基于對標及人體尺寸分析的某小型越野車后背門開啟高度設計

張健，胡崢楠

(吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江 寧波 315336)

1 引言

某小型越野車(Sport Utility Vehicle，運動多功能車型，俗稱越野車SUV)(以下簡稱S 車)設計中，在樣車試制階段進行樣車主觀評價時，體驗者提出后背門開度過高，小個子人體無法夠到關門拉手、背門關閉操作不方便的問題。

為解決以上問題，作者先后進行了中外人體尺寸的對比分析，以及同類車型后背門開啟高度的競品分析。綜合車型目標用戶人群的特點以及同類車型對標尺寸，對后背門開啟高度進行了修正，最終解決了這一問題。

在此基礎上，對使用的后背門開啟高度設計標準的局限性，對于后續車型在進行后背門高度設定時，也給出了意見建議。并就標準與對標的重要性進行了論述。

2 乘用車后背門開啟高度一般要求

汽車的布置設計，都是以人為中心、以滿足人的各種舒適性需求及使用需求為目的的設計。乘用車后背門開啟高度在設定時，通常滿足如下要求:(1)開啟的后背門應在5%女性手伸及范圍內，即小個子人體要能方便地操作(關閉)后背門;(2)開啟的后背門在高度方面應確保滿足95%男性頭部活動線路的要求，即高個子人在接近打開的后背門區域時，不會碰頭。如圖1所示。

不同的人體數據庫對應95 百分位人體是有差異的。因此，需要根據實際情況選取合理的人體尺寸進行設計［1］。

目前國內外已經建立了一系列的人體尺寸數據庫，包括中國成人尺寸數據［2］、美國汽車工程師協會(SAE)人體數據［3］、美軍人事調查(ANSUR88)數據、美國國家安全局(NSA)數據庫以及日本、德國、芬蘭、歐洲人體尺寸數據庫等［4］。

圖1 后背門開啟高度限制區域

近年來，國內在進行汽車乘員艙布置設計時，通常使用SAE 95th 人體［3］進行布置設計。相應地，后背門開啟高度設定時，也使用與SAE 人體尺寸數據作為標準進行設計。

3 S 車后背門高度設計及實車評價問題

3.1 S 車后背門高度初始設計

S 車在進行后背門開啟高度設計時，初始設計值如表1 所示，其中高度數值均為汽車整車整備質量狀態下，后背門拉手盒高度指后背門拉手盒下邊緣的離地高度，后背門開啟高度指汽車縱向平面上后背門開啟時后背門底面(后背門內飾板或后背門鎖體等)最小離地高度。S 車由于后背門鎖體本身較突出，使后背門開啟高度相對于后背門內飾板降低。

表1 S 車后背門高度設計 單位:mm

3.2 工程樣車評價問題及后背門高度調整

首輪工程樣車試制中，在組織對整車進行主觀評價時，參與評價者覆蓋從5%到95%的人群，身高在1.5 m 左右的小個子女生提出了后背門高度偏高、關閉操作不方便的問題。

為兼顧高個子不碰頭的要求，在進行后背門高度調整時，通過調整氣彈簧，只是將后背門開啟角度減小2°，使后背門開啟高度降低。調整后的后背門離地高度值與初始設計值的對比情況如表2 所示。

表2 S 車后背門高度第一次調整及對比 單位:mm

3.3 工裝樣車評價問題

由于S 車本身尺寸小，車型潛在用戶中身高在1.55 ～1.65 m 的小個子女性占有相當比例。在工裝樣車試制時，項目組專門組織了11 個身高1.55 ～1.65 m 的小個子女生對后背門開啟高度進行了主觀評價。

評價情況見表3。后背門高度偏高，后背門高度偏高、關閉操作不方便的問題被再次提出，11 個女生中有10 個女生提出此問題。

表3 S 車后背門高度實車評價情況

4 基于對標及人體尺寸分析的S 車后背門高度確定

一邊是潛在用戶提出的問題，一邊是基于SAE 人體尺寸的國外汽車公司的設計標準，兩者之間存在明顯矛盾。根據標準設計出來的后背門高度，遭到了來自車型潛在用戶的抱怨。為解決這一矛盾，找到整改方向，先后進行了針對后背門高度的對標及分析工作。

4.1 S 車后背門高度對標及分析

與S 車外形尺寸接近的同類車型相對較少。表4 所示為后背門高度對標情況。這些車有自主品牌車型，也有國內合資車型、進口車型。

表4 S 車同類車型后背門高度對標 單位:mm

從對標情況看，與S 車外形尺寸接近的同類車型，在進行后背門高度設計時，均沒有按照SAE 人體尺寸來保證小個子女性人體的手伸及性以及高個子人體的不碰頭要求。基于SAE 人體尺寸的后背門開啟高度設計標準，并沒有在這些車型中得以應用。由此可以看出，這一標準本身并不完全適用于所有車型，S 車的后背門開啟高度設計并不一定需要滿足該標準。

