断面设计在汽车人机工程设计中的应用

邵智，段成钰，吕涛，康程鹏



断面设计在汽车人机工程设计中的应用

邵智，段成钰，吕涛，康程鹏

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110000）

人机工程学是研究人与机械之间相互关系和规律的学科，在汽车设计中应用人体工程学，就是以人为中心,研究车身设计如何适应人的需要，创造一个舒适的、操纵轻便的、可靠的驾驶环境和乘坐环境。主断面是控制和实现整车总布置设计目标的有效方法。当主断面位置确定以后，总布置关于内外部尺寸、视野、法规和人机工程等方面的要求应都得到了检查和保证。

断面设计；人机工程；汽车

前言

人机工程学是一门新兴的边缘科学。“人机工程学”的确切定义是，把人—机—环境系统作为研究的基本对象，运用生理学、心理学和其它有关学科知识，根据人和机器的条件和特点，合理分配人和机器承担的操作职能，并使之相互适应，从而为人创造出舒适和安全的工作环境。汽车属于人来操纵和使用的一种运动机械，它也是和人的工作及日常生活最为密切的一种机械，要求汽车，尤其是轿车的设计满足大多数人的生理和心理需要。引入人体工程学参与汽车设计，就是以人为本，充分考虑人在驾乘过程的舒适性的基础上去研究汽车各部分(包括布置和设备等) 的设计，为人员提供一个舒适、方便、可靠的驾驶环境和乘坐环境。

1 汽车人机工程设计内容

人机工程学概念最早在1961年美国政府对军用汽车要求中提出，经过近60年的发展和实践，目前通过对三维模型、假人以及Ramsis等仿真软件的应用，使人机工程在汽车总体布置设计中可以更加精准、细致的进行校核。目前它包括：

●汽车造型的硬点设计

●汽车驾乘姿态设计

●汽车驾乘空间设计

●汽车视野设计

●汽车进出性设计

●汽车操纵方便性设计

●汽车乘坐安全性设计

●汽车舒适性设计

●汽车使用方便性设计

●汽车装配保养方便性设计

●轿车娱乐性设计

●轿车外形观赏性设计

断面设计对于机工程的影响主要体现在对驾乘空间、汽车视野、汽车进出性设计这三个方面。

1.1 汽车驾乘空间设计

驾乘空间设计是以95%分位的人群来分析驾驶员的乘坐空间（头、肩、肘、臀、腿等部位的空间）进行合理的定义。汽车乘员空间的设计要以人为本，但由于目标人群体形尺寸的区别，需对关键的操作件和座椅定义适合的调节范围。合适的乘坐空间是驾乘人员舒适性的决定性条件之一。

1.2 汽车视野设计

驾驶员视野是指驾驶员在最舒适的驾驶位置，同时其双眼和头在舒适的活动范围内时，能直接或间接看到的区域。驾驶员视野包括直接视野和间接视野：驾驶员直接视野是指前方180°视野，侧视野，交通灯视野等驾驶员直接看到的区域。驾驶员间接视野是指驾驶员借助外后视镜，内后视镜，摄像头等辅助设备看到的区域。驾驶员视野是安全驾驶和使用的决定性因素，所以，在汽车设计前期定义过程中，需考虑视野法律法规及使用方便性要求。

1.3 汽车进出性设计

汽车进出性即上下车方便性是人机工程设计中一个非常重要因素。整车的布置设计必须满足乘员上下车方便性的要求。需要同时对人体生理以及汽车结构进行研究，并找出相互之间的关系，从而总结出人机对上下车方便性相关尺寸和角度的范围。

2 断面的定义及主要特点

断面是反映汽车关键部位结构状态的截面，它是用来约束造型与工程化设计的重要工程语言。断面设计是轿车设计中的重要环节，它贯穿于从车身油泥模型制作开始到车身结构设计完成的整个过程中。断面是工程化设计前对车身主要结构零件的可行性进行布置和分析的重要手段，确定零部件结构、搭接关系和安装方式，确定车身内外各处间隙、断差、运动件的运动空间，确定整车的承载方式、空间及人机关系等，是汽车工程可行性分析的重要手段和指导整车结构设计的重要依据。

断面具有较强的特征：断面能够体现白车身的内外板以及内饰装饰板等在某些特定的位置和方位的连接的方式、形式结构、尺寸的大小。主要有两大方面会运用到断面：一方面是断面的结构、尺寸以及连接的方式；另一方面是在整车中的主断面所在的位置，以及主断面和其它断面的之间联系。典型断面具有很强的的继承性，对于多数的断面来说，很多都是借用原有的断面或进行局部的调整修改，亦可参考竞品车。而对于典型断面来说，其位置的可变性很大，外部和内部的尺寸都与典型断面直接联系，能不能通过视野和法规的要求也都受典型断面的影响，典型断面还决定了乘员的上下车方便性。总布置工作的重点就是上述部分的内容。在确定典型断面的位置后，总布置相关的外部和内部的尺寸、法规和视野、以及人机工程的要求都会得到相应的保证及检查。

