汽車副儀表臺扶手箱設(shè)計邊界方法研究

陳曉英

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汽車副儀表臺扶手箱設(shè)計邊界方法研究

陳曉英

（長城汽車股份有限公司，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

目前很多乘用車在主駕右側(cè)的副儀表臺設(shè)置扶手箱，供駕駛員右臂肘依托臨時休息，文章用理論的方法來研究駕駛員肘部轉(zhuǎn)向姿態(tài)及肘部位置，找出具體車型肘支撐的副儀表臺扶手箱設(shè)計邊界，明確準確的位置空間提供內(nèi)造型使用。

扶手箱；人體；R點

前言

目前很多乘用車型在主駕右側(cè)設(shè)置副儀表臺后部的扶手箱，供駕駛員臨時休息，本文用理論的方法來解決扶手箱的設(shè)計邊界，明確準確的位置空間提供內(nèi)造型使用，減少造型與設(shè)計檢查反復(fù)次數(shù)。

圖1 副儀表臺扶手箱

1 設(shè)計模型建立

1.1 人體結(jié)構(gòu)尺寸

目前多數(shù)設(shè)計車型前排按不大于身高SAE95%人群進行，相關(guān)尺寸見下表1：

表1 設(shè)計人體相關(guān)的尺寸

1.2 設(shè)計R點到撫手箱Y向間隙計算

以下舉例某車型座椅R點距右側(cè)扶手箱距300mm進行方法演示，對于具體車型設(shè)計時此尺寸需由R點到座椅右側(cè)邊緣最大距離及座椅與副儀表臺扶手箱側(cè)向間隙推算得出。

1.3 人體驗證-簡化模型

簡化模型：基于轉(zhuǎn)向手腕與小臂相對運動較小簡化采用二者固在同一直線上（最大長度，這樣做設(shè)計更加保守）來進行左側(cè)肘部邊界查找，圖2為95%人體簡化尺寸，其它人體模型簡化類同。

圖2 二維人體模型及尺寸

1.4 整車坐標平面及坐標系定義

本文定義車輛縱向?qū)ΨQ面為Y0平面，通過前輪中心垂直Y平面的平面為X0平面，與X平面、Y平面垂直并通過較大面積地板平面的平面為Z0平面。車輛前后左右的敘述以駕駛員正常駕駛方位來定義。各坐標平面的交線為坐標軸線，X軸指向車輛后，前負后正。按右手法則定義Y軸及Z軸。

2 轉(zhuǎn)向時肘部位置

2.1 95%SAE人體-轉(zhuǎn)向時右側(cè)肘部最右肘位包絡(luò)

在三維數(shù)模中按設(shè)計硬點做出轉(zhuǎn)向盤中心及轉(zhuǎn)向盤外徑緣，用極值找出轉(zhuǎn)向盤圓Y向最右點即手握最右點，以此點為球心以348mm(手握點至肘點簡化距離)為半徑畫球，求出球與上臂球（以人體肩點做出Y向肩寬線，長376/2=188，畫出以肩寬線右端點為球心以上臂半徑300的球）交線圓，作出交線圓的Y向極值大值點，此點為駕駛員最右肘心點，以肘心點為球心以代表肘半徑徑45mm畫出肘球。

圖3 轉(zhuǎn)向過程最右肘位包絡(luò)

以上是求出了手握方向盤最右點最右肘特征球，利用此方法，可分別求出手握方向盤從最右點向下轉(zhuǎn)向過程中，各最右肘位肘心球，做出肘心球包絡(luò)體最右外側(cè)包絡(luò)線，在包絡(luò)線上找出肘最右點距R點X向76mm，Y向371mm，Z向372mm；找出肘Z向最低點距R點X向87.5mm，Y向223mm，Z向268.7mm，見圖3。

2.2 95%SAE人體-轉(zhuǎn)向時右側(cè)肘部最下肘位包絡(luò)

