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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
論文通過對(duì)國內(nèi)外幾款車型的總布置數(shù)據(jù)積累和分析，結(jié)合現(xiàn)有車型的實(shí)際布置經(jīng)驗(yàn)，對(duì)車身內(nèi)部布置的基本原則、過程、方法及人機(jī)工程學(xué)在車身內(nèi)部布置中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)和研究。通過運(yùn)用車身總布置工具如人體模型、眼橢圓、頭廓包絡(luò)線及頭廓包絡(luò)面、駕駛員手伸及界面等，討論了人機(jī)工程與駕駛員視野、乘坐舒適性、安全性、操縱性、上下方便性之間的關(guān)系，然后將上述理論應(yīng)用于新車內(nèi)部布置設(shè)計(jì)的實(shí)際過程，從新車設(shè)計(jì)的具體要求出發(fā)，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的方法較好的完成了新車型車身內(nèi)部布置。最后運(yùn)用車身總布置工具對(duì)整車視野、室內(nèi)空間及操縱性如人體舒適性、風(fēng)窗玻璃刮掃區(qū)域、A柱障礙角及儀表視野等進(jìn)行了校核并分析。
關(guān)鍵詞：車身總布置工具；人機(jī)工程學(xué)
Abstract
The thesis，through always assigning the data to accumulate and analyze to several domestic and international styles，the reality of combining the existing style is assigned experience， summarize to the basic principle， course， method and application in assigning within the automobile body of man-machine engineering that assign within the automobile body and research. Through use automobile body assign tool such as dummy always， eyes oval， head wide bag hold in place with a net line and head wide bag hold surface， driver hand stretch and interface，etc. in place with a net，visual field of discussion ergonomic and driver， taking the comfortableness，security， handling，relation among upper and lower conveniences，then apply theory described above to the new car's fixing up the real course designed，proceed from concrete requirement that the new car is designed，assign within the completion new style automobile body with better method to combine man-machine engineering. Use the automobile body to always assign the tool to the visual field of completed car finally，indoor space and person who handle if human comfortableness， wind windowpane blow，sweep area，A column obstacle corner and instrument visual field，etc. check the analysis of combining.
Keyword: The automobile body is always assigned the tool ；Man-machine engineering
22
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1 課題的提出 1
1.2 人機(jī)工程學(xué)在轎車車身內(nèi)部布置上的應(yīng)用 1
1.3 本文研究內(nèi)容 2
1.4 本章小結(jié) 3
第2章基于人機(jī)工程學(xué)的轎車車身內(nèi)部布置工具 4
2.1 人體模型 4
2.2 眼橢圓 5
2.3 乘員及駕駛員的頭廓包絡(luò)線（面） 7
2.4 本章小結(jié) 10
第3章 車身內(nèi)部布置方法的應(yīng)用 11
3.1 轎車車身內(nèi)部總布置設(shè)計(jì)過程 11
3.2 人體模型的布置過程 12
3.3 后視鏡和儀表盤布置要求 12
第4章 轎車車身設(shè)計(jì)硬點(diǎn)及應(yīng)用 14
4.1 設(shè)計(jì)硬點(diǎn)的意義 14
4.2 人體姿態(tài)舒適性相關(guān)的主要硬點(diǎn)的確定 14
4.3 人體乘坐空間主要硬點(diǎn)尺寸 16
