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附 錄 1
汽車車身總布置采取以人為中心的設計思想，尤其是在轎車設計中，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和視野性等其應遵循一定的設計原則：外部尺寸盡量小、內(nèi)部空間盡量大、滿足各項功能要求、滿足人機工程學要求、滿足標準法規(guī)及技術條件要求。
人機工程學是上世紀50年代發(fā)展起來的一門新學科。它以人-機關系為研究的對象，以實測、統(tǒng)計、分析為基本的研究方法，是一種描述如何塑造適宜人的工作環(huán)境的科學。具體到產(chǎn)品開發(fā)，就是在產(chǎn)品的設計和制造方面要按照人體的生理解剖功能量身定做，更加適合于人體的工作效能。今天的汽車要追求“人車合一”，就是設計汽車的目標要以人為本，圍繞人的需求而建造。要使人駕乘汽車感到舒適、方便和不易疲勞，這就是汽車人機工程學的目的。
汽車設計以總體布置為核心，而轎車總體布置又是從車廂開始的。為此，要利用能表述人體形狀的標準模型作為準繩來安排駕駛艙各個部件位置。例如駕駛員的位置，從腳踩油門踏板上算起，身材高大者要比身材矮小者靠后坐，這決定了駕駛座椅后移的位置；身材矮小者要比身材高大者靠前坐，這決定了座椅前移的位置。手臂長度與腿相比是較短的，當座椅后移時可能手觸及不到儀表板，這就有了一個范圍限制。例如以百分位人群來劃分，假設第5個百分位的女子身高為1.47米，而第95個百分位的男子身高為1.82米，對于固定踏板的布置，工程師就只考慮5%的矮小女子和95%高大男子的手臂觸及范圍。做出儀表板的可接觸的衡量，通常以高大男人的手臂長為一
個決定性準則，即以伸展的手臂運動，在水平及垂直方向上各繪出一個圓弧線，近似描繪出一個半圓形空間去安排座椅、儀表、方向盤、踏板、變速桿、中控板控制旋鈕等零部件的位置及相互的距離尺寸。
人機工程學,在美國稱之為人類工程學(Human Engineering)、人因工程學(Human Factors Engineering)，在歐洲有人稱之為功效學(Ergonomics)，日本稱之為人間工學。而我國目前除使用上述名稱外，還譯成宜人學、人機工程學等。人機工程學的命名已經(jīng)充分體現(xiàn)了該學科是“人體科學”與“工程技術”的結合,實際上,這一學科就是人體科學、環(huán)境科學不斷向工程科學滲透和交叉的文化產(chǎn)物。人機工程學就是研究人在一定的工作環(huán)境中所涉及的解剖學、生理學、心理學等諸方面因素,研究人-機(物)-環(huán)境系統(tǒng)中的交互作用著的各組成部分(效率、健康、安全、舒適等)，在具體的工作條件下，在家庭中和在休假的環(huán)境里,如何達到最優(yōu)化的問題。
國外對汽車人機工程學的研究起始于上世紀五十年代，并且已經(jīng)做了大量的測繪分析和基礎性研究工作，尤其是美國提出了很多推薦性標準，有的已被國際標準組織所采用，如三維H點人體模型、眼橢圓等。國外汽車設計行業(yè)對于人機工程的應用極為重視，如日本、美國等在設計新車型時都要做相應的人機工程檢查和校核，并且抽取不同的人群進行主觀評價。德國汽車業(yè)聯(lián)合開發(fā)的RAMSIS軟件，建立了詳細的三維人體模型，從德國、日韓、中國到SAE等并提供各種年限參考，用戶還可以根據(jù)自己的數(shù)據(jù)建立自己的三維人體模型。在國外，已建立起了一個較為完整的設計開發(fā)流程和評價標準。在中國，人機工程學的研究在20世紀30年代開始即有少量和零星的開展，但系統(tǒng)和深入的開展則在“文革”以后。1980年4月，國家標準局成立了全國人類工效學標準化技術委員會，統(tǒng)一規(guī)劃、研究和審議全國有關人類工效學的基礎標準的制定。1984年，國防科工委成立了國家軍用人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程標準化技術委員會。這兩個技術委員會的建立，有力地推動了我國人機工程學研究的發(fā)展。此后于1989年又成立了中國人類工效學學會，并且1995年9月創(chuàng)刊了學會會刊《人類工效學》季刊。20世紀90年代初，北京航空航天大學首先成立了我國該專業(yè)的第一個博士學科點，隨后南京航空航天大學、西北工大、北京理工大學、北大醫(yī)學部等大學也先后成立了相應的專業(yè)。我國人機工程學的研究起步比較晚，但也做了一些基礎性工作如對人體尺寸的測量統(tǒng)計和分析等。這些都對中國人機工程學的研究起到了一些推動作用，但我國的人體測量數(shù)據(jù)沒有隨著時間的變化和社會的發(fā)展得到及時的更新。在GB10000-1988中的某些數(shù)據(jù)已經(jīng)不適合當今社會人體尺寸的實際情況，并且還缺少一部分數(shù)據(jù)，不能構成一個完整的人體，因此我國的人體工程學研究還有待于更加進一步的深入和發(fā)展。我國的大部分汽車行業(yè)依舊沿用傳統(tǒng)的設計方法，雖然在硬件條件上已經(jīng)實現(xiàn)了CAD，但大部分的CAD軟件由于各方面原因的限制沒有真正發(fā)掘CAD巨大潛力以提高設計開發(fā)效率。另一方面雖然國內(nèi)的一些大學、科研院所和企業(yè)經(jīng)過數(shù)年的研究和積累工作已經(jīng)形成了一套完整的汽車車身內(nèi)部布置理論和方法，
但是由于缺少相關的交流合作，大部分研究開發(fā)成果不能實現(xiàn)共享，所以造成了一定程度上的人力、物力等資源上的浪費，不利于國內(nèi)汽車行業(yè)整體水平的快速提高。國內(nèi)人機工程方面，建議今后科研院所及生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合起來進行如下的一些工作：進行人體尺寸測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計工作，更新相關標準數(shù)據(jù)，以此為基礎，進行統(tǒng)計分析，建立標準的中國人體模型數(shù)據(jù)庫，從而在進行整車開發(fā)時，可用到中國人體百分位的模板，這是基礎性的工作；建立并完善相關的標準，建立一個完善的設計流程及相應的設計推薦值；聯(lián)合開發(fā)并完善一個實用的評價軟件及評價標準，盡最大可能地實現(xiàn)共享，或者引進國外成熟軟件；培養(yǎng)一些進行主觀評價的人員等等。
附 錄 2
