基于標(biāo)準(zhǔn)的車輛人機(jī)工程設(shè)計工具

1、第三章基于標(biāo)準(zhǔn)的車輛人機(jī)工程設(shè)計工具3.1 基于H點的車輛車內(nèi)空間設(shè)計 點裝置、功能和應(yīng)用駕駛員H點位置曲線3.1.3 A類車SAE H點位置曲線3.1.4 B類車SAE H點位置曲線3.2 眼橢圓駕駛員眼橢圓汽車前后視野及要求人眼視區(qū)3.2.4 A類車、B類車眼橢圓應(yīng)用3.3 頭廓包絡(luò)概述類車、B類車頭廓包絡(luò)頭廓包絡(luò)的應(yīng)用3.4駕駛員膝部、胃部包絡(luò)線 3.4.1 駕駛員膝部包絡(luò)線的生成、定位 3.4.2 駕駛員胃部包絡(luò)線的生成、定位思考題3.1 基于H點的車輛車內(nèi)空間設(shè)計 H點裝置、功能和應(yīng)用1H點H點裝置(H Point Device)是車身布置和測量的重要工具，對于進(jìn)行駕駛室人機(jī)工程學(xué)設(shè)

2、計和參數(shù)測量、輔助進(jìn)行駕駛室內(nèi)部基準(zhǔn)點的定位具有重要意義。H點裝置包括H點測量裝置(H-Point Machine，HPM)和H點設(shè)計工具(H-Point Design Tool，HPD)。 H點測量裝置是SAE定義的用于建立和測量汽車關(guān)鍵基準(zhǔn)點和尺寸的物理裝置，在美國、歐洲和日本等汽車發(fā)達(dá)國家得到了廣泛應(yīng)用。HPM-型H點測量裝置由鞋、小腿、大腿、座板和軀干組成，各部分均可以拆卸，如圖3-1所示。此外，還包括鞋固定裝置和頭部空間測量裝置兩個附件。H點測量裝置的主要尺寸如圖3-2所示。 圖3-1 HPM-型H點測量裝置圖1-鞋；2-鞋固定裝置；3-小腿；4-大腿；5-座板；6-可拆卸重塊；7-

3、頭部空間測量裝置；8-軀干圖3-2 H點測量裝置的主要尺寸駕駛員H點的布置定位。 為了使不同身材的駕駛員都獲得良好的視野和操作性能，轉(zhuǎn)向盤、操作踏板和座椅在理論上都可以設(shè)計成固定的或可調(diào)節(jié)的。例如固定H點調(diào)節(jié)加速踏板和轉(zhuǎn)向盤；固定轉(zhuǎn)向盤的抓握點調(diào)節(jié)、加速踏板和座椅；固定視點調(diào)節(jié)加速踏板、轉(zhuǎn)向盤和座椅；固定加速踏板調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤和座椅。但從設(shè)計、加工和使用的情況來看，固定操作踏板的同時輔以轉(zhuǎn)向盤可調(diào)是最理想的方式。因此，在SAE J1517 Driver Selected Seat Position標(biāo)準(zhǔn)中則以加速踏板和地板面為基準(zhǔn)給出了駕駛員H點的坐標(biāo)曲線，如圖3-3所定義的x、z值。圖3-3 駕駛

4、員H點曲線的坐標(biāo)定義 H點是H點裝置上軀干與大腿的鉸接點。在不同場合，其表現(xiàn)形式也不同。 (1)設(shè)計H點：是借助HPD按一定程序建立的H點，用以表達(dá)設(shè)計乘坐位置。 (2)乘坐基準(zhǔn)點(Seating Reference Point，SgRP，歐洲和國標(biāo)稱為R點)：對于指定乘坐位置而言是一個特殊的設(shè)計H點。它具有以下特點：它是在車輛設(shè)計過程初期就定義的重要基準(zhǔn)點；雖然行程可調(diào)節(jié)座椅在其H點調(diào)節(jié)軌跡上有許多設(shè)計H點，但只有唯一一點定義為SgRP；駕駛員SgRP很重要，它用于定位一些布置工具，且用來定義了許多關(guān)鍵尺寸。(3)實際H點：是將HPM按規(guī)定步驟安放在座椅上時，所測得的H點位置(相對于整車坐標(biāo)