4.4 車身布置主要硬點(diǎn) 16
4.5 本章小結(jié) 18
結(jié) 論 20
致 謝 21
參考文獻(xiàn) 22
第1章 緒論
1.1 課題的提出
轎車車身內(nèi)部布置是轎車概念設(shè)計(jì)階段中最關(guān)鍵部分，轎車車身內(nèi)部布置的特點(diǎn)是需要確定的內(nèi)部布置參數(shù)和車身硬點(diǎn)數(shù)目繁多，空間關(guān)系和約束條件復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)沒有明確的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，這使得設(shè)計(jì)方案具有多解性、經(jīng)驗(yàn)性和綜合性的特點(diǎn)。
目前人機(jī)工程學(xué)在轎車車身內(nèi)部布置中的應(yīng)用日趨廣泛和成熟。利用人機(jī)工程學(xué)原理進(jìn)行車身設(shè)計(jì)可以滿足現(xiàn)代轎車駕駛操縱性、乘坐舒適性、上下車方便性等方面的要求。人機(jī)工程學(xué)以人(駕駛員、乘客)為中心，在布置設(shè)計(jì)方面從人體的生理、心理和人體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律出發(fā)，研究布置方面如何適應(yīng)人的需要，能夠設(shè)計(jì)出一個(gè)操縱方便、舒適安全的駕駛環(huán)境和乘坐環(huán)境，因此結(jié)合人體工程學(xué)進(jìn)行車身內(nèi)部布置設(shè)計(jì)，認(rèn)真詳細(xì)地對(duì)車身內(nèi)部布置設(shè)計(jì)方法進(jìn)行總結(jié)和歸納，成為現(xiàn)代轎車企業(yè)成功研發(fā)新車型的關(guān)鍵。
我國的大部分轎車行業(yè)已經(jīng)從過去傳統(tǒng)落后的設(shè)計(jì)制造方法過渡到了現(xiàn)代以數(shù)字化設(shè)計(jì)為主的時(shí)代，并在流程中引入了強(qiáng)度校核、碰撞模擬以及運(yùn)動(dòng)仿真等。但大部分的CAD軟件由于設(shè)計(jì)和開發(fā)手段相對(duì)落后等各方面原因的限制沒有真正發(fā)掘CAD巨大潛力以提高設(shè)計(jì)開發(fā)效率。
現(xiàn)在國內(nèi)外很多轎車制造業(yè)內(nèi)部已經(jīng)在AUTOCAD、CATIA、UG等軟件平臺(tái)上開發(fā)了車身總布置系統(tǒng)，并形成了一套完整的轎車車身內(nèi)部布置理論和方法。但依然存在著盲目使用國外的SAE、ISO等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車身室內(nèi)布置，沒有一套完整的適合國內(nèi)轎車車身設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。我國的人機(jī)工程學(xué)正處于初始發(fā)展階段，目前只做了一些基礎(chǔ)性工作如對(duì)人體尺寸的測(cè)量統(tǒng)計(jì)和分析。因此我國的人體工程學(xué)研究還有待于更加進(jìn)一步的深入和發(fā)展。
本論文依據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，結(jié)合相關(guān)資料和教材，介紹了轎車內(nèi)部布置的基本要求和步驟，對(duì)轎車的內(nèi)部布置設(shè)計(jì)提供參考，并具有一定的意義。
1.2 人機(jī)工程學(xué)在轎車車身內(nèi)部布置上的應(yīng)用
在內(nèi)部布置設(shè)計(jì)過程中，重點(diǎn)工作是確定決定車型技術(shù)水平和造型風(fēng)格的總布置尺寸。在內(nèi)部布置方案的確定過程中，必須以滿足人機(jī)工程要求為原則把乘坐舒適性、安全性、操作方便性、上下車方便性等作為主要因素考慮。
人體工程設(shè)計(jì)的基本要求是操縱方便和舒適性，即盡最大可能的滿足不同身材和姿勢(shì)的駕駛者對(duì)操縱件的手足伸及性與姿勢(shì)舒適性以及視野性的要求。人機(jī)工程設(shè)計(jì)主要借助于SAE的方法和工具。在轎車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有如下幾方面：
1．上下車方便性；
a車門開度角、車門通道尺寸
b車門框口尺寸
c車門的高度、寬度和厚度尺寸
d乘員入座后手伸及關(guān)門把手的尺寸
2．車內(nèi)部空間尺寸和座椅輪廓尺寸
a前、后H點(diǎn)的位置及前H點(diǎn)的調(diào)節(jié)范圍
b頭部空間尺寸
c前、后排座乘坐空間
d后座舒適性尺寸
3．駕駛員視野設(shè)計(jì)
a直接前方地面視野
b交通燈視野
c A柱障礙角
d外后視鏡視野
e儀表板視野
4．駛員操縱方便性
a腳踏板（油門踏板、制動(dòng)踏板）的位置和活動(dòng)空間
b手操縱桿（換擋桿、手制動(dòng)桿）
c駕駛艙內(nèi)服務(wù)元件（空調(diào)、收音機(jī)、轉(zhuǎn)向開關(guān)、燈光開關(guān)等）
1.3 本文研究內(nèi)容
