基于标杆车型的人机工程分析

朱松 张营 王雪柠 张胜强

摘 要：文章选取了3款同级别的车型，分别为国产车型、德系合资车型及日系合资车型，进行了整车基本尺寸、左A柱障碍角以及人体空间的对比及分析。通过对同级别标杆车型的人机工程分析，为后续同类车型的开发设计提供参考借鉴。

关键词：标杆车;整车基本尺寸;A柱障碍角;人体空间

中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）13-173-04

Ergonomics Analysis Based on Benchmarking Vehicle

Zhu Song， Zhang Ying， Wang Xuening， Zhang Shengqiang

（China Automotive Technology&Research Center Co.， Ltd.， Tianjin 300300）

Abstract： The paper selects three cars of the same grade， which are domestic， German and Japanese models. In this paper， the basic dimensions of the whole vehicle， the obstacle angle of the left A-pillar and the human body space in the vehicle were compared and analyzed. By analyzing the ergonomics of benchmarking vehicle of the same grade， it can provide reference for the development and design of the following similar models.

Keywords： Benchmarking vehicle; Basic dimensions of the whole vehicle; Obstacle angle of A-pillar; Body space

CLC NO.： U467  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）13-173-04

前言

随着国内汽车市场的竞争愈加激烈，各大车企均致力于开发更多的产品系列、更快地更新换代以抢占市场，同时根据竞争对手的技术发展路线和趋势制定相应的产品策略，这被视为改进自身产品最有效的途径之一。目前国内车企对于标杆车的研究和分析也越来越多，一汽、长安、上汽、吉利、奇瑞和华晨等自主品牌都有一定规模的标杆车分析团队[1]。

在整车的静态参数中，整车尺寸、A柱障碍角和人体空间等参数往往能直接影响到消费者的主观感受。通过对比分析国产标杆车型与同级别合资标杆车型的整车尺寸、A柱障碍角和头部、肩部、肘部及臀部空间，为后续同级别车型的人机工程设计开发提供参考。

本文選取了3款同级别的标杆车型进行人机工程对比分析，分别为国产车型A、德系合资车型B及日系合资车型C，均为市场表现较好的且市面价格在同一区间的轿车车型。在同一室温环境下对整备状态的三辆车的整车外表面、内表面三维点云数据进行采集，并借助三维H点装置采集人机姿态的三维点云数据，根据获得的三维点云数据计算得到以上的参数信息。

1 整车基本尺寸

根据三维点云数据分别测量三款车型的以下基本尺寸：1、整车长度，2、整车高度，3、前悬长度，4、轴距，5、后悬长度，6、整车宽度。整车基本尺寸示意图如图1所示。

测得的三款车型的整车基本尺寸见表1。

通过以上的测量可以发现，在三款车型中，国产车型A的整车长、整车宽和轴距都是最大的，这也符合国内消费者重视汽车外观尺寸和乘坐空间的习惯。

2 A柱障碍角

A柱障碍角为驾驶员向左前方或者右前方观察时，A柱结构造成的视野盲区。A柱障碍角越小，视野盲区越小，视野安全性越高。国标GB 11562-2014《汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》要求，每根A柱的双目障碍角不得超过6°，对于防弹车辆，该角度不超过10°，具体测量方法如下[2]。

按图2所示在A柱上做两个水平截面，即：

（1）A柱S1截面：从Pm点向前作与水平面向上成2°的平面，过此平面与A柱相交的最前点作水平截面;

（2）A柱S2截面：从Pm点向前作与水平面向下成5°的平面，过此平面与A柱相交的最前点作水平截面。

将S1、S2两截面投影在P点所在的水平面内，双目障碍角在该平面内测量。

将E1和E2的连接线绕P1旋转，使E1点至左A柱的S2截面外侧的切线与E1、E2连线成直角，从E1向S2截面外侧作切线，从E2向S1截面内测作切线，从E2点作前一切线平行线，与后切线所成的平面视野角度即为驾驶员侧的A柱障碍角（A柱双目障碍角）。

正常情况下左A柱障碍角均比右A柱障碍角大，下面仅讨论左A柱障碍角。左A柱障碍角示意图如图3所示。

其中P1、P2点代表驾驶员观察其眼睛所在的水平面内的目标时头部转动的中心点，Pm点为通过座椅参考点的纵向铅垂面与P1、P2连线的交点，其坐标值均可以通过座椅参考点的坐标计算得出;E1和E2点代表驾驶员眼睛中心的点，与P1点同在一个水平面上。

三款车型的左A柱障碍角的测量结果如表2所示。可以看到B车型的A柱障碍角最小，A车型次之，C车型A柱障碍角最大，但都在国标要求的6°以内。

2.1 A柱障碍角与座椅参考点位置的关系

通过对人机姿态三维点云数据的计算，可以得到座椅的行程区域，大致为平行四边形，通过引入假人模型并进行一系列的计算和校核之后可以得到座椅参考点（R点）坐标，三款车型的座椅行程区域及座椅参考点在同一坐标系下的相对位置如图4所示。

如图4所示，C车型的座椅参考点最靠前，B车型座椅参考点最靠后，A车型居中。三个车型座椅参考点的X向坐标分别为：A车型RX=1374.986，B车型RX=1389.168，C车型RX=1345.604。

从表2可以看出，三款车的左A柱障碍角与对应的座椅参考点的X向坐标值成反比。在三款车型中，B车型的座椅参考点的X坐标值最大，位置最靠后，A柱障碍角最小，获得了较好的A柱视野。因此，在前期设计时可适当将座椅参考点位置设计偏后些，减小A柱障碍角的大小。

