整车总布置设计-连载3:H点设计、人机布置分析

H点设计、人机布置分析

汽车H点是与操作方便性及坐姿舒适性相关的车内尺寸的基准点，驾驶员以正常姿势入座后，其体重的大部分通过臀部由座椅和坐垫制成，一部分通过脚作用于汽车地板上。

在汽车的这种特定的约束坐姿下，驾驶员在操作时省去上部的活动必然是绕通过H点的转动。并且H点是确定眼椭圆的基准点，汽车H点还影响驾驶员的手控界面，并且是许多法规项目的基准，也是汽车部分操作性和舒适性设计的基准，所以正确的确立H点对整车设计十分重要。

1. H点设计

1.1.1 与H点设计相关尺寸：

1. H点
2. H点高度（H30）
3. 方向盘直径（W9）
4. 加速器跟点（AHP）
5. 座椅参考点（SgRP）
6. 汽车的分类

A类车辆——H点高度（H30）小于405mm，方向盘直径（W9）小于450mm。 此类汽车包括乘用车、多用乘用车和轻型客车。

B类车辆——H点高度（H30）在405mm和530mm之间，方向盘直径（W9）在450mm和560mm之间。此类车辆包括中型、重型卡车和公共汽车。

1.1.3 H点的设定

1.1.3.1 初选汽车H点的高度

根据经验初定一个H点的高度。

初定H点方法

⑴ 首先建立整车坐标系，通常情况下，X与车身纵向相同的水平面，0点为前轮中心从车头到车尾方向为X轴正向；Y与X水平垂直，通常选择车身下横梁比较平整的面，Y向O面为车身对称中心面，向右为正，向左为负；Z向垂直于XY面，向上为正，向下为负。

⑵ 确定前轮心的X值和Z值。前轮心基本与X方向0点坐标一致，Z向可近似于Z轴0点一致。

⑶ 确定防火墙的位置。轮心确定后，需按车型定义选择相应的轮胎型号，得出轮胎半径，通常情况下，前置前驱的车型，防火墙位置在前轮后部相切的位置，前置后驱车型应考虑发动机纵置占用的空间和变速器占用的空间，这样既可估算出防火墙的位置。此外，车辆的级别和动力总成大小，以及动力总成布置形式位置对防火墙的确定都有一定的影响，这些因素在设计时应充分考虑。

1.1.3.4 踵点基准点的确定

防火墙位置确定、轮胎大小确，在这两项基础上基本就可以大概确定踵点和加速踏板的位置。

1.1.3.5 H30的确定

H30为驾驶员踵点到H点的高度，H30需根具车辆种类的不同确定，主要有轿车类、SUV类、跑车类，跑车H30值较小，SUV较大，轿车类在跑车和SUV之间。

1.1.3.6 确定踏平面角θ

踏板平面和水平地板面的夹角，是人体模型几何的一个函数——95百分点腿部联结和87

°足部角，H点在95百分点，选择座椅位置曲线在规定H点高度（H30）上。踏板平面角θ由以下方程确定：

θ＝78.96－0.15z－0.0173z2 方程１

足点——在足点与人体模型鞋子底部相切的直线上一点，距离加速器跟点203mm

踏板平面——在侧视方向为一条与加速器踏板相切的直线，并表现了二维人体模型的鞋子的底部。

1.1.4 A类车辆的定位程序

A类车辆布置工具参考线——二维侧视曲线，定义水平参考点作为H点高度的函数到哪个驾驶员工作空间布置工具可以在汽车内定位。线适当的参考工作空间来布置男女比例为1：1的驾驶员人群。参考线可以由以下方程确定：

X＝793.7＋0.903387z－0.00225518z2 方程２

在此：

x是水平参考位置，以mm为单位，在布置球和足部参考之后；z是H点高度，以mm为单位，在布置脚跟参考点（H30）的上方。

百分点选择座椅位置曲线——一条二维的侧视曲线，表示了在足点参考后的驾驶员选择座椅位置作为汽车H点高度的一个函数，适合95百分点布置。曲线可以由以下方程确定：

x95＝913.7＋0.672316z－0.0019553z2 方程３

在此：

x是足点后95百分点H点的位置，单位为mm，z是加速器跟点上（H30）上H点的高度，单

位为mm。

1.1.５ Ｈ点的设计经验数据供参考

H点位置

　　　轿车 车中心至H点

　　　紧凑型轿车 315

　　　小轿车 335

　　　中型轿车 365

　　　大型轿车 380

1.1.６　H点的约束

H点并不是独立存在的一个点，H点与驾驶员踵点、方向盘中心点互相也有联系，这3个点相互联系有相互制约，主要关系到乘员的驾驶舒适性和前方视野。

1. 人机布置分析

人机布置分析包括驾驶员驾驶舒适性，驾驶操作性，后排乘员乘坐舒适性，乘员进出方便性、内部空间分析等等，

1.2.1 主要内部空间分析

包括：

　　肩部空间（W3）——通常情况下前排肩部空间由驾驶员坐垫宽度＋副驾驶坐垫宽度＋副仪表台（乘员部分）宽度＋２＊（１１０－１３０）ｍｍ。坐垫的宽度和副仪表台的宽度按整车定义确定，同时参考整车宽度确定此值。主要按车型级别确定适合的尺寸，例如Ａ级车此类宽度较小，依次类推Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ等车型尺寸不同程度增加。此后排肩部宽度与前排定义基本相同。