深入研究了車身內(nèi)部布置工具的基本原理、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)參考值及評(píng)價(jià)指標(biāo)等，包括百分位的選擇、H點(diǎn)的確定與座椅調(diào)節(jié)范圍、操縱方便性、眼橢圓、汽車內(nèi)部空間尺寸確定、上下車方便性、視野設(shè)計(jì)。并進(jìn)行了實(shí)際車型的應(yīng)用設(shè)計(jì)。從新車設(shè)計(jì)的具體要求出發(fā)，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的方法較好的完成了新車型車身內(nèi)部布置。運(yùn)用車身總布置工具對(duì)整車視野、室內(nèi)空間及操縱性如人體舒適性、風(fēng)窗玻璃刮掃區(qū)域、A柱障礙角及儀表視野等進(jìn)行了校核并分析。最后，在實(shí)際工作過程中，學(xué)會(huì)運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行簡單的轎車內(nèi)部布置，對(duì)于人機(jī)工程設(shè)計(jì)、轎車內(nèi)部布置設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。
1.4 本章小結(jié)
本章對(duì)車身內(nèi)部布置設(shè)計(jì)方法及內(nèi)容、人體工程學(xué)在轎車車身內(nèi)部布置的應(yīng)用作了簡要的敘述，最后對(duì)本課題的主要內(nèi)容和意義做了闡述。
第2章 基于人機(jī)工程學(xué)的轎車車身內(nèi)部布置工具
在轎車設(shè)計(jì)中，車身內(nèi)部布置應(yīng)當(dāng)能夠滿足駕駛員和乘員的乘坐舒適性、操縱性、行車安全性、視野性的要求。為了達(dá)到以上性能，SAE、ISO等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定義了轎車駕駛員的眼睛、頭部、肢體上與車身布置有關(guān)的人體特征點(diǎn)。駕駛員以正常駕駛姿勢(shì)入座后，測(cè)取人體特征點(diǎn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后，便可得到各種百分位身材男女駕駛員的人體特征點(diǎn)分布圖形。這些圖形稱為車身內(nèi)部布置設(shè)計(jì)工具。它們包括眼橢圓、頭廓包絡(luò)線（面）、手伸及界面等。除人體模型外，其他設(shè)計(jì)工具都是駕駛員人體特征點(diǎn)(轎車駕駛員的眼睛、頭部、胯部上一些與車身設(shè)計(jì)有關(guān)的特殊點(diǎn))在車身坐標(biāo)系中的分布圖形，這些分布圖形已經(jīng)被做成現(xiàn)成的樣板以供內(nèi)部布置使用，所以本章主要介紹人體模型、眼橢圓、乘員及駕駛員的頭廓包絡(luò)線（面）。
2.1 人體模型
以人體參數(shù)為基礎(chǔ)建立的人體模型是描述人體形態(tài)特征和力學(xué)特征的有效工具，是研究、分析、評(píng)價(jià)、人機(jī)系統(tǒng)不可缺少的輔助手段。用于車身設(shè)計(jì)的H點(diǎn)人體模型是轎車車身內(nèi)部布置的重要工具之一。利用人體模型可以進(jìn)行乘舒適性校核，可以檢查踏板、方向盤、座椅等部件布置的合理性。對(duì)于轎車內(nèi)部空間如頭部空間、膝部空間、肩部空間、肘部空間等都要用人體模型來檢查。
中國人體模型：中國人體模型分為四個(gè)身高等級(jí)，分別為女子第5百分位，男子第5百分位(相當(dāng)于女子第50百分位)，男子第50百分位(相當(dāng)于女子第95百分位)，男子第95百分位。
按照不同的用途來分類包括：二維桿系人體模型、二維平面人體模型、三維人體模型，如下列圖所示：
圖2-1二維桿系人體示意圖 圖2-2二維平面人體示意圖 圖2-3三維人體模型示意圖
2.2 眼橢圓
轎車駕駛員眼橢圓是指不同身材的駕駛員按自己的意愿將座椅調(diào)整到適意位置并以正常的駕駛姿勢(shì)入座后，他們的眼睛位置在車身坐標(biāo)系中的統(tǒng)計(jì)分布圖形。由于統(tǒng)計(jì)分布圖形呈橢圓狀，因此被稱為駕駛員眼橢圓。駕駛員眼橢圓的確立為研究轎車視野性能提供了科學(xué)的視野原點(diǎn)基準(zhǔn)。眼橢圓的中心位置、長短軸的長度和方向，與車輛類型、SgRP（H）點(diǎn)位置、座椅水平調(diào)節(jié)量、駕駛員比例都有關(guān)系，如圖2-4所示：
圖2-4三維眼橢圓示意圖
適合中國人的A類車、可調(diào)節(jié)座椅眼橢圓尺寸根據(jù)中國人體數(shù)據(jù)（男女比例為1：1；男子平均身高為1710毫米，女子平均身高為1580毫米）計(jì)算，可以得到適合中國人的A類車、可調(diào)節(jié)座椅眼橢圓尺寸，參見表2-1。
表2-1適合中國人的A類車可調(diào)節(jié)座椅眼橢圓尺寸
百分位
TL23/mm
長軸Lx/mm
短軸Ly/mm
豎軸Lz/mm
95th
1-133
>133
173.8
206.4
60.3
60.3
93.4
93.4
99th
1-133
>133
242.1
287.1
85.3
85.3
132.1
132.1
眼橢圓在車身坐標(biāo)系下按以下方式定位：
函數(shù)關(guān)系表達(dá)式：
β=12°
X=664mm+0.587(L6)—0.176(H30)—12.5t
Y=W20±32.5mm
Z=638mm+H30
其中：
L6：方向盤中心到PRP(踩點(diǎn))的X方向上的距離；
W20：座椅中心平面的Y坐標(biāo)；
H30 ：SgRP與AHP(踵點(diǎn))在z方向上的高度差；
t：變速器類型(1：手動(dòng)、有離合器踏板；O：自動(dòng)、沒有離合器踏板)。
側(cè)視圖中與眼橢圓中心坐標(biāo)布置相關(guān)的因素見圖2-5：
