車輛人機工程驗證平臺建設研究

孫鎖柱

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

車輛人機工程驗證平臺建設研究

孫鎖柱

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

當前消費者對乘用車的舒適性要求越來越高，因此在車型研發初期就必須設定合適的人機工程參數。文章通過對國內、外人機工程驗證平臺的介紹和功能對比，指出整車人機工程驗證平臺是車輛開發初期人機工程設計驗證的發展方向，同時闡述了新一代人機工程驗證平臺的建設思路。

人機工程；人機工程驗證平臺；整車總布置

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

1、人機工程驗證平臺建立的背景

人機工程是上世紀50年代迅速發展起來的一門新興科學，它主要研究工程技術設計如何與人體尺寸、生理、和心理特性相適應的問題。人機工程的最大特點是把人看成是系統中的一個組成元素，以認為主體來分析人與機器之間的相互協調的工作，使整個系統達到最優化。人機工程所研究的任務是建立最佳的人—機器—環境系統。

人駕駛汽車在道路上行駛時所建立的人－汽車－道路系統是典型的人－機器－環境。隨著汽車工業的不斷發展，車輛的人機工程設計已成為消費者進行車輛選購時的重要考慮因素。市場反饋問題中，人機工程問題所占比重逐步增大，已成為顧客抱怨焦點問題之一。國際各大汽車廠商在人機工程方面的研究投入了大量資源，歐美等國已經建立了一系列標準用于指導車輛的人機工程設計。

表1 中、德各分位人體尺寸對比

國內汽車企業起步較晚，人機工程設計經驗積累匱乏。傳統的人機標準和虛擬設計分析很難對人機舒適性進行準確和實際的評估，而且很多人機設計標準都是沿用北美（SAE）和歐洲的標準（ECE），沒有成熟的針對中國假人的人機評判標準。整車只有開發至驗證模型階段（數據基本凍結）才有真正的實物供用戶進行人機性能的主觀評價，一旦發現問題，整改的周期和成本均難以接受，對項目影響巨大。因此國內汽車企業陸續開發了多個可調節的人機工程驗證平臺，以多方案實物驗證的方式反向指導汽車的人機工程設計。操作方式也正在從傳統的機械+電氣方式向效率更高的觸屏智能電控進行改進。

2、人機工程驗證平臺概述

人機工程驗證平臺是將理論分析產生的人機參數轉換成固定實體三維實物模型從而提供給評估者準確的三維空間感受，以評估項目的人機工程質量的一種實物平臺，用于模擬、驗證不同車型（乘用車）駕駛員（乘客）－汽車的人機交互界面，通過不同人群的實物評價來判斷理論計算的汽車人機工程關鍵參數是否準確，從而設計出一款滿足多數人群的駕駛和乘坐舒適性需求的汽車產品。人機工程驗證平臺發展至今大致存在以下幾種形式。

2.1 機械式人工調節平臺

2.1.1 駕駛艙人機驗證平臺

駕駛艙人機工程驗證平臺由五個子平臺組成，它們為基礎平臺、座椅安裝子平臺、方向盤安裝子平臺、踏板安裝子平臺和換檔手剎安裝子平臺，如圖1。通過對駕駛員常用的操縱部件的人工調節實現不同設計參數狀態下人機舒適性的評價。該平臺功能簡單、明確，制作成本低，但是存在一定的功能缺失，不能評價整車的人機工程表現。

圖1 駕駛艙人機工程驗證平臺

2.1.2 整車人機驗證平臺

整車人機工程驗證平臺，如圖2。該人機工程平臺將駕駛艙人機工程驗證平臺進行擴展，增加了儀表板、頂棚、二排座椅等空間和操作方便性方面的驗證，通用化程度更高。

2.2 電控式智能調節人機驗證平臺

近年來，為進一步提升人機工程驗證平臺的通用性及使用便利性，相關汽車企業在機械式人機調節平臺的基礎上創新開發出驗證功能更加齊全，能夠即時根據各開發項目調節出各空間尺寸參數、踏板的位置、前后排視野、中控面板位置等重要整車架構參數，滿足全系列（從經濟型A0級到豪華型C級）整車評估的需求的電控式智能調節人機驗證平臺。快速實現方案的優化調整；可實現多項目并行使用，如圖3。

