整车人机工程设计本地化方面的研究

金贤镇 尚伟 陈鸿运

摘  要：整车人机工程设计是一门多学科交叉学科，其重点是“以人为本”， 且人机工程本身包含了一定的主观因素，如行为习惯、生理及心理需求等，所以整车人机工程设计时，通过人-机-环境的综合分析，研究操作性、舒适性等为主的人机要素，最大限度地满足人的生理及心理需求。而在汽车行业本地化研发的大趋势下，人机工程设计的本地化应基于本地人群，了解人群特征和需求等，通过用户体验、消费者调研及评价等技术手段，了解“人”的需求，最终输出最优人机工程设计方案。由于我公司组织架构特征上，整车人机工程设计属于总布置范畴，本文通过人机工程设计本地化方法、总布置设计指南本地化梳理及更新方面人机工程设计案例，强调整车人机工程设计本地化的重要性和必要性。

关键词：总布置;总布置指南;本地化;人机工程

中图分类号：U469.72     文献标识码：A    文章编号：1005-2550（2021）02-0080-07

Abstract： Ergonomics is a multi-subject of intercross which focuses on the “human-oriented” study， and there are some subjective factors belong to the ergonomics， such as the behavioral habit、physiological and psychological needs etc.， by using the generalized analysis for human-vehicle-environment， we usually research the elements such as operability and comfort ability during the ergonomic design， then the humans physiological and psychological needs can be greatest satisficed. In this kind of climate for localization research， we must choose some local people to study the characteristics and needs， by force of technological means of UX， investigate& survey and evaluation to grasp what people need and then the optimum program can be output. Because of the special organization structure for my company， the ergonomics belongs to the package layout， the article will give some examples about the methods and guide for the localization package， also some Ergonomic cases will the updated ， the significance and necessity will be stated during the research.

Key Words： Package; Package Guide; Localization; Ergonomics

前    言

近年来，经历了“井喷”式发展的中国已然跃升为全球最大的汽车销售市场，并成为主流外资车企最重要的海外市场，其产品重心也逐渐向中国转移，从传统本地化生产模式逐渐向本地化研发模式转变，而且本地化研发也成为了竞争的焦点。同时考虑到汽车产业国家政策方面等因素，大众、通用、宝马、奔驰、丰田、现代、沃尔沃等众多国际性车企已经完成了在华研发设计中心的建设。

这些研发中心中，有些研发中心已经具备了整车研发能力，可以独立执行车型设计、工程、认证及本地化的工作，甚至有实际性、突破性的科技研发成果;有些研发中心只有本地化改造;有些研发中心还是“原汁原味”国外风格。

那么整车总布置设计工作中，人机工程设计方面应如何实现本地化目标？围绕这一问题，本文将以我公司的总布置体系为基准，结合以往车型开发过程中的经典案例和先行研究所积累的经验和成果，通过本地化手伸及性人机校核方法及数据库搭建方法、总布置设计指南的梳理和更新，阐述整车人机工程设计的本地化研发的方法、重要性和必要性。

1    人机工程设计

整车总布置设計，又称之为整车总体设计，是贯穿于整个车型开发过程中的设计工作，从产品前期企划阶段开始到车型量产及上市，每个环节都离不开总布置，在很大程度上决定了一款汽车产品的成败。由于我公司的人机工程设计属于内饰总布置设计的范畴，本章节简单概述一下总布置设计及人机工程设计。

1.1   总布置设计概要

总布置设计工作主要有整车各个零部件的布置方案设计及校核、造型结构研讨及人机工程等，其中包括法律法规校核。每个主机厂对总布置业务划分存在一定差异，如人机工程。我公司本地研发中心的人机工程业务划分在内饰总布置业务范畴，内饰总布置工程师需要应对内饰零部件的布置设计、内饰造型结构研讨及法律法规校核以外，还需要应对人机校核和评价部分的业务。而在韩国本社的研发中心，人机工程独立于总布置设计的组织结构。