圖2-5側(cè)視圖中與眼橢圓中心坐標(biāo)布置相關(guān)的因素
眼橢圓的應(yīng)用
眼橢圓是轎車視野設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但只有與視線（切線）一起使用方有意義。以駕駛員前方下視野設(shè)計(jì)為例，進(jìn)一步說明應(yīng)用眼橢圓進(jìn)行視野設(shè)計(jì)的原理。如圖2-6若要駕駛員前下視野不被發(fā)動(dòng)機(jī)罩、前風(fēng)窗下邊緣、儀表板上邊緣或轉(zhuǎn)向盤上緣所阻擋，并能看到車頭前方一定距離d以外的路面，通常的做法是：在側(cè)視圖上，從地面上距離車頭d處的一點(diǎn)Pd作95百分位眼橢圓的下切線Ld，則眼睛位置落在切線Ld上方的概率是95%。如果使發(fā)動(dòng)機(jī)罩、前風(fēng)窗下邊緣、儀表板上邊緣和轉(zhuǎn)向盤上緣都在切線Ld的下方，就能以95%的概率保證駕駛員的眼睛不被上述物體遮擋而能看到Pd點(diǎn)前方的路面，從而滿足上述視野要求。以SAE眼橢圓為理論依據(jù)，可進(jìn)行如下視野設(shè)計(jì)內(nèi)容：內(nèi)外視鏡布置，駕駛員前方視野的設(shè)計(jì)和校核，車身A、B、C柱盲區(qū)的計(jì)算，儀表板上可視區(qū)的確定，刮水器布置和刮掃區(qū)域校核，以及遮陽帶位置的確定等。
圖2—6 利用眼橢圓進(jìn)行駕駛員前方視野設(shè)計(jì)的原理
本畢業(yè)設(shè)計(jì)眼橢圓的定位尺寸記算：
β=12°
X=664mm+0.587(L6)-0.176(H30)-12.5t
=664mm+0.587×535mm- 0.176×299 mm-12.5×0
=975mm
Y=W20±32.5mm=350mm±32.5mm=382.5mm/317.5mm
Z=638mm+H30=638mm+299mm=945mm
2.3 乘員及駕駛員的頭廓包絡(luò)線（面）
平均頭廓線是由美國工程師協(xié)會(huì)SAE根據(jù)第50百分位身材的男女駕駛員及乘員頭部特征點(diǎn)，在車身坐標(biāo)系中的位置統(tǒng)計(jì)而得出的兩條圓弧（側(cè)視圖、后視圖），用于表示乘坐狀態(tài)下的頭部外廓線。如圖2-7所示：
圖2-7 SAE平均推薦頭廓線
圖2-7中的坐標(biāo)軸X、Y、Z是頭廓線的自身坐標(biāo)系，眼橢圓樣板上的自身坐標(biāo)系與頭廓線樣板上的自身坐標(biāo)系是同一坐標(biāo)系。這是因?yàn)轭^廓包絡(luò)線是以眼橢圓為軌跡而形成。
頭廓包絡(luò)線是指不同百分位的駕駛員和乘員在乘坐狀態(tài)下頭廓的包絡(luò)線。將頭廓線樣板上的眼點(diǎn)沿著眼橢圓樣板上的上半部眼橢圓運(yùn)動(dòng)，并保持兩樣板上的自身坐標(biāo)系平行，描繪出頭廓線運(yùn)動(dòng)時(shí)的包絡(luò)線便是頭廓包絡(luò)線（圖2－8）。頭廓包絡(luò)線分為兩種形式一種為座椅可調(diào)節(jié)式的頭廓包絡(luò)線，另一種為座椅不可調(diào)節(jié)式的頭廓包絡(luò)線。前者適合駕駛員的頭部位置和頭頂空間的設(shè)計(jì)，后者適合于后排乘員的頭部位置和頭頂空間的設(shè)計(jì)。
圖2－8側(cè)視圖中頭廓包絡(luò)線與眼橢圓的關(guān)系
考慮三維空間時(shí)，當(dāng)將頭廓線樣板上的眼點(diǎn)沿著眼橢球運(yùn)動(dòng)，描繪出頭廓線運(yùn)動(dòng)時(shí)的包絡(luò)線便形成了三維頭廓包絡(luò)面?？紤]到駕駛員隨轎車的振動(dòng)，推薦頭廓包絡(luò)線形成的面以頭廓包絡(luò)面中心為基準(zhǔn)向車外偏23毫米，駕駛員頭廓包絡(luò)面形狀確定可表2-2示：
表2-2三維駕駛員頭廓包絡(luò)面數(shù)據(jù)
三維頭廓包絡(luò)面按如下方式定位：
（1） 首先按照前述步驟確定眼橢圓中心，按表2-3對(duì)頭廓包絡(luò)面進(jìn)行初步定位：
表2-3三維駕駛員頭廓包絡(luò)面中心與眼橢圓關(guān)系
座椅行程（TL23）
Xh
Yh
Zh
>133mm
90.6
0
52.6
≤133mm
89.5
0
45.9
0
85.4
0
42.0
（2）然后按下述公式分別求出可調(diào)節(jié)座椅和不可調(diào)節(jié)座椅的頭廓包絡(luò)線中心(圖2－9)：
可調(diào)節(jié)座椅： β=12°
X=664mm+0.587(L6)–0.176(H30)–12.5t+Xh
Y=W20
Z=638mm+H30+Zh
不可調(diào)節(jié)座椅：X=640mmsinδ+X
Y=W20
Z=640mmsinδ+Zh
式中：Xh和Zh從表2-3中確定選取；L6方向盤中心到PRP(踩點(diǎn))的X方向上的距離；W20座椅中心平面的Y坐標(biāo)；H30 SgRP與AHP(踵點(diǎn))在z方向上的高度差；t變速器類型(1：手動(dòng)、有離合器踏板；0：自動(dòng)、沒有離合器踏板)。頭廓包絡(luò)線主要用于確定駕駛員和乘員的頭部空間，以便校核或設(shè)計(jì)頂蓋高度和寬度。SAE為此定義了兩個(gè)關(guān)鍵尺寸H61、H63，分別為前排座椅有效頭部空間尺寸和后排座椅有效頭部空間尺寸。根據(jù)有效頭部空間（經(jīng)驗(yàn)值H61介于900～950mm之間，H63比H61略小20mm）和頂蓋內(nèi)飾板厚度經(jīng)驗(yàn)值15～25mm）以及頂蓋造型，就可以由外向至內(nèi)的確定H點(diǎn)高度，也可以進(jìn)行由內(nèi)至外的頂蓋高度設(shè)計(jì)。