使用2.1條方法可求得轉(zhuǎn)向過程各上臂球（半徑300mm）與下臂球（半徑348mm）交線，在各交線上找到Z向極小值肘心位，畫出各肘心球體（半徑45mm）可得肘球包絡(luò)，做出包絡(luò)最外邊緣包絡(luò)線，測量包絡(luò)線Y向最右側(cè)點距R點X向61.3mm，Y向232.7mm，Z向267.6mm；包絡(luò)線Z向最低點距R點X向11.3mm，Y向127.1mm，Z向164mm，見圖4。

圖4 轉(zhuǎn)向過程最下肘位包絡(luò)

以上分析我們得到了轉(zhuǎn)向過程中肘部的特征包絡(luò)，如果要確定扶手箱的高度還需要考慮扶手箱Y向位置，在本例中我們假定的R點距扶手箱橫向距離為300mm。

在三維建模中做出距R點右側(cè)300mm的Y平面，找出此平面與圖3、圖4中線的最低交點，測出此交點距R點的距離X向74.1mm，Z向285.5mm，見圖5， 285.5mm就是設(shè)定側(cè)向距R點300mm的扶手箱在轉(zhuǎn)向時不碰肘的最高度值。

圖5 轉(zhuǎn)向時與設(shè)定副儀表臺相碰最下肘位

2.3 95%SAE人體-靜態(tài)坐姿體息肘最低位

做距R點右側(cè)距離300 Y平行平面，做出此平面與95%上臂球（半徑300mm）交線，做出人體驅(qū)干線在此面上的投影，求出軀干投影線與上臂球交線的下交點，此交點就是靜態(tài)休息時駕駛員肘心位，以此為球心以半徑45mm畫出肘球，求出肘球面Z向下極值點，測量下極值點距R點X向75.5mm，Y向300mm，Z向高度為142mm，142mm高度就是扶手箱在主駕靜態(tài)休息放肘的理論高度,扶手箱高度距R點Z向設(shè)計不應(yīng)低于142mm，見圖6。

圖6 靜態(tài)休息時設(shè)定肘心位

從以上的結(jié)果可得，對于滿足95% 人體設(shè)計的駕駛位，扶手箱設(shè)計高度最低不低于142mm，最高不高于轉(zhuǎn)向碰肘的高度285.5mm。

3 50%及5% SAE人體肘包絡(luò)

利用座椅軌跡線及適宜線可求出50%及5%人體H點，采用2的方法分別做出50%及5%人體轉(zhuǎn)向、靜態(tài)休息時肘特征球包絡(luò)及外側(cè)包絡(luò)線，做出距H點右側(cè)Y向300距離平面，分別做出平面與包絡(luò)線交點及靜態(tài)休息肘球下側(cè)點，測量各特征點距各自人體H點距離及距設(shè)計95%人體R點的距離，見表2。

表2 距H點Y向300mm最低肘位及與R點距離

4 扶手箱設(shè)計邊界尺寸

結(jié)合以上三種人體肘部轉(zhuǎn)向及靜態(tài)休息時最低肘位及距設(shè)計人體R點關(guān)系，本例扶手箱高度距R點不低于152.7mm，最高不能高于252.5mm。

對于扶手箱長度X方向最長滿足距離設(shè)計R點前方140.7+45=185.7mm（參考表3最前的5%人體），來滿足5%人體肘部得以充分支撐；后方距離R點后46+45=91mm（參考最后的95%人體），來滿足95%人體肘部得以充分支撐，具體車型扶手箱的長度確定可按造型需求進行適當加長或縮短。

[1] SAEJ833人體尺寸（修訂本）.

Research Of Design For Armrest Boundary

Chen Xiaoying

（Great Wall Motor Company Limited, HeiBei Automobile Technology Research Center, Hebei Baoding 071000）

There are many cars design armrests for drivers to pursue comfort at the front row center panel. This article will research the drive, s elbow positions when the driver is steering or have a rest. Then we can gain the armrest boundary of center panel and export it to the next partment.

armrest; body; R-point

B

1671-7988(2018)16-122-03

U463.7

B

1671-7988(2018)16-122-03

CLC NO.: U463.7

陳曉英，就職于長城汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.044