3 断面在人机工程中的应用

由于车型的原因或者各个整车厂的生产水平，典型断面的数量和分布不尽相同，因此车身的主断面在进行细化设计之前，车身的典型断面数量、所处位置和方向，断面所体现的内容和排列的顺序，必须都要先确定好，之后再生成白车身断面的清单。

整车总布置控制的典型断面有21个。其中外部16个，内部5个。主要包括整车Y0位置、驾驶员R点所在的X、Y平面位置，前后轮所在位置、油箱和加油盖位置等。见下图1、图2所示：

图1 外部断面位置示意

图2 内部断面位置示意

汽车在Y=0处的主断面（图3）包括03、05两个典型断面。反映了驾驶员的前方上下视野及头部空间。通过优化腔体和顶盖内衬的位置，使得造型更美观；得到较好的前上视野，减小驾驶员前上方压抑感；同时获得较好的结构强度和刚度，较强的防水性和防噪性等。

图3 Y0断面

汽车在驾驶员侧R点的X向主断面（图4）包含门扶手断面，门玻璃曲率，风窗夹角，上门框高度，乘员舱内部门表面，门槛，门内饰板，挡风雨条以及密封条等结构信息。如图所示该主断面同时包括07、08、09这三个典型断面。07断面的空间位置直接影响驾驶员的头部空间以及驾驶员上下车的方便性，同时还定义了侧窗玻璃的倾角等技术参数。08断面的空间位置和结构直接影响到整车的肩肘臀空间，扶手高度影响人机舒适性。窗台线高度过高除了影响侧向下视野外，还会使得乘员的产生强烈的压抑感。

图4 驾驶员R点X向断面

步入宽度作为重要的进出性组成部分，在09断面位置设计时应充分考虑，同时在断面结构设计时简单的变化即可优化出腿部空间（见图5）。通过合理设计最下端的密封可以有效避免泥水溅在侧围下护板上，保证在乘员上下车时小腿附近的整洁。同时07断面与09断面之间的高度是衡量车辆进出空间的重要尺寸。

此外很多断面的设计都与人机工程有着密布可分的联系，如03BIS断面尺寸与位置定义了空调出风口，影响前风挡除霜除雾的面积；06断面的大小影响驾驶员A柱视野；17断面反映了驾驶员腿部与方向盘之间的距离，是评价汽车出入性总要尺寸；19、20、21三个断面的空间位置决定了汽车的腿部空间影响人员的舒适性等等。

图5 人员上下车腿部示意图

在典型断面设计时，应考虑整车的人机性能，包括空间、进出性、视野等，而且在结构断面设计在保证汽车的刚度，强度和工艺要求下，尽可能做得小，以免给消费者有车子外面大，里面小的感觉。

4 总结

人机工程及典型断面的定义必须在汽车开发的前期进行，如果说在开发后期或使用中发现的问题，往往会出现颠覆性的工程更改，为此将需要付出相当大的代价。典型断面的设计需要很好的结合设计的要求、法规的要求、工艺的要求。通过对典型断面的运用，能够有力控制开发工作的进度，提高效率，保证最终的设计结果尽可能地与最初的总布置设计目标一致。

[1] 逯志勇,李迪,刘媛媛.汽车车身内部布置舒适性评价方法研究[J]. 农业装备与车辆工程, 2009,(01): 7-9.

[2] 杜磊,李浩杰 .浅谈人机工程在汽车工程中的应用[J]工程技术, 2016,(17):292.

[3] 张伟.人机工程学在汽车造型设计上的应用[J]沈阳建筑大学学报,2010,(1):34-37.

[4] GB 11562-2014,汽车驾驶员前方视野要求及测量方法[S].

Application of section design in automotive ergonomics design

Shao Zhi, Duan Chengyu, Lv Tao, Kang Chengpeng

( Brilliance Automobile Engineering Institute, Liaoning Shenyang 110000 )

Ergonomics is a discipline that studies the relationship and laws between human and machine. Application of ergonomics in automobile design, it's about human centered research on how car design meets people's needs, Create a comfortable, controlled, portable and reliable driving environment and riding environment. The main section is an effective way to control and realize the general layout of vehicle. When the position of the main section is determined, the general layout requirements for internal and external dimensions, vision, regulations and ergonomics should be checked and guaranteed.

Section design; Ergonomics; Automobile

A

1671-7988(2018)18-173-03

U462.1

A

1671-7988(2018)18-173-03

CLC NO.: U462.1

邵智（1981-），辽宁沈阳人，总布置工程师，2004年沈阳理工大学毕业，学士学位，现任华晨汽车工程研究院总布置工程师、项目经理，从事汽车整车研发工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.059