頭廓包絡(luò)線側(cè)視圖 頭廓包絡(luò)線后視圖
不可調(diào)節(jié)座椅
頭廓包絡(luò)面?zhèn)纫晥D 頭廓包絡(luò)面后視圖
可調(diào)節(jié)座椅
圖2－9頭廓包絡(luò)線與頭廓包絡(luò)面
本設(shè)計(jì)采用可調(diào)節(jié)座椅，頭廓包絡(luò)線中心定位尺寸為：
β=12°
X=664mm+0.587(L6)–0.176(H30)–12.5t+Xh
=644mm+0.587×535mm-0.176×299mm-12.5×0+90.6
=1040mm
Y=W20=350mm
Z=638mm+H30+Zh
=638mm+299mm+52.6
=989.6mm
2.4 本章小結(jié)
本章詳細(xì)的敘述了最新版的轎車內(nèi)部布置中常用的布置工具的概念、建立方法、定位及應(yīng)用，主要有人體模型、眼橢圓、頭廓包絡(luò)線等。對(duì)于轎車舒適性檢驗(yàn)、車身內(nèi)部空間的設(shè)計(jì)與校核、駕駛室內(nèi)操縱件的布置、視野設(shè)計(jì)與校核等都要借助于這些設(shè)計(jì)工具來進(jìn)行。
第3章 車身內(nèi)部布置方法的應(yīng)用
3.1 轎車車身內(nèi)部總布置設(shè)計(jì)過程
轎車車身內(nèi)部布置是根據(jù)各總成型式和整車性能的要求，確定車身內(nèi)部尺寸，駕駛員與乘客的操縱與乘坐空間，駕駛室各種部件和附件位置參數(shù)，以滿足相關(guān)的各項(xiàng)性能及法規(guī)要求，并協(xié)調(diào)各種性能指標(biāo)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)總體優(yōu)化的布置過程；轎車車身內(nèi)部布置可以理解為在滿足一定約束條件下，對(duì)其進(jìn)行方案布置優(yōu)化的設(shè)計(jì)過程。需確保駕駛員與乘員的舒適性、上下車方便性、安全性，以及駕駛員的操縱方便性、視野性等。它涉及到人機(jī)工程學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科，體現(xiàn)的“以人為中心”的人-機(jī)-環(huán)境和諧的設(shè)計(jì)思想。
轎車車身內(nèi)部布置過程如下：
1、深入理解整車總布置方案，熟悉底盤、電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)競(jìng)爭(zhēng)車
型相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量、總結(jié)和歸納，初步確定所設(shè)計(jì)車型與人機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)的目標(biāo)值。
2、根據(jù)已搭建的底盤平臺(tái)、地板、前隔板和通風(fēng)罩板的位置初步確定踏板組、方向盤的中心位置及角度等參數(shù)。
3、運(yùn)用踏板組和地板的相對(duì)關(guān)系，確定踵點(diǎn)的位置；進(jìn)行二維人體模型初步布置、建立車身內(nèi)部布置工具包括眼橢圓、三維頭廓包絡(luò)面和手伸界面等。
4、調(diào)用SAE5%成年女性和95%成年男性人體模型，由SAE推薦的適意線或 區(qū)域法來確定SgRP點(diǎn)位置及座椅調(diào)節(jié)行程（上下和前后）、靠背角等相關(guān)尺寸。
5、根據(jù)SgRP點(diǎn)位置調(diào)用頭廓包絡(luò)線及眼橢圓，結(jié)合內(nèi)部空間控制尺寸，確定頭部空間尺寸H61和H63、前后排乘坐空間、橫向空間尺寸、頂蓋的位置。以及完成對(duì)車身內(nèi)部寬度的確定；再根據(jù)眼橢圓確定視野，從而定出前后 風(fēng)窗的傾角；調(diào)出手伸及界面等設(shè)計(jì)布置工具設(shè)計(jì)儀表盤的斷面形狀、儀表盤平面角度及操縱件的布置。
6、針對(duì)以上布置進(jìn)行綜合分析、協(xié)調(diào)和優(yōu)化，驗(yàn)證是否滿足已設(shè)定的目標(biāo)值和布置的合理性。
3.2 人體模型的布置過程
通常情況下，人體布置一般采用二維與三維相結(jié)合的布置方法，所以本文采取如下布置過程：
1、選擇適宜的人體樣板，包括百分位和比例等。本設(shè)計(jì)采用95%成年男性人體樣板，比例采用1：5。
2、畫出加速踏板位置、地板線(先以水平線代表)，確定出踵點(diǎn)的位置。方法是運(yùn)用以加速踏板中心為圓點(diǎn)，以203mm為半徑的圓與地毯上表面的交點(diǎn)即為踵點(diǎn)。注意確定踵點(diǎn)時(shí)要考慮地毯的厚度和壓縮量（一般40%）。
3、按選定的人體模型樣板以踵點(diǎn)為布置基準(zhǔn)，將人體駕駛姿勢(shì)擺放在車身布置圖上，使人體的軀干和上、下肢處于最佳的活動(dòng)范圍和角度關(guān)系。
4、SAE5%成年女性和95%成年男性人體模型，由SAE推薦的適意線或區(qū)域法來確定SgRP點(diǎn)位置及座椅調(diào)節(jié)行程（上下和前后）、靠背角等相關(guān)尺寸，考慮座椅靠背的壓縮量與厚度等因素，確定出前座艙的最后設(shè)計(jì)界限。
5、比較百分位人體布置的各關(guān)系角度變化和坐姿位置變化情況，由此確定各H點(diǎn)位置和座椅調(diào)節(jié)行程是否合適。