The body of a motor car always fixes up and adopts the design philosophy that regards people as the centre, especially in the car design, guarantee the comfortableness of driver and passenger, he should follow certain design principle for livability, getting on or off the bus in the convenience, security and driver's manipulation convenience and visual field,etc.: External size try hard little, internal space try hard heavy meeting every functioning requirementing, meeting man-machine engineering requirement, meeting standard regulationing and technological terms requirementing.
Man-machine engineering is a new discipline developed in the fifties of last century. It regards people - machine relation as the target of studying, regards surveying, counting, analyzing as the basic research approach, science how to mould the working environment of the suitable person that it is a kind of description. Reach product development specifically, even if in design and manufacture of the products yes made to measure according to the physiological dissection function of the human body, suitable for the working efficiency of the human body more. The car of today will be pursued " People unifies car " ,Goal to design car take people first, demand and construction to centre on people. Will make people feel comfortable, convenient and difficult to be tired to drive by bus, this is the purpose of man-machine engineering of car.
The car is designed by fixing up overallly for the core, and the car fixes up overallly begin from the carriage. For this reason, should utilize the standard model that can state the human form to come to each part position of arrangement cockpit as the criterion. Position on it is driver,it step on since foot gas pedal cases worthwhile is the large than short and small by after sit, this position that has determined to drive the seat and move backward; It is the short and small than large by before sit,determine this by position that seat move. Compared with leg the arm length is shorter, perhaps hands can not touch the instrument board when the seat move backward, this has a range to limit. For example divide with the hundredths crowd, suppose the woman's height of 5th hundredths is 1.47 meters, and the man's height in the 95th hundredths is 1.82 meters, arrangement to the fixed footboard, the engineer only considers 5% of the short and small women and arm of 95% of the tall and big men touch the range. Make instrument board's and contact's measurement, a decisive criterion with tall and big arm of man usually, move with the arm spreading, draw a round arc in the horizontal and vertical direction respectively, depict first semi-circular space to arrange for the seat approximately, instrument, steering wheel,footboard, gearshift lever, in accuse of for the position and mutual distance sizes of spare partses such as knob,etc..