总布置作为整个开发项目的主线，每个阶段应对的业务多种多样。在一个新车开发项目中，在企划阶段，总布置根据市场需求调研结果及车辆开发目标，充分考虑消费者及市场需求，需要制定总布置概念方案，包括整车关键硬点的初步设定方案;在造型阶段需要进行造型结构可行性分析，在充分赋予造型自由度前提下，考虑法律法规要求和工程设计要求，对各阶段的造型方案进行把关;在工程设计，要协调工程设计部门及其与造型、生产等相关部门之间的“纠纷”，以确保工程设计顺利推进，并保证相关部门的各种要求;在试制及小批量量产阶段，需要结合实车情况，整体验证总布置方案，如发现问题，需要协调相关部门进行问题点改善，直至顺利量产;在新车产品上市阶段，为宣传产品竞争力，需要应对总布置部分的新车解说书等。在产品上市之后，项目进入持续改进阶段，相关设计人员，包括总布置工程师，将根据市场及用户反馈，针对产品缺陷或不足进行设计改善，但其不属于新车开发的范畴。

1.2   人机工程设计及本地化方法

人机工程设计宗旨是通过人-机-环境的综合分析和设计，最大限度地满足人的生理及心理需求。在整车总布置和人机工程设计中，主要研究使用者在使用车辆时和作业者在制作装配过程中的人机方面的影响，其中针对使用者的人机工程设计占主要部分。在人机工程设计本地化研究时，应基于本地人群，研究消费者的特征及需求等。

在复杂的总布置设计工作中，为实现整车人机工程设计的本地化研发目标，我公司从两个方面入手：本地化研讨方法、本地化总布置设计指南。

在进行总布置业务时，需要通过应用各种总布置研讨方法，同时需要参考总布置设计指南，其中总布置设计指南一般包括总布置设计时需要考虑和遵守的事项，如涉及的法律法规、工程设计要求、人机工程及通过实践得出的经验值和推荐值等，其中人机工程方面总布置指南一般基于人机要素及影响分析、人机评价、消费者调研等。

我公司的总布置体系是基于韩国本社的总布置体系发展起来的，所以很多部分都是沿用韩国本社的总布置研讨方法及总布置设计指南。但通过近几年的新车开发项目发现，由于中国本地环境及条件等诸多影响因素，有些总布置研讨方法和总布置设计指南并不适合直接应用在本地化开发，其中人机工程方面的影响最为明显，就这一问题，且为了迎合本地化开发的宗旨，认为梳理出适合本地化开发的研讨方法技术方案及符合中国本地特征的总布置设计指南，是本地化总布置设计的重要途径和手段。

本文涉及整车人机工程设计本地化研究主要为整车开发项目案例，同时综合考虑了期间实施的竞争车分析结果、中国本地人为主的总布置专项问卷调查和我公司中国差异化需求调研结果。

2    本地化总布置设计及研讨方法

我公司是合资公司，其研发中心的部分体系是在本社研发中心组织结构及体系基础上发展起来的，整车总布置设计体系也是其中之一，人机工程设计作为整车总布置设计的主要部分，为了实现本地化研发的目标，通过掌握和灵活应用原有总布置设计方法，完成整车本地化开发任务的同时，针对不符合中国本体环境及条件的研讨方法，进行本地化“改良”。

本章节将围绕人机工程要素中手伸及性问题，阐述人机工程设计本地化的必要性及紧迫性，详细说明了人机工程方面因素。手伸及性校核及本地化的技术方案已在汽车科技期刊2020年第1期发表过，内容参见论文《手伸及性参数化及本地化校核方面的研究》。

2.1   本地化对象的选定

人机工程所研究人-车辆-环境，主要研究人的生理及心理需求等，而且主观因素的影响比较大，如人的行为习惯等，所以人机工程设计本地化没有绝对的基准，需要在实际业务或者调研过程中，去发现不符合项，并结合本地特征及要求进行本地化。

图1是太平洋汽车网发布的国内某一新车型的实拍解析图。该车型的12.3英寸的中控屏的触控式音量控制键距离驾驶员略远。导致这一问题的根本原因是手伸及性。

上述的手伸及性问题是我公司的消费者及竞争车调查结果中的一项问题点。消费者调查中，发现时而有中央大屏离驾驶员过远、不易操作等负面评论。这一情况是人机工程设计不良、手伸及性指标不满足人机工程要求所导致的，之后被选定为整车人机工程设计本地化的课题之一。

这种通过消费者调查选定本地化对象的方法比较常见，可以广泛的收集消费者的意见。目前，各大主机厂广泛推广的UX（用户体验，User Experience）也是实现人机工程设计本地化的重要手段。