6、分析在加速踏板的全程運(yùn)動(dòng)中，人體姿勢(shì)的變化情況。
7、畫出百分位人體布置的腿部輪廓線，供設(shè)計(jì)伸腿空間用。
8、后排座人體布置方法與上述類似，只是一般布置95％百分位人體即可，著重考慮擱腳位置、姿勢(shì)和腿部空間。
3.3 后視鏡和儀表盤布置要求
1、內(nèi)外后視鏡的布置
應(yīng)該充分考慮人眼的視野特性，以盡量靠近駕駛員直前視線為宜。人機(jī)工程學(xué)推薦后視鏡在水平方向的位置應(yīng)該處于駕駛員直前視線左右各60°范圍內(nèi)，在垂直方向的位置應(yīng)該處于駕駛員直前視線上下各45°范圍內(nèi)。為避免車后交通信息頻繁的映入駕駛員眼內(nèi)而干擾其注意力，造成駕駛員工作緊張，上述角度可以適當(dāng)減小。對(duì)于左后視鏡，一般推薦鏡中心與左眼點(diǎn)連線(或左眼橢圓切線)與駕駛員直前視線的夾角不大于55°。一般駕駛員對(duì)右后視鏡的觀察次數(shù)遠(yuǎn)少于左后視鏡，可以允許駕駛員偶爾強(qiáng)制轉(zhuǎn)動(dòng)眼睛和頭部來觀察右側(cè)后視鏡。故本設(shè)計(jì)考慮到駕駛員的疲勞問題，選取鏡中心與左眼點(diǎn)連線與駕駛員直前視線的夾角為45°。
2、方向盤和儀表盤的視野性布置
方向盤主要考慮方向盤平面與水平面的夾角（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：15°～30°）、
方向盤下緣與座椅上表面距離（（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：170～200）、在儀表板上形成的盲區(qū)最小并具有合適的操舵力特性。儀表板特征盲區(qū)參照ADR18和SAE J94等標(biāo)準(zhǔn)求作，本設(shè)計(jì)方向盤平面與水平面的夾角為22°。
儀表盤布置方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)如下：
(1)、儀表盤的中心點(diǎn)確定：將方向盤中心和眼橢圓中心點(diǎn)連線，按標(biāo)準(zhǔn)視距推薦值（最佳視距550mm、最大視距711 mm）確定。注意儀表盤的中心點(diǎn)和眼橢圓中心點(diǎn)的連線與水平線的夾角應(yīng)該在30°范圍內(nèi)?？紤]駕駛員能夠清晰的看見儀表的指示信號(hào)，本設(shè)計(jì)方向盤中心和眼橢圓中心點(diǎn)連線距離為700mm，儀表盤的中心點(diǎn)和眼橢圓中心點(diǎn)的連線與水平線的夾角為22°。
(2)、儀表盤平面確定：方向盤中心和眼橢圓中心點(diǎn)連線與儀表盤平面的夾角應(yīng)在90°±10°范圍內(nèi)，儀表盤平面與水平面夾角應(yīng)在60°～75°范圍內(nèi)。選取方向盤中心和眼橢圓中心點(diǎn)連線與儀表盤平面的夾角為75°，儀表盤平面與水平面夾角為68°。
第4章 轎車車身設(shè)計(jì)硬點(diǎn)及應(yīng)用
4.1 設(shè)計(jì)硬點(diǎn)的意義
設(shè)計(jì)硬點(diǎn)是總布置設(shè)計(jì)過程中，為保證零部件之間的協(xié)調(diào)和裝配關(guān)系，及造型風(fēng)格要求所確定的控制點(diǎn)(或坐標(biāo))，控制線，控制面及控制結(jié)構(gòu)的總稱,俗稱設(shè)計(jì)硬點(diǎn)，轎車車身總布置實(shí)際上是確定車身各部分之間的硬點(diǎn)關(guān)系，硬點(diǎn)是轎車零部件設(shè)計(jì)和選型，附件設(shè)計(jì)及車身設(shè)計(jì)的最重要的各項(xiàng)目組公共認(rèn)可的尺度和設(shè)計(jì)原則。這是使項(xiàng)目組分而不亂，并行設(shè)計(jì)的重要方法。一般確定后不要輕易調(diào)整，如需調(diào)整設(shè)計(jì)硬點(diǎn)，需得到所有子項(xiàng)目組認(rèn)可或協(xié)商.常用的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)包括整車尺寸參數(shù)如輪距、軸距；底盤及零和控制點(diǎn)等等。轎車車身內(nèi)部的各種硬點(diǎn)之間的約束數(shù)目眾多，關(guān)系復(fù)雜，評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊。其中很多硬點(diǎn)的確定是依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)而確定。因此在設(shè)計(jì)一種車型時(shí)，硬點(diǎn)尺寸對(duì)于設(shè)計(jì)有很大的幫助意義。
車身硬點(diǎn)的代號(hào)、定義、測(cè)量方法：
代號(hào)采用大寫英文字母+數(shù)字的形式，如H30；其中大寫英文字母和數(shù)字的含義如下：
W—寬度方向的尺寸；
H—高度方向的尺寸；
L—長度方向的尺寸；
PD—乘員分配尺寸；
SD—座椅面方向尺寸；
PL—踏板長度；
PW—踏板寬度PH—踏板的高度；
TL—H點(diǎn)長度位置和行程TH—H點(diǎn)高度位置和行程
1-99：內(nèi)部空間尺寸
100-199：外部空間尺寸
4.2 人體姿態(tài)舒適性相關(guān)的主要硬點(diǎn)的確定