Man-machine engineering, call that the ergonomics (Human Engineering) in U.S.A., people, because of engineering (Human Factors Engineering) ,Study (Ergonomics) in the European efficiency that someone calls that ,An engineering of attitude towards life which Japan calls. And our country also translates into pleasant studying, man-machine engineering,etc. besides using name described above at present. The name of man-machine engineering has already fully reflected this discipline is " Human science " With " engineering " Combination,in fact, this discipline science, environmental science, constantly project culture result where science permeate and crosses human. Study all people's respect factors such as anatomy, physiology, psychology involved in certain working environment in man-machine engineering, study people - machine (thing) -Every component (efficiency of reciprocation of environmental system, healthy, safe, comfortable) ,Under the concrete condition of work, in the family and in the environment of having a holiday, problem of how to reach and is optimized most.
The foreign study on man-machine engineering of car originates in the fifties of last century, and has already made a large amount of survey and drawing analyzing and basic research work, especially U.S.A. has proposed a lot of recommendatory standards, some have already been adopted by ISO(International Standards Organization), for instance three-dimensional H some dummies, eyes are oval. The foreign car designs the trade to extremely pay attention to the application of the ergonomic, for instance Japan, U.S.A.,etc. will do the corresponding ergonomic to check and check while designing the new style, and collect different crowds and carry on subjective appraisal. RAMSIS software which the German car industry developed jointly, has set up detailed three-dimensional dummy, offer, consult various service life from Germany, Japan and Korea S., China to SAE,etc., user can also follow one's own data set up one's own three-dimensional dummy. Abroad, have already set up a comparatively intact design and developed the procedure and evaluation criterion. In China, the research of man-machine engineering began in the 1930s there were a small amount of and fragmentary development promptly, but the system and deep development are here " The Culture Revolution " Later. In April of 1980, the national standardized technical committee of human ergonomy was established in National Bureau of Standards, plan, study and review the formulation of the national basic standard about human ergonomy in unison. In 1984, - the machine - environmental standardized technical committee of system engineering was established the national army to choose the right person in the Commission of Science, Technology and Industry for National Defence. Setting-up of these two pieces of technical committee, development promoting man-machine engineering of our country to study effectively. Establish China learn by human ergonomy on 1989 hereafter, start publication, learn proceedings " human ergonomy " quarterly will it be September 1995. At the beginning of 1990s, Beihang University established the discipline of first doctor that our country should be specialized to click at first, Nanjing Aero-Space university, northwest worker heavy, Beijing Institute of Technology subsequently, Peking University medical department,etc. university establish corresponding speciality successively even. Of our country man-machine research of engineering start, late, make if some basic work count and analyze etc. to human measurement of size too. All these study on Chinese man-machine engineering has played some impetuses, but the human measurement of our country has not got prompt renewal with the development of change and the society of time. Already unsuitable nowadays actual conditions of the social human size of some data in GB10000-1988, and lack some data, can't form an intact human body, so study and await more further deepening and development in human engineering of our country. Most cars trades of our country still continue to use the traditional design method, though has already realized CAD on the hardware condition, but most CAD software does not as really explore CAD enormous potentiality and design the efficiency of developing in order to improve because of the limitations of reasons of various fields. On the other hand though some domestic universities, scientific research institutions with enterprise work, form an intact body of a motor car assign theory and method already research and accumulation for several year,
But because lack relevant exchange and coorperation, the majority can't be realized sharing while researching and developing the achievement, so has caused waste on the resource such as the manpower, material resources to a certain extent, unfavorable to the improving fast of domestic car trade integral level. Domestic ergonomic respect, propose the scientific research institutions and manufacturing enterprise will joint together the following some work in the future: Carry on the statistical work of the human size measurement, upgrade relevant standard data, based on this, carry on statistical analysis, set up standard Chinese dummy database, thus while developing the completed car, can use the template in the human hundredths of China, this is basic work; Set up and improve relevant standards, set up a piece of complete design procedure and corresponding design giving a recommendation value; Develop jointly and improve a practical appraisal software and evaluation criterion, spare no effort to realize sharing, or introduce the foreign ripe software; Train some personnel who carry on subjective appraisal,etc.
