向最左点，此点为手握最左点，以此点为球心以348mm为半径画球，求出球与上臂球（以靠近门内板侧肩点为球心，300mm为半径）交线圆 1，作出交线圆1的Y向极值小值点，此点为肘心最左点，见下图3。

图3 肘心最左点

2.2 95%SAE人体-方向盘最左-肘最左外侧点

图4 肘最左外侧点

在肘最左位中心做半径为45mm的球，做出球的最左极值点为肘最左外侧点，此点与R点Y向距离为347.5mm，此距离即为设计门内板在转向过程中肘与门内饰板相接触的最内侧边界点，在理论上设计门内板必需考虑转向时的安全要求，则需要设计的门内板距R点的Y距离必须大于348mm（可同理在方向盘上做出无限多个点并做出整车转向过程中的肘部最外侧包络，用于门内板造型时使用）。

2.3 95%SAE人体-方向盘最下-肘最左-肘最左及最下侧点

用极值法做出方向盘Z向最下点，此点为实际转向时手握最低点，以此点为球心以348mm为半径画球，以95%人体左肩端点为球心以半径300mm画出上臂球，做出两球的交线圆2，在交线圆2上做出Y向最左极值点，此点为左转向过程中左手握到方向盘最低肘最左能到达的肘心点，以此点为球心画出半径45mm的球，在45mm球上用极值法做出球的下极值点，下极值点距R点距离为X向为91.1mm, Y向233.7mm，Z向距离为279.4mm；并在45mm球做出肘最左极值点，左侧极值点距R点距离为X向为91.1mm，Y向278.7mm，Z向距离为 324.4mm。这时，手握方向盘最下人体肘能转到最左时的肘外侧及下侧的点距R点的Y向距离都已小于要求的座椅与门板板间隙 280mm，从这个位置开始以及再向车内的肘位置不会出现肘侧向与门内板（本举例方法门内板与R点Y向距离280mm）干涉现象。

图5 肘最左最下点

2.4 95%SAE人体-转向状态-肘心距R点左280mm时肘最下侧点

图6 距R点280mm肘最侧下点

在方向盘最左至最下的外圆上，做出多个点（越密集做出的肘心线越精确）同理可做出多个上下臂球相交肘位圆，做Y平行平面距R点左280mm，求出平面与各交线肘位圆交点，找出各交点中的最低点即为转向过程到距R点280mm时的肘心圆的最下点（做出的交线肘位圆越密集找到的点越精准），测量此点距R点X向距离39.4mm，Y向距离280mm，Z向距离217mm，这就是转向过程中最95%人体肘能接触到门内板台阶的最低点。

3 95%SAE人体-静态休息-肘心距R点左Y向280mm肘最下侧点

做距R点左280mm Y平行平面，做出此平面与95%上臂球交线，做出人体驱干线在此面上的投影，求出投影线与球交线的下交点，做出以交点为球心半径为45mm球，求出球面与躯干线的下交点，测量下交点距R点X向56mm，Y向280mm，Z向高度为138.6mm，Z向高度就是门内板肘扶手（肘托）的理论高度，门内板扶手设计不应低于139mm。

图7 距R点280mm肘最侧下点

4 95%SAE人体-前门内板造型形式

由前面2.2条得出门内板上部转向时要满足距R点Y向距离大于348mm；由第2.4条得出设计门内板肘扶手下部与R点距离280mm时不干涉肘的高度为217mm；由第3条得出门内板肘扶手的最低设计不低于 139mm，实际上门内板还要承载着玻璃升降器开关、门开关扣手、外后视镜调节开关等件，兼顾三者要求，将门内饰板设计成台阶形状。

5 50%SAE人体转向、静态特征肘位

在座椅轨迹线上求出 50%座椅适宜线与轨迹线的交点即50%人体R点，按表1中数据在三维软件中做出SAE50%人体肩部线、躯干线及上下臂长度球，同理可得到50%SAE人体在转向及静态休息相关肘位置尺寸，如图 8。门内板设计的最内边界上部距R点Y向354mm，下部距R点Y向280mm时肘扶手转向与肘相碰最高点距R点Z向189.1mm；静态休息时肘最低高度距R点Z向135.6mm；并测量转向时手握方向盘最左点时肘最左外侧距95%人体R点Y向距离为353.9mm，肘与280mmY平行平面相碰时的肘最低点与设计人体95% R点Z向194.2mm，静态休息肘点最低点距95%人体R点Z向高度为140.7mm。

图8 SAE50%人体肘位

6 5%SAE人体转向、静态特征肘位

在座椅轨迹线上求出 5%座椅适宜线与轨迹线的交点即5%人体R点，按表1中数据在三维软件中做出SAE5%人体肩部线、躯干线及上下臂球，同理可得到5%SAE人体在转向及静态休息相关肘位置尺寸，如图 9。门内板设计的最内边界上部距R点Y向366.8mm，下部距R点Y向280mm时肘扶手转向与肘相碰最高点距R点Z向158mm；静态休息时肘最低高度距R点Z向135.6138.2mm；并测量转向时手握方向盘最左点时肘最左外侧距95%人体R点Y向距离为366.8mm，肘与280mmY平行平面相碰时的肘最低点与设计人体95% R点Z向170.2mm，静态休息肘点最低点距 95%人体 R点 Z向高度为149.3mm。

图9 SAE50%人体肘位

7 门内板及扶手控制边界结论

现在设计车型要满足身高百分位 95%以下人群要求，关于设计人体 5%-95%在转向过程及静态休息时关键肘位与设计人体95%关系见下图10：

图10 5%-95%SAE关键肘位与R点关系

对于门内板的设计要满足 95%身高人群的操作舒适，既不能转向碰肘，又能提供肘部支承，从上图分析数据得出，门内板上部距95%R点X向从165-96mm的范围区域内Y向距离要大于367mm。对于本例从R点到门内板Y向距离280mm（具体设计时按设计车型的距离来进行）时的门内板在转向操作时不与肘相碰的最高门扶手距 R点的 Z向距离要小于170mm，大于149mm。

8 门内板肘扶手长度及倾斜设计

前边已确定了门内板设计宽度及高度尺寸要求,还有一项重要尺寸长度需要明确，大家都知道设计车辆都有高度定义的适应人群，那么门内板肘扶(肘托)长度也要同样需适应车型设计的高度人群，从理论上讲门内板长度至少要同座椅滑轨行程长度，因现代汽车多数玻璃升降器开关、门开关扣手、外后视镜调节开关等件布置在门扶手上，则肘扶手长度需让手伸能到达的位置来确认就可。门扶手的前后纵向倾斜度可按座椅滑轨倾角来执行，一般不大于0-5度。

图11 门内板及门扶手边界