SgRP：座椅參考點(diǎn)，是指座椅上的一個(gè)設(shè)計(jì)參考點(diǎn)，它是座椅制造廠規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)。它表征當(dāng)?shù)?5百分位的人體模型按規(guī)定擺放在座椅上時(shí)（按規(guī)定的靠背角、座椅的最后、最下位置），實(shí)際H點(diǎn)應(yīng)與座椅參考點(diǎn)重合；在SAE中對(duì)應(yīng)L31、W20和H70三個(gè)硬點(diǎn)尺寸。
實(shí)際H點(diǎn)：是指當(dāng)H點(diǎn)三維人體模型按規(guī)定步驟安放在轎車座椅中時(shí)，人體模型上左右H點(diǎn)標(biāo)記連接線的中點(diǎn)，可以比較真實(shí)地模擬出駕駛員以正常駕駛姿勢(shì)入座后的實(shí)際的H點(diǎn)位置。
設(shè)計(jì)H點(diǎn)：是指在轎車總布置時(shí)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)，表示的是第95百分位的男子人體模型在最后位置時(shí)的胯點(diǎn)，最前設(shè)計(jì)H點(diǎn)表示的是第5百分位的女子人體模型在最前位置時(shí)的胯點(diǎn)。由最前和最后設(shè)計(jì)H點(diǎn)便可以求得座椅的水平行程和垂直升程
D點(diǎn)：臀部輪廓的最低點(diǎn)；
BOF：在側(cè)視圖上，過AHP點(diǎn)作人體樣板鞋底的切線，在該切線上離AHP點(diǎn)203mm的點(diǎn)；
AHP：加速踏板踵點(diǎn)，是指加速踏板未壓縮時(shí)，人體模型的踵點(diǎn)在被壓塌的地板覆蓋件上的點(diǎn)。
AFP：加速踏板平面；
PHP：乘客踵點(diǎn)；
人體舒適生理角度范圍參見圖4-1
A1—10°～30°;A2—10°～45°; A3—80°～120°; A6—85°～110°;
A7—170°～190°
圖4-1舒適駕駛姿勢(shì)下的人體生理角度范圍
由于駕駛員舒適駕駛姿勢(shì)隨車型的不同而變化，各自選擇舒適姿勢(shì)下的關(guān)節(jié)角度有較大的差別。對(duì)于轎車靠背角A1最大不超過33°，最舒適為28°；
人體軀干與大腿夾角A4以105°為宜，110°～115°最理想；肘角A3以105°為宜；膝角A5在112°～118°為好；腳角A6(踏平面與小腿間夾角)最小為87°，最大不超過130°。
本設(shè)計(jì)考慮駕駛員舒服性要求，選取A1=25°A4=95°A5=117°A6=87°
4.3 人體乘坐空間主要硬點(diǎn)尺寸
人體乘坐空間硬點(diǎn)主要包括：H30、H31、H61、H63、H5、H10、L53、L50、L3、L34、L51，表4-1是應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的某新車車身總布置中的重要參數(shù)：
表4-1轎車乘客艙內(nèi)部舒適性尺寸總結(jié)（長度方向）單位：mm
考慮駕駛室空間要盡可能寬敞，本設(shè)計(jì)主要硬點(diǎn)尺寸取值：H30=299mm、H31=304mm、H61-1=992mm、H61-2=920mm、L51=833mm、L34=1030mm、L53=805mm。
4.4 車身布置主要硬點(diǎn)
整車總布置主要硬點(diǎn)（如圖4-2）是車身總布置的前提條件和重要參數(shù)：
DECK POINT：指尾箱蓋和后擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面連接處在Y零平面處最高點(diǎn)；
COWL POINT：是指在Y零平面處，發(fā)動(dòng)機(jī)罩和擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面連接處最高點(diǎn)；
L126：在Y零平面上，從COWL點(diǎn)到最前端的縱向距離（不含保險(xiǎn)杠及裝飾件）；
L123：從COWL點(diǎn)到DECK點(diǎn)的縱向距離；
L129：在車輛的Y零平面上，從COWL點(diǎn)到最后端點(diǎn)的縱向距離；
L104-前懸；L103-整車長度；L101-軸距；H101-車高；L105-后懸；
圖4-2整車總布置尺寸示意圖
轎車總長L103是軸距L101、前懸L104和后懸L105的和。它們之間有下述關(guān)系：L103＝L101／C。式中，C為比例系數(shù)，其值在0.52～0.66之間。發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車的C值為0.62～0.66，發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)轎車的C值約為0.52～0.56。
轎車寬度尺寸一方面由乘員必需的室內(nèi)寬度和車門厚度來決定，另一方面應(yīng)保證能布置下發(fā)動(dòng)機(jī)、車架、懸架、轉(zhuǎn)向系和車輪等。轎車總寬W103與車輛總長L103之間有下述近似關(guān)系：W103＝(L103／3)＋(195±60)mm。后座乘三人的轎車，W103不應(yīng)小于1410mm。室內(nèi)長度與軸距之間存在下述近似關(guān)系：室內(nèi)長度＝(L101／3)＋(980±50)mm。室內(nèi)寬度與輪距和全寬之間存在下述近似關(guān)系：室內(nèi)寬度＝（3／4)×全寬＋(100±80)mm。
在進(jìn)行寬度方向布置設(shè)計(jì)時(shí)，用到整車寬度方向的硬點(diǎn)包括W3、W4、W5、W6、W101、W102、W103。表4-2為不同風(fēng)格轎車寬度方向尺寸：
表4-2轎車乘客艙內(nèi)部舒適性尺寸總結(jié)（寬度方向）