　　臀部空间（W5）——通常情况下前排肩部空间由驾驶员坐垫宽度＋副驾驶坐垫宽度＋副仪表台（乘员部分）宽度＋２＊６０ｍｍ。坐垫的宽度和副仪表台的宽度按整车定义确定，同时参考整车宽度确定此值。主要按车型级别确定适合的尺寸，例如Ａ级车此类宽度较小，依次类推Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ等车型尺寸不同程度增加。此后排肩部宽度与前排定义基本相同。一些较特殊的设计，后排乘员布置在两轮中间，则臀部空间为白车身轮罩距离减去内饰厚度。

头部空间（H61）——Ｈ点到顶棚内饰距离（与竖直面８ｄｅｇ夹角）＋２５４ｍｍ。

轿 车

头部空间

紧凑型轿车

920-1000

小型轿车

950

中型轿车

960

大型轿车

970

　　进入高度-前：从前H点X平面至H点位置上方装饰车身开启处的垂直尺寸。

　　进入高度-后：从后H点至H点前方330mm的一个截面上部装饰车身开启处的垂直尺寸。

图１　进入高度

　　·进入高度-前：770-800mm

　　·进入高度-后：760-810mm

　　·出口高度-后：710-780mm

头部侧向空间（W27、W35）——根据车型不同具体确定，通常情况下Ｗ２７大于５０ｍｍ。

前后乘员H点距离（L50）——要考虑座椅靠背空间与后排乘员的乘坐姿态，通常情况下小型车。　　　　此参数较小，尺寸大的车较大，也有个别特苏车型，主要一产品定义为主要设计参考。

1. 视野分析

　　⑴　仪表眩目：仪表发光点不能通过风挡玻璃反射在９９％眼椭圆＋４０ｍｍ的区域内。

　　⑵　车门玻璃眩目：车内发光点不能通过车门玻璃反射在９９％眼椭圆＋４０ｍｍ的区域内

⑶　前方视野：能看到前方１２ｍ远处５ｍ高的路示牌；同常情况下可以看到前方８－９米处的地面。

⑷　仪表视野舒适性：仪表位于驾驶员视野舒适区域内

图２　人眼视线舒适区域

1. 操作性分析

ＣＤ操作、空调面板操作、四门控制操作、仪表台按钮操作、变速器换档杆操作、驻车制动操作、头上部操作区、下部控制操作区、发动机盖操作区、后背箱盖操作区等。

⑴　其中ＣＤ操作、空调面板操作、四门控制操作、仪表台按钮操作根据ＳＡＥＪ２８７文件制作手控保络线。

⑵　变速器换档手柄操作区

图３　变速器换档手柄舒适区

⑶　前车门操作区

图４　前门操作舒适区

⑷　后门操作区

图５　后门操作舒适区

⑸　下部操作区域

图６　坐垫下方随座椅移动控制器的手控界线

图７　坐垫下方安装在车门或地板上而且不随座椅移动控制器的手控界线

（６）　发动机盖开启操作区域

图８　发动机盖开启

⑺　后背箱盖开启操作区域

图９　后背箱盖开启

⑻　侧门开启操作区域

图１０　侧门开启角度

⑼　头上部控制区域

图１１　头部上部手控舒适区

1. 舒适性分析

　　⑴　座椅舒适性分析，主要包括座椅的坐垫深度（４８０－５５０ｍｍ），坐垫宽度（３５０－５５０ｍｍ），座椅靠背角度（设计值２０－２７ｄｅｇ），坐垫压缩量（２０－４０ｍｍ），靠垫压缩量（１０－２５ｍｍ）　

　　座椅划轨行程：

　　　　　　　　　　轿车 座椅调节轨距(mm)

　　　　　　　　　　微型轿车 160-180

　　　　　　　　　　小轿车 180-200

　　　　　　　　　　中型轿车 200

　　　　　　　　　　大型轿车 ≥200

⑵　　人体坐姿。

图１２　人机角度示意图

　　　—95%美国男性

　　　—5%美国女性

舒适角度 最佳角度

H: 胯点 20°＜A1＜30° 25°

G: 膝关节 95°＜A2＜110° 95°

CH:踝关节 95°＜A3＜135° 125°

E:肩部点 85°＜A4＜110° 87°

C:肘关节 25°＜A5＜60°

P:腕关节 80°＜A6＜165°

M:指关节 170°＜A7＜190°

⑵　俯首舒适区域

图１３　外俯首舒适区域

图１４　内扶手舒适区域

通常情况下内扶手高度可低于外扶手高度２５ｍｍ。