圖2 整車人機工程驗證平臺

該平臺以電機+絲桿的電動調節為主，小子平臺模塊配合以手動調節方式，平臺分為：基礎+地板支撐平臺、地板平臺、A/B/C柱、頂棚、前圍、副儀表板、前后車門、門檻、踏板及管柱、前后座椅等子平臺。滿足車型主要人機工程評價項目如：坐姿、操縱方便性、內部空間、部分視野、踏板布置、舒適性、上下車方便性等方面的布置驗證需求。

圖3 整車人機工程驗證平臺

3、電控式智能調節人機驗證平臺建設思路

電控式智能調節人機驗證平臺設計涵蓋整車尺寸鏈計算分析、智能數控、整車級柔性調節、即時響應等多方面內容。根據整車人機工程開發經驗及已有的人機驗證平臺開發過程總結出新一代電控式智能調節人機驗證平臺建設思路如下：

3.1 人機驗證平臺功能定義

按照整車人機工程開發在乘員坐姿、操縱方便性、內部空間、部分視野、踏板布置、舒適性、上下車方便性等方面的驗證需求及整車功能部件的分布將人機驗證平臺劃分為前后地板平臺、A/B/C柱、頂棚、前圍、副儀表板、前后車門、門檻、踏板及管柱、前后座椅等子模塊，并對各模塊所需要的調節方向及調節形式進行統籌定義，如表2。

表2 驗證臺架功能定義

3.2 人機驗證平臺參數設定

對需要評價的車型數據及所涉及的人機工程參數進行統計，根據統計的參數范圍對平臺關聯尺寸進行參數范圍設定，為后期的總體布局和尺寸鏈分析提供基礎數據支持，如表3：

表3 驗證臺架參數設定

3.3 電機調節子模塊結構設計

選用直流行星減速電機+絲桿形式進行電機調節子模塊結構設計，通過絲桿的長度變化實現不同調節行程模塊間的通用化設計，同時配有編碼器實現調節行程的讀取，結構如圖4：

圖4 電機調節子模塊結構圖

3.4 平臺總體布局及尺寸鏈分析

根據臺架功能定義及模塊劃分，圍繞整車的設計R點為設計基準點進行平臺進行總體布局和關聯行程的尺寸鏈校核分析，確保各模塊在調節行程范圍內不存在運動干涉，同時進行電路設計和線束布局，平臺總體布局示意圖如圖5：

圖5 平臺總體布局示意圖

3.5 智能數控系統開發

開發觸屏式智能調節控制系統用于常用人機工程驗證項目實現步進式電動調節，提升臺架的使用便利性，減少不同人機工程設計方案人工調整的時間，觸屏人機界面設計示意如圖6：

圖6 觸屏人機界面示意圖

人機驗證平臺制作完成后需要進行聯合調試，避免不被發現的運動干涉和系統漏洞。

4、總結

本文重點闡述了人機工程驗證臺架的發展及新一代智能調節平臺的建設思路。設計車型的人機工程設計表現可通過該平臺進行實物驗證，可大大提高整車在造型階段驗證人機工程問題的效率和質量，避免在開發后期因為人機工程問題導致項目進度和開發成本受到影響。隨著平臺在不同整車開發項目中的應用，將會節約越來越多的制作傳統三維驗證模型的費用。

[1] 陳昊,曹亮,賈新建.一種面向汽車正向開發的車輛人機工程試驗平臺.發明專利.專利號200910251471，2009.

[2] 楊得一,張秋月,郭鋼.基于UG平臺的汽車駕駛舒適性評價[J].客車技術與研究.2004.第26卷（第2期）:6-8.

[3] 丁玉蘭.人機工程學[M].北京:北京理工大學出版社,2005. Vivek D.Bhise.汽車設計中的人機工程學.機械工業出版社.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

孫鎖柱，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。