2.2 A柱障碍角与造型结构的关系

如图5所示，影响S1和S2截面的因素主要有前风挡玻璃黑边宽度、A柱截面积、A柱内板、A柱倾角、门框宽度、外后视镜底座宽度和玻璃导槽位置等。

（1）玻璃黑边宽度。前风挡玻璃黑边的作用主要是遮挡风挡玻璃与A柱钣金之间的密封胶及A柱内饰板的边界，同时提高视觉美观性。三款车型的内侧视野线（即过E2点的与S1截面相切的切线）在与S1截面相切之前均受到前风挡玻璃黑边的阻挡，国标A柱障碍角的测量方法中玻璃黑边宽度是影响其计算结果的重要因素。有计算表明[3]，A柱钣金截面宽度与前风挡玻璃黑边宽度对A柱障碍角影响程度相当，每缩减1mm，约减小A柱障碍角0.1°。因此，在保证整车结构安全性能的前提下优化A柱结构，减小A柱的横截面积，同时减小前风挡玻璃黑边的宽度，均可以降低A柱阻碍的视野宽度，减小A柱障碍角。

（2）外后视镜底座和玻璃导槽位置。B车型的S2截面相对外后视镜底座和玻璃导槽等部位的位置较为靠上，S2截面中的外后视镜底座和玻璃导槽区域较少，C车型的S2截面则是较为靠下，外侧视野线（即过E1点的S2截面的切线）受玻璃导槽的阻挡较多，计算结果也表明C车型的A柱障碍角相对最大。因此，在前期造型设计阶段，可适当前移玻璃导轨、降低外后视镜底座位置，使S2截面位置在外后视镜底座和玻璃导槽之上，以减小A柱障碍角。

除了造型阶段可以进行A柱障碍角优化，设计工艺上也可以减小A柱障碍角，例如宝马汽车在A柱结构中加入钢管，在不降低A柱性能的前提下进一步减小A柱腔体面积，沃尔沃汽车SCC采用“掏空”技术，在树脂玻璃中填充一些三角钢铁，增加风挡玻璃的强度，最大限度地提高行驶安全性[4]。

3 人体空间

根据SAE J 1100-2009 Motor Vehicle Dimensions[5]对于人体空间的定义，计算三款车型的头部、肩部、肘部及臀部空间。

（1）头部空间。头部空间的定义为通过座椅参考点的垂线向后偏转8°，与第一个限制面（顶内衬、饰条、天窗罩等）的交点之间的距离再加上108mm。

（2）肩部空间。该测量区域位于车门水切所在水平面与座椅参考点上方254mm水平面之间（在通过座椅参考点的X平面上），为车门内饰之间的最短Y向距离（不考虑车门拉手）。

（3）肘部空间。该测量在通过座椅参考点的X平面上进行，该平面在座椅扶手上截面线的最高点上方30mm处取一点，通过该点的Y向平行线与左右车门内表面交点之间的距离即为肘部空间。如果没有扶手，则在座椅参考点上方180mm处进行测量。

（4）臀部空间。臀部空间定义为测量区域内左右车门内表面或者侧围内饰板表面之间的最小横向距离。在座椅参考点下方25mm、上方76mm、前方76mm和方76mm处做平面，这四个平面组成了横截面为101mm×152mm的方柱，该方柱与左右车门内表面或者侧围内饰板表面（不考虑座椅表面）相交的距离座椅参考点最近的左右两点之间的Y向距离即为臀部空间。

三款车型的头部、肩部、肘部及臀部空间测量结果见表3。

如表3所示，在测量的人体空间的8个参数中，国产车型A有3项排名为第二位，5项排名为最高，其中前后排的肩部空间和臀部空间均为最高，这也与A车型的整车宽度最大的测量结果相对应。车型A的整车高度为最低，但其前后排的头部空间排均在第二位，且与排名第一位的差距并不大。这表明国产车型A在同级别的竞品车型中有较好的人机空间布置，可获得较好的乘坐空间感受。

4 结论

本文从整车基本尺寸、A柱障碍角和人体空间方面对比分析了市场表现相对较好的某国产品牌车型、德系合资品牌车型及日系合资品牌车型等3款同级别轿车，通过对比发现座椅参考点位置、玻璃黑边宽度、外后视镜底座和玻璃导槽结构等均能影响A柱障碍角的大小。在三款车型中国产车型的综合表现相对较好，尤其车内人体空间更大，更符合国内消费者对于乘坐空间要求相对较高的需求。随着汽车市场的竞争愈加激烈，为了抢占更多的市场，各大汽车厂家对于标杆车型投入的的分析和研究也越来越多。学习借鉴标杆车型的优点、同时也产生自身的突出亮点以形成竞争优势，对于自主品牌车企来说显得更加重要。

参考文献

[1] 王隆宇，王帅.整车竞品分析流程和方法[J].汽车实用技术，2018   （04）：168-170.

[2] GB 11562-2014，汽车驾驶员前方视野要求及测量方法[S].北京，中國标准出版社，2014.

[3] 王宇，方磊，丁立杰，路胜利.乘用车A柱障碍角的控制与分析[J].南方农机，2017，48（15）：146-148.

[4] 王晓杰，安刚，朱会文，张慧卿.汽车A柱障碍角优化分析[J].北京汽车，2017（05）：44-46.

[5] SAE J1100-2009 Motor Vehicle Dimensions. Society of Automotive Engineers.2009.