4.2 基于中國人體尺寸及用戶人群的S 車后背門高度分析

從人體尺寸角度對后背門高度設定使用人體尺寸數據分別來自SAE 標準［3］及國家標準［5］。

表5 是SAE 與國標人體身高的對比情況，可以看出，兩者之間還是存在不小差距的。涉及到與人體尺寸相關的設計能否直接照搬國外汽車公司的標準值得推敲。

表5 SAE 與國標人體尺寸對比 單位:mm

圖2 5%女性伸手高度

下面結合人體關節尺寸進一步分析5%女性對后背門開啟高度的要求。圖2 是5%女性站立在打開的后背門后方伸手關閉后背門的姿態。為保證操作者能夠方便地關閉后背門，后背門關門拉手盒離地高度必須低于5%女性踮腳手伸及高度Hmax。5%女性踮腳狀態手伸及高度Hmax計算公式如下:

其中:H——5%女性不踮腳時手伸及高度;

H1——5%女性髖關節高;

H2——5%女性中指指尖至肩關節高;

ΔH——踮腳高度增加值，取ΔH=85 mm。

5%女性中指指尖至肩關節高H2 公式如下:

其中:H21——5%女性肩關節至髖關節高;

H22——5%女性中指指尖至肩關節高。

表6 是SAE 與國標5%女性關節尺寸及手伸及高度的分析對比。可以看出，同一百分位的人體，SAE 和國標在手伸及高度數值上的差別還是很明顯的。

表6 5%女性手伸及高度分析對比 單位:mm

4.3 S 車后背門開啟高度的確定

與S 車外形尺寸接近的小型車后背門開啟高度(表4)均較低，無法滿足高個子人體不碰頭的要求，這些車型沒有按照所述的一般要求進行后背門開啟高度的設定。

S 車面向國內市場，且因為外形尺寸較小、內部空間有限，用戶群體主要集中身高在1.55 ～1.65 m的女性群體是其主要目標客戶，而不是95%這樣的高個子人體。按照一般要求進行后背門開啟高度設定，正是導致小個子人體抱怨的原因。

基于以上兩點，S 車后背門開啟高度應優先保證身高在5%左右人群后背門高度的手伸及要求，而不是95%人體的不碰頭要求。基于對標及分析情況，后經項目組總工等領導評審決策，S 車后背門開啟高度最終設計值如表7 示，后背門開啟高度的調整通過調整氣彈簧參數、減小后背門開啟角度實現。

表7 S 車后背門高度最終設計值 單位:mm

S 車后背門拉手盒離地高度設定為1 800 mm，具有以下特點:

(1)與同類車型拉手盒離地高度接近(表4);

(2)由表6 可知，SAE 5% 女性人體(身高1.55 m)不踮腳手伸及高度H =1856 mm。拉手盒離地高度調低至1800 mm，身高在1.55 ～1.65 m 的小個子人體，不用踮腳就可以輕松夠到，關門操作便利;

(3)S 車1 800 mm 的拉手盒離地高度，后背門開啟后的最小離地高度為1 773 mm。按照鞋跟高度25 mm 計算，凈身高1.74 m 及以下的人在接近開啟的后背門時，不會出現碰頭的問題。1.74 m 的身高與國家標準［2］18 -60 歲男子群體90 百分位身高(1.754 m)接近。

5 討論

從本文的對標分析看，基于SAE 人體尺寸的后背門開啟高度設定標準，并不適用于所有車型。汽車設計時不能機械地套用現有標準。汽車的各類標準都是一段時間、一定條件下的經驗總結，不一定適用于所有車型、所有情況。在充分尊重標準的前提下，不排除特殊情況下需要突破已有的標準規范，但必須慎重行事，需要進行充分的分析、論證以及評審工作。

在汽車設計中，不能僅僅局限于滿足標準。在遵循、滿足已有設計標準、規范的同時，還需要重視和同類車型進行對標分析，通過對標找差距，以確保自身設計的先進性、適宜性。［6］

我國人體數據相對陳舊，汽車人機工程相關的標準相對匱乏，無法適應汽車設計的需要。因此導致國內在進行汽車布置設計時，廣泛采用了SAE 人體尺寸及相關標準。在汽車市場日益細分、需求日益多樣化的今天，急需建立一套包括中國人體尺寸等基礎數據在內的滿足汽車設計需要的國家標準體系，以便更好地滿足目標客戶的各種需求，改善客戶體驗。

6 總結

基于SAE 人體尺寸的后背門開啟高度設定標準，不適用于所有車型。鑒于當前國內人體尺寸數據相對陳舊，以及各車型項目用戶人群的差異性和設計目標的多樣性，在進行后背門高度的設定時，建議在依據標準設計校核的同時，結合與同類車型的對標確定。