5、系，或者相對于座椅結(jié)構(gòu))。2. H點裝置的功能與應(yīng)用（1）H點裝置的測量功能當(dāng)H點裝置用于測量用途時，能夠?qū)⒆魏蛙噧?nèi)硬點和硬點尺寸測量出來。按照測量的用途區(qū)分，可分成方案對比分析、方案審核以及定位內(nèi)部基準(zhǔn)點3種情況。在概念設(shè)計初期，H點裝置常被用來測量其他廠商車型的布置參數(shù)，以獲得其設(shè)計意圖，并對不同車型的參數(shù)進(jìn)行對比分析，稱為對標(biāo)分析(Benchmarking)。當(dāng)樣車制造出來后，通過對樣車上H點和內(nèi)部尺寸的測量可以審核樣車的制造和裝配精度是否達(dá)到了設(shè)計方案的要求。H點裝置所測得的基準(zhǔn)點位置還為其他測量和試驗提供了位置基準(zhǔn)。例如：在進(jìn)行整車碰撞實驗時需要將碰撞假人安放在座椅的合適位置(Sg

6、RP處），這個位置就是用H點裝置測得的。因此，H點裝置對于進(jìn)行駕駛室人機(jī)工程學(xué)設(shè)計和參數(shù)測量、輔助進(jìn)行駕駛室內(nèi)部基準(zhǔn)點的定位具有重要意義。當(dāng)測量與SgRP位置有關(guān)的尺寸時，也需要借助H點裝置來將SgRP的位置標(biāo)記出來。如果HPM與HPD配合使用，則更方便對測量數(shù)據(jù)的處理。單純測量座椅參數(shù)(SgRP位置、A40、A27和L81-1)時，可不必安裝HPM的大腿部、小腿部和鞋。（2）H點裝置的設(shè)計功能在方案設(shè)計中，用H點裝置來建立室內(nèi)人機(jī)工程學(xué)基本布置方案所涉及的關(guān)鍵基準(zhǔn)點和尺寸，這些關(guān)鍵基準(zhǔn)點和尺寸稱為硬點和硬點尺寸。例如：對于兩排座轎車，可建立的硬點和硬點尺寸見表3.1.表3.1 利用H點裝置建

7、立的硬點和硬點尺寸（3）利用H點裝置進(jìn)行駕駛員乘坐環(huán)境參數(shù)對標(biāo)在開發(fā)新車型時，由于缺乏經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，有時無法給出某些關(guān)鍵參數(shù)值。在這種情況下，常常借助對市場上的競爭車型進(jìn)行對標(biāo)分析來獲得參考值，亦即獲得對方的設(shè)計意圖。將HPM(HPD)和三坐標(biāo)測量設(shè)備(Coordination Measurement Machine，CMM)配合使用，就可以對競爭車型上關(guān)鍵的參考元素進(jìn)行測量，以進(jìn)行對標(biāo)分析。在此基礎(chǔ)上就可以建立新車型的關(guān)鍵基準(zhǔn)點和尺寸。這里講述利用HPM(結(jié)合HPD)進(jìn)行駕駛員乘坐環(huán)境參數(shù)對標(biāo)分析的方法。駕駛員H點位置曲線節(jié)H點位置曲線在后面均涉及，此節(jié)單獨講解內(nèi)容少，是否可以與后邊的小節(jié)合并

8、H點布置方案與駕駛員乘坐舒適性、上肢和下肢的操作空間、視野性和頭部空間以及乘員的乘坐空間等人機(jī)關(guān)系密切相關(guān)，是室內(nèi)布置的重要內(nèi)容。3.1.3 A類車SAE H點位置曲線SAE標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)駕駛員空間尺寸的差異將汽車分為A、B兩個大類：A類汽車主要是指乘用車，如轎車、旅行車、MPV和輕型貨車； B類汽車主要是指商用車，如中、重型貨車和大客車。對于A類車，x方向的定位基準(zhǔn)點位于BOF，z方向的定位基準(zhǔn)點是AHP，如圖3-4所示。SAEJl517中的適意H點位置曲線是根據(jù)美國20世紀(jì)60年代的駕駛員人體和實驗數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計分析之后生成的。統(tǒng)計時，A類車的駕駛員男女比例為1：1；B類車的男女比例分成90：10、

9、75：25和50：50這3個檔位。A類車的H點位置曲線模型為 （3.1）式中，x為H點到BOF的水平距離，mm；z為H點到AHP的垂直距離，mm。圖3-4 A類車SAEJI517中的適宜H點位置曲線3.1.4 B類車SAE H點位置曲線B類車的H點位置曲線，要考慮駕駛員群體中男性和女性所占的比重。3種情況下的適意線方程列于表57中。表中，x為H點到AHP的水平距離，mm z為H點到AHP的垂直距離，mm?？蛙囻{駛區(qū)的布置設(shè)計要用到B類車的H點曲線表達(dá)式，它在SAE J1517標(biāo)準(zhǔn)中給出。具體如下圖3-5所示關(guān)系：圖3-5 B類車SAE H點位置曲線考慮到客車駕駛員的實際情況，我們選取男女比例為