2.2   本地化需求及必要性

随着智能网联的快速发展，中央大屏也呈现出智能化、大型化及中央大屏与仪表盘集成化的趋势，在其控制方面，物理按键/旋钮控制、触控、声控及手势控也得到了普遍的应用。前两者属于比较传统的控制方式，而后两者属于智能化的控制方式，虽然智能化控制方式可以有效改善传统方式满足不了内容的扩展问题，但也缺失了物理旋钮/按键原本的触感反馈，易定位性及效率精细操作等优势，一定程度上影响到驾驶安全。

根据“知乎”网的智能座舱交互体系方面研究，与中控屏的交互方式步骤有车主输入、机器输出/反馈、场景主动采集等，其中“车主输入”中传统的交互方式与人机方面手伸及性紧密相关。“车主输入”部分的评分可以整理为如下表1：

從上述表格可以看出，传统的控制方式评分高，不容忽视，手伸及性是整车人机工程设计过程中重要指标。

研讨手伸及性时，往往借用韩国本社研发中心的手伸及性校核方法，或者我公司总布置基于SAE搭建的数据库校核手伸及性是否满足总布置要求。然而这2种方法的对象人群分别为韩国和美国人群，与中国人相比，有明显差异。如韩国人和中国人的上半身和下半身比例趋势来看，韩国人的比例略大一些，而且我国对人体详细参数仅限于1988年发布的GB10000-1988，至今未更新。这种情况下，这种情况下，韩国的本地化方法再进一步转化为中国本地化方法时，缺乏理论依据的支撑，所以将两种方法在一定程度上都缺乏可靠性及时效性。

为此，我公司总布置设计专门制定了本地化技术方案。而且该技术方案具有一定的针对性。根据评价人群的特征，可以输出特定的手伸及界面。如在开发目标层以女性消费者为主的中国车型时，可以根据目标层的特征组织评价人员，专门输出目标层为主的手伸及界面，以确保目标层的需求。这种从研讨方法着手的本地化手段也是实现“本地化”目标的重要手段，而且应用价值高，易于实现。详细内容参见《手伸及性参数化及本地化校核方面的研究》。

3    本地化总布置设计指南

在整车总布置设计过程中，需要借鉴总布置设计指南，其包括总布置研讨方法、考虑的注意事项、相关的设计标准等，主要依据设计要求、制作及装配工艺、竞争车对标分析结果、人机工程分析及测评结果等。总布置设计指南作为总布置设计体系的主要部分，需要全新梳理和实时更新，以保证时效性和准确性。

本章节将结合我公司梳理和更新的、人机工程相关的总布置设计指南为案例，详细解读总布置设计指南，并说明总布置设计指南的重要性和更新必要性。人机工程设计是内饰总布置的主要部分，总布置设计指南包括人机工程方面的要求和经验值、推荐值等。

3.1   全新总布置设计指南

随着汽车行业的发展及消费者对汽车的认知和要求不断升级，汽车不仅仅是交通工具，也是居住空间，所以越来越注重舒适性、便利性等人机方面要素。而这些人机方面要素往往需要体现在总布置设計指南里。

为了提高便利性和商品性，车辆上搭载的手机无线充电模块逐渐变成了必备式样，我公司的几款车型也搭载了无线充电模块。手机无线充电作为全新功能部件，其相应的总布置指南处于空白状态。所以在整车总布置设计过程中，带来一定的难度，缺少可参考的依据。

为了全新梳理手机无线充电模块的总布置设计指南，展开了对象产品的调研、竞争车调研、人机方面分析等，具体有如下三个方面研究结果。

① 对象产品的调研

手机无线充电模块的对象产品是具备无线充电功能的手机，图2为具备无线充电功能的、京东TOP15的主流产品调研结果。

主要参考调研结果中的详细尺寸参数，设定了无线充电区域相关的SPEC，【SPEC：170mm * 80mm】，如图3所示：

② 竞争车调查

我公司的手机无线充电模块一般设定在Console前方的收纳盒内，即保证了其合理布置，还可以保持原有的收纳性，还不影响Console其他部件的布置。

为了确保总布置设计方案的合理性和竞争力，针对竞争车的手机无线充电适用情况进行了调研，并从总布置和人机工程角度进行了分析，总结如表格2内容。

上述表格中，合理性指布置方案合理与否;影响程度指由于手机无线充电模块的布置对周边其他部件的影响，其星级越小越好;操作性指手机的拾取性;识别性指手机放在无线充电区域内充电的同时观察手机屏幕的识别性。