本設(shè)計(jì)為考慮駕駛室的空間尺寸要寬敞，選取數(shù)值如下：
L104=945mm、L103=4950mm、L101=2915mm、H101=1557mm、L105=1090mm、W3=1380mm、W4=1460mm、W101=1499mm、W102=1500mm、W103=1740mm、W10=1440mm、W20=350mm
車身布置中以下硬點(diǎn)必須在總布置草圖中給出：
圖4-3車身布置硬點(diǎn)示意圖
表4-3車身布置主要硬點(diǎn)
4.5 本章小結(jié)
本章重點(diǎn)論述了轎車車身內(nèi)部布置的過程、方法以及總布置應(yīng)考慮的問題。并給出了車身硬點(diǎn)的概念，結(jié)合具體車型實(shí)例總結(jié)了車身硬點(diǎn)的分布范圍和尺寸范圍。總之，車身內(nèi)部布置是基于功能和約束的方案尋求最優(yōu)的過程。通過對(duì)幾款同型車的總布置數(shù)據(jù)硬點(diǎn)分析，運(yùn)用車身總布置工具討論了人機(jī)工程尺寸與駕駛員視野、乘坐舒適性、安全性、操縱性、上下輕便性之間的關(guān)系，對(duì)人體尺寸，人體舒適駕駛姿勢(shì)與布置，駕駛員眼橢圓及其在車身總布置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用如風(fēng)窗玻璃刮掃區(qū)域、A柱障礙角及儀表視野等做了具體分析和設(shè)計(jì)方法的總結(jié)，對(duì)于新車型設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。
結(jié) 論
轎車車身內(nèi)部布置設(shè)計(jì)是經(jīng)驗(yàn)和原理方法的結(jié)合。車身內(nèi)部布置是在考慮整車形式、車身與底盤的關(guān)系、以及總布置和造型傳遞給車身內(nèi)部布置的一些約束條件下，進(jìn)行車室內(nèi)部布置，是基于功能和約束的方案尋求最優(yōu)的過程。一個(gè)與眾不同的駕駛空間：開闊的視野，舒適的座椅布置，布置緊湊的儀表以及伸手可及的操作元件，能給人充分的心理滿足和安全感。
轎車車身內(nèi)部布置一般采用“以人為中心”的設(shè)計(jì)思想，必須確保駕駛員與乘員的舒適性、居住性、上下車方便性、安全性，以及駕駛員的操縱方便性、視野性等。在滿足以上性能要求的前提下，要盡量減小整車質(zhì)量，減小外形尺寸，增大內(nèi)室空間。同時(shí)還要考慮各個(gè)總成的協(xié)調(diào)關(guān)系。因此，轎車車身內(nèi)部布置可以理解為是一個(gè)在滿足一定約束條件下，對(duì)內(nèi)部部件進(jìn)行布置優(yōu)化的方案設(shè)計(jì)過程，它涉及到人機(jī)工程學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科，體現(xiàn)的是“以人為中心”的人-機(jī)-環(huán)境和諧的設(shè)計(jì)思想。
本文運(yùn)用車身內(nèi)部布置設(shè)計(jì)的方法，詳細(xì)的闡述了車身內(nèi)部布置基本原理及過程。包括：駕駛員座椅位置的確定、后排座椅位置的定位、儀表板的截面及儀表的布置、方向盤的布置、前后風(fēng)窗的傾角、頂蓋高度的控制尺寸等。利用適意座椅參考位置與其影響因素——座墊傾角、座椅高度、方向盤到拇趾參考點(diǎn)的水平距離。建立起理論的基石，更好的理解設(shè)計(jì)方法的原理。
本文利用基于車身內(nèi)部布置工具，結(jié)合各種車型的有關(guān)布置數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用具體數(shù)據(jù)詳細(xì)地對(duì)車身內(nèi)部布置進(jìn)行了探討。由于各方面的原因，本課題還有一些不完善的地方有待于進(jìn)一步改進(jìn)?？偨Y(jié)如下：轎車車身內(nèi)部布置是一個(gè)實(shí)踐過程，需要在總布置實(shí)驗(yàn)室和借助先進(jìn)的工具反復(fù)協(xié)調(diào)，而不是僅僅在計(jì)算機(jī)上就可以完成的；另外，車身內(nèi)部布置方法還需要進(jìn)一步深入，吸收及應(yīng)用國外最新的車身內(nèi)部布置方法。
致 謝
值此論文完成之即，我非常高興，同時(shí)也感到壓力很大，在幾年的學(xué)習(xí)過程中，深深體會(huì)到在知識(shí)爆炸的年代，知識(shí)的無邊無際。在撰寫論文的過程中，我常有在大海中航行的感覺，感覺到知識(shí)的欠缺和方向的迷失，而令我難忘的是鄭德林教授、席振鵬老師和孫鳳霞老師給我的指導(dǎo)和幫助，他們就像舵手一樣，指導(dǎo)我在知識(shí)的海洋中向著指定的目標(biāo)前進(jìn)。從開題到大綱的編寫，最后到作圖和每一個(gè)部分的撰寫，每個(gè)部分都是在老師們的精心指導(dǎo)和幫助下完成的，沒有他們的諄諄教誨和嚴(yán)格的要求，我不可能順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，他們治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，工作認(rèn)真、勤奮，對(duì)學(xué)生誨人不倦，給我留下了終生難忘的印象。我只有以我的努力工作和勤奮學(xué)習(xí)來報(bào)答恩師。
感謝所有關(guān)心、支持和幫助我的老師和同學(xué)們！
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