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）
摘 要
論文通過對國內(nèi)外幾款車型的總布置數(shù)據(jù)積累和分析，結合現(xiàn)有車型的實際布置經(jīng)驗，對車身內(nèi)部布置的基本原則、過程、方法及人機工程學在車身內(nèi)部布置中的應用進行總結和研究。通過運用車身總布置工具如人體模型、眼橢圓、頭廓包絡線及頭廓包絡面、駕駛員手伸及界面等，討論了人機工程與駕駛員視野、乘坐舒適性、安全性、操縱性、上下方便性之間的關系，然后將上述理論應用于新車內(nèi)部布置設計的實際過程，從新車設計的具體要求出發(fā)，結合人機工程學的方法較好的完成了新車型車身內(nèi)部布置。最后運用車身總布置工具對整車視野、室內(nèi)空間及操縱性如人體舒適性、風窗玻璃刮掃區(qū)域、A柱障礙角及儀表視野等進行了校核并分析。
關鍵詞：車身總布置工具；人機工程學
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 人機工程學在轎車車身內(nèi)部布置上的應用 1
1.3 本文研究內(nèi)容 2
1.4 本章小結 3
第2章基于人機工程學的轎車車身內(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線（面） 7
2.4 本章小結 10
第3章 車身內(nèi)部布置方法的應用 11
3.1 轎車車身內(nèi)部總布置設計過程 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 轎車車身設計硬點及應用 14
4.1 設計硬點的意義 14
4.2 人體姿態(tài)舒適性相關的主要硬點的確定 14
4.3 人體乘坐空間主要硬點尺寸 16
4.4 車身布置主要硬點 16
4.5 本章小結 18
結 論 20
致 謝 21
參考文獻 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計階段中最關鍵部分，轎車車身內(nèi)部布置的特點是需要確定的內(nèi)部布置參數(shù)和車身硬點數(shù)目繁多，空間關系和約束條件復雜，實現(xiàn)方法和評價指標沒有明確的法規(guī)和標準，這使得設計方案具有多解性、經(jīng)驗性和綜合性的特點。
目前人機工程學在轎車車身內(nèi)部布置中的應用日趨廣泛和成熟。利用人機工程學原理進行車身設計可以滿足現(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。人機工程學以人(駕駛員、乘客)為中心，在布置設計方面從人體的生理、心理和人體的運動規(guī)律出發(fā)，研究布置方面如何適應人的需要，能夠設計出一個操縱方便、舒適安全的駕駛環(huán)境和乘坐環(huán)境，因此結合人體工程學進行車身內(nèi)部布置設計，認真詳細地對車身內(nèi)部布置設計方法進行總結和歸納，成為現(xiàn)代轎車企業(yè)成功研發(fā)新車型的關鍵。
我國的大部分轎車行業(yè)已經(jīng)從過去傳統(tǒng)落后的設計制造方法過渡到了現(xiàn)代以數(shù)字化設計為主的時代，并在流程中引入了強度校核、碰撞模擬以及運動仿真等。但大部分的CAD軟件由于設計和開發(fā)手段相對落后等各方面原因的限制沒有真正發(fā)掘CAD巨大潛力以提高設計開發(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等標準進行車身室內(nèi)布置，沒有一套完整的適合國內(nèi)轎車車身設計的標準。我國的人機工程學正處于初始發(fā)展階段，目前只做了一些基礎性工作如對人體尺寸的測量統(tǒng)計和分析。因此我國的人體工程學研究還有待于更加進一步的深入和發(fā)展。
本論文依據(jù)人機工程學原理，結合相關資料和教材，介紹了轎車內(nèi)部布置的基本要求和步驟，對轎車的內(nèi)部布置設計提供參考，并具有一定的意義。
1.2 人機工程學在轎車車身內(nèi)部布置上的應用
在內(nèi)部布置設計過程中，重點工作是確定決定車型技術水平和造型風格的總布置尺寸。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。
人體工程設計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的駕駛者對操縱件的手足伸及性與姿勢舒適性以及視野性的要求。人機工程設計主要借助于SAE的方法和工具。在轎車設計中的應用有如下幾方面：
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點的位置及前H點的調(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．駕駛員視野設計
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、制動踏板）的位置和活動空間
b手操縱桿（換擋桿、手制動桿）
c駕駛艙內(nèi)服務元件（空調(diào)、收音機、轉向開關、燈光開關等）
