SUV汽车歇脚板人机舒适性研究

王超 黄超俊 宛家国

摘要：针对SUV车型的人体坐姿H30（座椅设计位置R点与踵点z向高度差）普遍偏高，歇脚板的布置对驾驶员左脚的舒适性影响较大，从人体舒适性的角度出发，依据人体理论模型与关节舒适经验范围，理论分析得到歇脚板布置位置的舒适范围，并经过Ramsis软件分析验让，人机平台主观评价验证等方法得到理论分析结论的正确性，分析结果对车辆布置中歇脚板的位置布置有一定指导意义。

关键词：人机上程;歇脚板;舒适性;Ramsis

中图分类号：U461.99 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2020）02-0036-06

王超

毕业于太原理工大学，硕士研究生学历，现就职于宝沃汽车股份有限公司整车架构部，任人机工程师，主要从事整车人机工程方向研究，已授权发明专利24、实用新型1项。

引言

人机舒适性是汽车非常重要的性能指标，设计过程中主要以SAE-J833中人体关节尺寸及舒适活动范围为依据。

车辆中的歇脚板是驾驶员在驾驶过程中用于放置闲置的左脚，且与右脚的操作状态相接近，以使人体双腿达到舒适状态的装置，对驾驶员的人机舒适性影响较大。而在歇脚板设计布置过程中，其布置位置、角度及尺寸等因素，是影响歇脚板舒适性的关键。而在SUV车型中，由于其坐高H30相较于轿车较高，所以歇脚板的布置要求与轿车有所不同，需结合车辆的H30分析相应的歇脚板布置要求。

1理论分析

1.1歇脚板底边中点与人体R点X向舒适范围LF

车辆设计过程中的人体尺寸依据SAE J833中的人体数据尺寸，建立驾驶员驾驶姿态模型，如图1所示。

理论分析时，需考虑人体各关节角度的舒适范围：

人体臀角舒适范围（A42）：95°-120°

人体膝角舒适范围（A44）：95°-135°

人体踝角舒适范围（A46）：900-115°

依据SUVH30范围一般为300-360，首先将踝角角度约束至舒适范围最小值90°，调节膝角A44角度和H30值，分析不同的H30和A44的范围下，LF舒适范围及臀角A42的值。由于随着H30的增大，变化趋势明显，此处仅以95%人体，H30=300和H30=360为例，见表1所示：

表中绿色内容为在固定的H30坐高下，A44角度在舒适范围内变化，得到A42的值也在舒适范围内时，相应的LF值。即为该固定H30坐高状态下，歇脚板底边中心点到人体H点的x向舒适范围。

同理分析踝角角度为90°时，调节臀角A42角角度和H30值，分析不同的H30和A42的范围下，LF舒适范围及膝角A44的值，见表2所示：

表中绿色内容为对应的A42和H30下，A44在舒适范围内，对应的LF值即为该状态下的歇脚板底边中心点到人体H点的舒适范围。

结合表1与表2中的歇脚板LF值舒适范围，取两者交集，H30=300mm时，LF舒适区域为784.8mm-882.7mm，如图2所示：

同理分析踝角角度A46为115°时，对应的A42和A44角角度下LF的舒适范围，与A46=90。下的舒适范围取交集，以H30=300为例，踝脚角度A46在不同舒适范围角度下为：LF=784.8mm-830.4mm，见图3所示：

利用相同方法即可理论分析得到在H30=300-360范围内，LF的舒适区域，见表3所示：

1.2歇脚板底边中点与人体R点Y向舒适范围WF

依据图1中所示的人体理论模型和得到的LF舒适区域，分析Y向歇脚板与人体R点的位置关系，约束条件如下：

1）人体胯点纵向角度舒适范围：-5°-20°，见图4;

2）人体H点至胯点宽度距离（单侧）：93ram（95%）、88.5（50%）、84mm（5%）;

3）离合踏板布置区域范围：跨点-2.5。-2.5°，见图5，将歇脚踏板的布置区域设定为跨点左侧2.5-20°。

建立驾驶员左腿模型，人体胯点纵向角度舒适范围2.5°-20°，如图6所示，由图可得，分析歇脚板与人体的Y向关系时，为满足不同人体的使用需求，应以5%人体舒适最大值和95%人体舒适最小值为边界。