根据我公司的手机无线充电模块的布置趋势及竞争车调研分析结果，本节将梳理手机无线充电模块布置在Console前方收纳盒时的总布置指南。

③ 人机方面要素分析

手机无线充电模块的总布置设计中，需要考虑人机方面要素：操作性及识别性，并将其要素量化体现在总布置指南。其中操作性需考虑手机的拾取性以外，还需要是否存在影响拾取动作的障碍因素等。

为了了解拾取手机的动作及比率，手机无线充电模块横向/纵向布置在Console前方收纳盒内为场景条件，进行了专项问卷调查，问卷调查结果表格3：

横向布置方案时，需要遵守手机无线充电区域的SPEC;

纵向布置方案时，还需要追加确保拾取手机时的两侧的手指弯曲的空间，两侧空间设定为25mm;按前两个动作拾取手机时，一般有先抠起一侧的动作，这时需要考虑手机充电区域前端上方的断差问题，如断差过小，有挡碍的结构时，手机在抠起过程中发生磕碰现象，综上所述，可以输出如图4所示总布置指南。

以上提出的总布置指南基于中国本地主流手机调研、中国本地竞争车型调研分析、中国人拾取手机的人机分析，可以满足本地化的要求。

3.2   总布置设计指南本地化更新

在应用总布置设计指南进行整车设计时，不仅要正式全新梳理中国本地的总布置设计指南，同时需要针对引用的总布置指南进行本地化更新。

本节将结合我公司的车型开发项目中的杯托总布置指南本地化更新及应用的案例，阐述总布置指南本地化更新的意义及重要性。

在我公司一款全新车型开发中，在针对Console 全新造型进行总布置结构研讨时发现杯托的造型不满足总布置设计指南中的尺寸相关的SPEC：底部直径 70mm / 中心距 100mm / 深度建议值为70mm，但实际上，杯托的大小已经达到了竞争车相同水准。就着这一问题，采取逆向思维的方式，校核原有总部指南的合理性。

经校核发现，总布置指南中涉及的杯子并非是中国消费者常用的杯子，图5所示的两种杯子分别是中杯和大杯。

而且研究表明，中国消费者除了在杯托内放置杯子以外，还有放置饮料瓶和保温杯的习惯。为了更好地满足中国人的习惯和需求，进行了杯子、塑料瓶、保温杯进行了一系列的调研分析。结果输出了本地化总布置指南，其中杯托尺寸相关示意图如图6：

可以看出，原有的杯托尺寸SPEC为OVER SPEC，虽然与本地化更新结果差异比较小，但对造型的影响可能会很大。总布置设计进行造型结构研讨，保证工程设计的可行性，但为了造型竞争力，需要最大限度的保证造型自由度。所以无论“大小”，本地化更新也是十分有必要的。

4    总结

随着中国汽车行业的发展，很多企业，尤其是外资和合资企业已经向“本地化研发”转型，只有本地化才能有效地避免“原汁原味”，而“原汁原味”主要体现在人机工程方面。国外的车型主要参考国外当地人体尺寸，设定H点及踵点等总布置主要硬点，而这些硬点与乘坐舒适性、操作性、视野性等人机工程指标紧密相关，如若直接引进，不进行本地化处理时，往往会导致人机方面的问题。如中国本地人群驾驶美国引进车型时，由于美国人群和中国本地人群身高等人体详细尺寸上的差异，可能会有踏板距离驾驶员过远等人机问题。所以人机工程设计本地化是打造中国车型的重中之重。

为实现整车人机工程设计本地化的目标，总布置设计师应该以方法和指南本地化研究入手，水平拓展人机分析及评价、消费者调研、UX研究等研究活动，并将其研究成果体现在人机工程设计方案。本文所述的梳理及更新人机工程方面总布置指南是以消费者调查、行为动作调查分析及中国本地常用的商品调查为基础，最终输出的人机工程方面总布置设计指南的经典案例。

整车人机工程设计本地化是一个不断持续的研究，而且人体详细尺寸参数作为人机工程设计中最基本依据，国内没有更新版本，所以以中国本地人群为主，进行人机评价和消费者调研，深度研究本地特征、环境、需求及相互之间关系等，并将研究结果体现在人机工程设计方案，通过这种符合本地环境的研究方法，实现真正意义上的整车人机工程设计本地化目标，最终打造出中国市场和消费者认可的中国车型。

参考文献：

[1]金贤镇. 手伸及性参数化及本地化校核方面的研究【U462.2】