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、相關標準、設計參考值及評價指標等，包括百分位的選擇、H點的確定與座椅調(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、視野設計。并進行了實際車型的應用設計。從新車設計的具體要求出發(fā)，結合人機工程學的方法較好的完成了新車型車身內(nèi)部布置。運用車身總布置工具對整車視野、室內(nèi)空間及操縱性如人體舒適性、風窗玻璃刮掃區(qū)域、A柱障礙角及儀表視野等進行了校核并分析。最后，在實際工作過程中，學會運用人機工程學進行簡單的轎車內(nèi)部布置，對于人機工程設計、轎車內(nèi)部布置設計有一定的指導意義。
1.4 本章小結
本章對車身內(nèi)部布置設計方法及內(nèi)容、人體工程學在轎車車身內(nèi)部布置的應用作了簡要的敘述，最后對本課題的主要內(nèi)容和意義做了闡述。
第2章 基于人機工程學的轎車車身內(nèi)部布置工具
在轎車設計中，車身內(nèi)部布置應當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。為了達到以上性能，SAE、ISO等設計標準定義了轎車駕駛員的眼睛、頭部、肢體上與車身布置有關的人體特征點。駕駛員以正常駕駛姿勢入座后，測取人體特征點，經(jīng)統(tǒng)計處理后，便可得到各種百分位身材男女駕駛員的人體特征點分布圖形。這些圖形稱為車身內(nèi)部布置設計工具。它們包括眼橢圓、頭廓包絡線（面）、手伸及界面等。除人體模型外，其他設計工具都是駕駛員人體特征點(轎車駕駛員的眼睛、頭部、胯部上一些與車身設計有關的特殊點)在車身坐標系中的分布圖形，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線（面）。
2.1 人體模型
以人體參數(shù)為基礎建立的人體模型是描述人體形態(tài)特征和力學特征的有效工具，是研究、分析、評價、人機系統(tǒng)不可缺少的輔助手段。用于車身設計的H點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身高等級，分別為女子第5百分位，男子第5百分位(相當于女子第50百分位)，男子第50百分位(相當于女子第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入座后，他們的眼睛位置在車身坐標系中的統(tǒng)計分布圖形。由于統(tǒng)計分布圖形呈橢圓狀，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的視野原點基準。眼橢圓的中心位置、長短軸的長度和方向，與車輛類型、SgRP（H）點位置、座椅水平調(diào)節(jié)量、駕駛員比例都有關系，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
眼橢圓在車身坐標系下按以下方式定位：
函數(shù)關系表達式：
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)的X方向上的距離；
W20：座椅中心平面的Y坐標；
H30 ：SgRP與AHP(踵點)在z方向上的高度差；
t：變速器類型(1：手動、有離合器踏板；O：自動、沒有離合器踏板)。
側視圖中與眼橢圓中心坐標布置相關的因素見圖2-5：
圖2-5側視圖中與眼橢圓中心坐標布置相關的因素
眼橢圓的應用
眼橢圓是轎車視野設計的基礎，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計為例，進一步說明應用眼橢圓進行視野設計的原理。如圖2-6若要駕駛員前下視野不被發(fā)動機罩、前風窗下邊緣、儀表板上邊緣或轉向盤上緣所阻擋，并能看到車頭前方一定距離d以外的路面，通常的做法是：在側視圖上，從地面上距離車頭d處的一點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)動機罩、前風窗下邊緣、儀表板上邊緣和轉向盤上緣都在切線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)，可進行如下視野設計內(nèi)容：內(nèi)外視鏡布置，駕駛員前方視野的設計和校核，車身A、B、C柱盲區(qū)的計算，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 利用眼橢圓進行駕駛員前方視野設計的原理
本畢業(yè)設計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線（面）
平均頭廓線是由美國工程師協(xié)會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，在車身坐標系中的位置統(tǒng)計而得出的兩條圓?。▊纫晥D、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中的坐標軸X、Y、Z是頭廓線的自身坐標系，眼橢圓樣板上的自身坐標系與頭廓線樣板上的自身坐標系是同一坐標系。這是因為頭廓包絡線是以眼橢圓為軌跡而形成。
頭廓包絡線是指不同百分位的駕駛員和乘員在乘坐狀態(tài)下頭廓的包絡線。將頭廓線樣板上的眼點沿著眼橢圓樣板上的上半部眼橢圓運動，并保持兩樣板上的自身坐標系平行，描繪出頭廓線運動時的包絡線便是頭廓包絡線（圖2－8）。頭廓包絡線分為兩種形式一種為座椅可調(diào)節(jié)式的頭廓包絡線，另一種為座椅不可調(diào)節(jié)式的頭廓包絡線。前者適合駕駛員的頭部位置和頭頂空間的設計，后者適合于后排乘員的頭部位置和頭頂空間的設計。