简化模型，得到图7所示腿部模型，结合LF理论分析舒适范围，即可得到WF舒适范围，如图7所示。具体范围见表4：

2习惯调研

依据理论分析结果，对用户在驾驶过程中的驾驶习惯进行调研，如图8、9所示。将调研结果与理论分析结果相结合，可得到更为准确的分析结果。

图9中以歇脚板底边中点为坐标原点建立直角坐标系，分析驾驶员踵点与歇脚板底边中点的位置关系，用户操作习惯调研结果，如表5所示：

经过习惯调研发现，用户在驾驶状态下，左脚踵点与歇脚板底边中心点的偏差为：x向向右偏移30.9mm，Y向向后偏移36.5mm。

将以上习惯调研所得的用户左脚踵点与歇脚板底边中心点的偏差值修正到对应的LF、wF理论分析舒适区域的下限值，见表6、7，即可得到表6：

由于WF舒适范围较大，且坐高H30的变化对其影响不大，所以取不同坐高（H30）下WF舒适范围的交集，作为分析结果，即WF=166.9mm-281.3mm

分析整个踏板区域尺寸链关系：加速踏板踏点与人体R点Y向位置关系WA：135mm-193mm和加速踏板与右侧Console内饰板间距PW17≥40mm，加速踏板宽度PWll：40mm-60mm，腳部空间要求PW47≥480mm，如图10所示：

分析歇脚板WF值的范围为WA：162mm-245mm，与理论分析结果相结合，优化得到WA：166.9mm-245mm。

3Ramsis舒适性分析验证

经过人体建模理论分析，并结合习惯调研得到歇脚板底边中心点与人体H点的x向和Y向的位置关系里，利用Ramsis软件，对在该范围下，用户左腿的舒适性进行分析。

Ramsis软件中可建立不同百分位的人体模型，用来分析驾驶状态下，不同的姿态约束时，对应的身体各部分关节的舒适性，当不舒适≥4时，在实际的体验过程中不舒适，不可接受。

调入95%人体，计算得到自然的驾驶状态，固定人体的H点，将其左脚重点分别约束到不同坐高H30下对应的LF和WF的极限值，分析其左腿的不舒适度。如图11、12、13所示：分析结果见表8所示：

由Ramsis分析结果可得，在理论分析的舒适范围内，驾驶员左腿的不舒适度均小于4，表示在该范同内，用户腿部的舒适性较好。验证理论分析结果的正确性。

4人机平台验证

利用软件分析验证理论分析结果的正确性后，利用人机验证平台，通过评价人员的实际体验和主观评价对分析结果进行验证，如图14所示：

人机验证平台可调整座椅、方向盘、踏板及其他车辆关键结构件的位置，可调整得到验证所需的关键尺寸及结构，并可实时调整。本次验证时，将座椅坐高调整到H30=315mm（现有车型的坐高，可保证正确的人体三角关系），要求评价人员仅依据歇脚板位置和左腿的舒适性，仅调整座椅的前后位置，调整后记录响应评价人员H点到歇脚板底边中心点的x向距离LF，验证结果如表9所示：

由于评价人员身高不同，属于不同百分位的人体，将理论分析结果对应的95%人体（身高188cm）的舒适范同进行修正，得到50%（身高171.5cm）和5%（身高155cm）人体对应的LF舒适范围，修正值为76mm，即50%人体相较于95%人体的LF舒适区域减小76mm，5%人体相较于50%人体同样减小76mm。将平台验证结果与理论分析舒适范围进行匹对，得到如图15所示对比结果，80%评价人员左腿舒适状态下，LF的值在理论分析的范围内，同样验证了理论分析结果的正确性。

5标杆车数据验证

完成软件分析验证和人机验证平台主观评价验让后，利用现有标杆车信息，分析标杆车中歇脚板与人体R点位置关系进一步验证理论分析的结果，见表10所示：

由图分析结果可得，标杆车中LF值75%车型均在对应坐高H30下的舒适范围内，WF值均在理论分析结果范围内，再次验证了分析结果的正确性。

6总结

文章针对SUV车辆设计过程中歇脚板布置位置这一问题，通过对驾驶员人体的理论建模分析，驾驶习惯调研，得到SUV车型中歇脚板底边中心点与人体H点的x向距离LF值随着H30的不同而不同，并得到在特定坐高值下对应的LF舒适区域以供参考。理论分析并优化得到WF舒适区域：166.9mm-245mm。并通过Ramsis软件仿真分析在理论分析范围内驾驶员左腿舒适性，利用人机验证平台验证不同身高百分位人体对应的LF舒适范围的正确性，最后通过实际标杆车中的设計值，再次验证理论分析结果的正确性，分析结果对SUV车辆设计过程中歇脚板的布置有一定的参考意义。