圖2－8側視圖中頭廓包絡線與眼橢圓的關系
考慮三維空間時，當將頭廓線樣板上的眼點沿著眼橢球運動，描繪出頭廓線運動時的包絡線便形成了三維頭廓包絡面。考慮到駕駛員隨轎車的振動，推薦頭廓包絡線形成的面以頭廓包絡面中心為基準向車外偏23毫米，駕駛員頭廓包絡面形狀確定可表2-2示：
表2-2三維駕駛員頭廓包絡面數(shù)據(jù)
三維頭廓包絡面按如下方式定位：
（1） 首先按照前述步驟確定眼橢圓中心，按表2-3對頭廓包絡面進行初步定位：
表2-3三維駕駛員頭廓包絡面中心與眼橢圓關系
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??；L6方向盤中心到PRP(踩點)的X方向上的距離；W20座椅中心平面的Y坐標；H30 SgRP與AHP(踵點)在z方向上的高度差；t變速器類型(1：手動、有離合器踏板；0：自動、沒有離合器踏板)。頭廓包絡線主要用于確定駕駛員和乘員的頭部空間，以便校核或設計頂蓋高度和寬度。SAE為此定義了兩個關鍵尺寸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)驗值15～25mm）以及頂蓋造型，就可以由外向至內(nèi)的確定H點高度，也可以進行由內(nèi)至外的頂蓋高度設計。
頭廓包絡線側視圖 頭廓包絡線后視圖
不可調(diào)節(jié)座椅
頭廓包絡面?zhèn)纫晥D 頭廓包絡面后視圖
可調(diào)節(jié)座椅
圖2－9頭廓包絡線與頭廓包絡面
本設計采用可調(diào)節(jié)座椅，頭廓包絡線中心定位尺寸為：
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
本章詳細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、定位及應用，主要有人體模型、眼橢圓、頭廓包絡線等。對于轎車舒適性檢驗、車身內(nèi)部空間的設計與校核、駕駛室內(nèi)操縱件的布置、視野設計與校核等都要借助于這些設計工具來進行。
第3章 車身內(nèi)部布置方法的應用
3.1 轎車車身內(nèi)部總布置設計過程
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)，以滿足相關的各項性能及法規(guī)要求，并協(xié)調(diào)各種性能指標之間的矛盾，實現(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，對其進行方案布置優(yōu)化的設計過程。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。它涉及到人機工程學、統(tǒng)計學等學科，體現(xiàn)的“以人為中心”的人-機-環(huán)境和諧的設計思想。
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)的結構特點，對競爭車
型相關數(shù)據(jù)進行三坐標測量、總結和歸納，初步確定所設計車型與人機相關數(shù)據(jù)的目標值。
2、根據(jù)已搭建的底盤平臺、地板、前隔板和通風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、運用踏板組和地板的相對關系，確定踵點的位置；進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點位置及座椅調(diào)節(jié)行程（上下和前后）、靠背角等相關尺寸。
5、根據(jù)SgRP點位置調(diào)用頭廓包絡線及眼橢圓，結合內(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 風窗的傾角；調(diào)出手伸及界面等設計布置工具設計儀表盤的斷面形狀、儀表盤平面角度及操縱件的布置。
6、針對以上布置進行綜合分析、協(xié)調(diào)和優(yōu)化，驗證是否滿足已設定的目標值和布置的合理性。
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。本設計采用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)，確定出踵點的位置。方法是運用以加速踏板中心為圓點，以203mm為半徑的圓與地毯上表面的交點即為踵點。注意確定踵點時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為布置基準，將人體駕駛姿勢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范圍和角度關系。
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點位置及座椅調(diào)節(jié)行程（上下和前后）、靠背角等相關尺寸，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計界限。
5、比較百分位人體布置的各關系角度變化和坐姿位置變化情況，由此確定各H點位置和座椅調(diào)節(jié)行程是否合適。
6、分析在加速踏板的全程運動中，人體姿勢的變化情況。
7、畫出百分位人體布置的腿部輪廓線，供設計伸腿空間用。
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。人機工程學推薦后視鏡在水平方向的位置應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，上述角度可以適當減小。對于左后視鏡，一般推薦鏡中心與左眼點連線(或左眼橢圓切線)與駕駛員直前視線的夾角不大于55°。一般駕駛員對右后視鏡的觀察次數(shù)遠少于左后視鏡，可以允許駕駛員偶爾強制轉動眼睛和頭部來觀察右側后視鏡。故本設計考慮到駕駛員的疲勞問題，選取鏡中心與左眼點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)驗數(shù)據(jù)：15°～30°）、
方向盤下緣與座椅上表面距離（（經(jīng)驗數(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等標準求作，本設計方向盤平面與水平面的夾角為22°。
儀表盤布置方法和經(jīng)驗數(shù)據(jù)總結如下：
(1)、儀表盤的中心點確定：將方向盤中心和眼橢圓中心點連線，按標準視距推薦值（最佳視距550mm、最大視距711 mm）確定。注意儀表盤的中心點和眼橢圓中心點的連線與水平線的夾角應該在30°范圍內(nèi)?？紤]駕駛員能夠清晰的看見儀表的指示信號，本設計方向盤中心和眼橢圓中心點連線距離為700mm，儀表盤的中心點和眼橢圓中心點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連線與儀表盤平面的夾角應在90°±10°范圍內(nèi)，儀表盤平面與水平面夾角應在60°～75°范圍內(nèi)。選取方向盤中心和眼橢圓中心點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 轎車車身設計硬點及應用
4.1 設計硬點的意義
設計硬點是總布置設計過程中，為保證零部件之間的協(xié)調(diào)和裝配關系，及造型風格要求所確定的控制點(或坐標)，控制線，控制面及控制結構的總稱,俗稱設計硬點，轎車車身總布置實際上是確定車身各部分之間的硬點關系，硬點是轎車零部件設計和選型，附件設計及車身設計的最重要的各項目組公共認可的尺度和設計原則。這是使項目組分而不亂，并行設計的重要方法。一般確定后不要輕易調(diào)整，如需調(diào)整設計硬點，需得到所有子項目組認可或協(xié)商.常用的設計硬點包括整車尺寸參數(shù)如輪距、軸距；底盤及零和控制點等等。轎車車身內(nèi)部的各種硬點之間的約束數(shù)目眾多，關系復雜，評價指標模糊。其中很多硬點的確定是依靠設計者的經(jīng)驗而確定。因此在設計一種車型時，硬點尺寸對于設計有很大的幫助意義。
車身硬點的代號、定義、測量方法：
代號采用大寫英文字母+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點長度位置和行程TH—H點高度位置和行程
1-99：內(nèi)部空間尺寸
100-199：外部空間尺寸
4.2 人體姿態(tài)舒適性相關的主要硬點的確定
SgRP：座椅參考點，是指座椅上的一個設計參考點，它是座椅制造廠規(guī)定的設計基準點。它表征當?shù)?5百分位的人體模型按規(guī)定擺放在座椅上時（按規(guī)定的靠背角、座椅的最后、最下位置），實際H點應與座椅參考點重合；在SAE中對應L31、W20和H70三個硬點尺寸。
實際H點：是指當H點三維人體模型按規(guī)定步驟安放在轎車座椅中時，人體模型上左右H點標記連接線的中點，可以比較真實地模擬出駕駛員以正常駕駛姿勢入座后的實際的H點位置。
設計H點：是指在轎車總布置時的設計基準點，表示的是第95百分位的男子人體模型在最后位置時的胯點，最前設計H點表示的是第5百分位的女子人體模型在最前位置時的胯點。由最前和最后設計H點便可以求得座椅的水平行程和垂直升程
D點：臀部輪廓的最低點；
BOF：在側視圖上，過AHP點作人體樣板鞋底的切線，在該切線上離AHP點203mm的點；
AHP：加速踏板踵點，是指加速踏板未壓縮時，人體模型的踵點在被壓塌的地板覆蓋件上的點。
AFP：加速踏板平面；
PHP：乘客踵點；
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舒適駕駛姿勢下的人體生理角度范圍
由于駕駛員舒適駕駛姿勢隨車型的不同而變化，各自選擇舒適姿勢下的關節(jié)角度有較大的差別。對于轎車靠背角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°。
本設計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尺寸
人體乘坐空間硬點主要包括：H30、H31、H61、H63、H5、H10、L53、L50、L3、L34、L51，表4-1是應用人機工程學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（長度方向）單位：mm
考慮駕駛室空間要盡可能寬敞，本設計主要硬點尺寸取值：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
整車總布置主要硬點（如圖4-2）是車身總布置的前提條件和重要參數(shù)：
DECK POINT：指尾箱蓋和后擋風玻璃內(nèi)表面連接處在Y零平面處最高點；
COWL POINT：是指在Y零平面處，發(fā)動機罩和擋風玻璃內(nèi)表面連接處最高點；
L126：在Y零平面上，從COWL點到最前端的縱向距離（不含保險杠及裝飾件）；
L123：從COWL點到DECK點的縱向距離；
L129：在車輛的Y零平面上，從COWL點到最后端點的縱向距離；
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)動機前置前輪驅動轎車的C值為0.62～0.66，發(fā)動機后置后輪驅動轎車的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，另一方面應保證能布置下發(fā)動機、車架、懸架、轉向系和車輪等。轎車總寬W103與車輛總長L103之間有下述近似關系：W103＝(L103／3)＋(195±60)mm。后座乘三人的轎車，W103不應小于1410mm。室內(nèi)長度與軸距之間存在下述近似關系：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系：室內(nèi)寬度＝（3／4)×全寬＋(100±80)mm。
在進行寬度方向布置設計時，用到整車寬度方向的硬點包括W3、W4、W5、W6、W101、W102、W103。表4-2為不同風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（寬度方向）
本設計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必須在總布置草圖中給出：
圖4-3車身布置硬點示意圖
表4-3車身布置主要硬點
4.5 本章小結
本章重點論述了轎車車身內(nèi)部布置的過程、方法以及總布置應考慮的問題。并給出了車身硬點的概念，結合具體車型實例總結了車身硬點的分布范圍和尺寸范圍?？傊?，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。通過對幾款同型車的總布置數(shù)據(jù)硬點分析，運用車身總布置工具討論了人機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系，對人體尺寸，人體舒適駕駛姿勢與布置，駕駛員眼橢圓及其在車身總布置設計中的應用如風窗玻璃刮掃區(qū)域、A柱障礙角及儀表視野等做了具體分析和設計方法的總結，對于新車型設計具有重要的指導意義。
結 論
轎車車身內(nèi)部布置設計是經(jīng)驗和原理方法的結合。車身內(nèi)部布置是在考慮整車形式、車身與底盤的關系、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”的設計思想，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，要盡量減小整車質量，減小外形尺寸，增大內(nèi)室空間。同時還要考慮各個總成的協(xié)調(diào)關系。因此，轎車車身內(nèi)部布置可以理解為是一個在滿足一定約束條件下，對內(nèi)部部件進行布置優(yōu)化的方案設計過程，它涉及到人機工程學、統(tǒng)計學等學科，體現(xiàn)的是“以人為中心”的人-機-環(huán)境和諧的設計思想。
本文運用車身內(nèi)部布置設計的方法，詳細的闡述了車身內(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的水平距離。建立起理論的基石，更好的理解設計方法的原理。
本文利用基于車身內(nèi)部布置工具，結合各種車型的有關布置數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，運用具體數(shù)據(jù)詳細地對車身內(nèi)部布置進行了探討。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一步改進?？偨Y如下：轎車車身內(nèi)部布置是一個實踐過程，需要在總布置實驗室和借助先進的工具反復協(xié)調(diào)，而不是僅僅在計算機上就可以完成的；另外，車身內(nèi)部布置方法還需要進一步深入，吸收及應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，同時也感到壓力很大，在幾年的學習過程中，深深體會到在知識爆炸的年代，知識的無邊無際。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和幫助，他們就像舵手一樣，指導我在知識的海洋中向著指定的目標前進。從開題到大綱的編寫，最后到作圖和每一個部分的撰寫，每個部分都是在老師們的精心指導和幫助下完成的，沒有他們的諄諄教誨和嚴格的要求，我不可能順利地完成畢業(yè)設計，他們治學嚴謹，工作認真、勤奮，對學生誨人不倦，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習來報答恩師。
感謝所有關心、支持和幫助我的老師和同學們！
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