10、95：5的H點曲線來布置駕駛區(qū)。在SAE標(biāo)準(zhǔn)中，H點的高度范圍是405530mm。圖3-6是客車駕駛員H點的位置曲線，男女比例按95：5。從圖中可直接得出：駕駛椅的理論調(diào)節(jié)量是前后246mm，上下125mm。如果考慮放寬余量，要將所有百分位的H點曲線包含起來，可取前后260mm，上下150mm，則以50H點曲線的中點做出這個矩形ABCD，則我們能得出：駕駛椅H點安裝定位的最后點是距PRP點747mm，最下點是距地板面3925mm。圖3-6 客車的駕駛員H點位置曲線（男女比例按95:5）理論上，SgRP點應(yīng)定義在第95百分位曲線的中點，即圖1050中的理論SgRP點。但這樣的定位對于客車而言沒有

11、太大的使用價值。為了能定義一個明確的駕駛區(qū)與乘客區(qū)的邊界，我們需要的是駕駛員椅的最后位置：這就是圖中的線段AB，它距加速踏步上的PRP點747mm。那么駕駛椅的安裝定位就是以AB線為最后的位置來定位的，即圖3-6中的“工程SgRP點”。這取決于座墊與底座的相對運動關(guān)系：如果座椅墊相對于底座只能向后增大調(diào)節(jié)距離，那么駕駛椅是在最大調(diào)節(jié)量的狀態(tài)下安裝的；如果座椅墊相對于底座只能向前增大調(diào)節(jié)距離，那么駕駛椅是在最小調(diào)節(jié)量的狀態(tài)下安裝的。理論上的前后調(diào)節(jié)量260mm是偏大的，這是為了能覆蓋盡可能多的人群?？紤]到客車駕駛員的具體情況，在我國第5百分位的女性身高只有1484mm，見表3.2。如果限定客車駕

12、駛員的身高必須在1600mm以上，那么駕駛椅的前后調(diào)節(jié)量至少可降為理論值的一半，即130mm。再如，GB 18463-2001機(jī)動車駕駛員身體條件及其測評要求標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：駕駛大型客車、大型貨車、無軌電車者的身高必須大于等于1.55m，而此身高值則大約相當(dāng)于我國女性身高的第35百分位。表3.2 中國女性身高分布綜合這些因素，目前我國客車的駕駛椅調(diào)節(jié)量大約是前后200mm、上下180mm是合適的。以上是按SAE標(biāo)準(zhǔn)給定的H點方程來推斷的駕駛椅行程，我們可稱之為解析法。另一種方法是用標(biāo)準(zhǔn)人體模板來求得駕駛椅的工作行程，即作圖法。以作圖法來檢驗SAE解析法的結(jié)論。圖3-7所示是用中國第95百分位男性人

13、體圖3-7 中國第95百分位男性人體和第5百分位女性人體的駕駛區(qū)布置模板和第5百分位女性人體模板做出的四個極限位置的駕駛員坐姿。直觀的感覺是沒有一個坐姿是舒服的!踝關(guān)節(jié)角度太小，而且前后兩個極限位置的轉(zhuǎn)向盤調(diào)節(jié)量過大，這在轉(zhuǎn)向盤的結(jié)構(gòu)上是不能接受的。如果不調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤而整體移動踏板和駕駛員椅，這在乘客乘坐空間的布置上也是不能接受的。問題的關(guān)鍵是如何定義客車駕駛員的最舒服坐姿。乘用車駕駛員的舒服坐姿已研究得相當(dāng)成熟，而且也有很多參考資料可以利用。而客車在這方面的研究幾乎是空白?？蛙嚨鸟{駛姿勢同乘用車的駕駛姿勢有著很大的差別，這導(dǎo)致我們無法完全套用乘用車的結(jié)論。但有一點是共通的，即腳與加速踏板的作用

14、姿態(tài)決定了駕駛員的坐姿：最適宜的姿勢是右腳很自然地放在加速踏板上，即踝關(guān)節(jié)角度接近90。客車駕駛員的坐姿不同于乘用車駕駛員的最大特點是軀干后傾角小，大腿接近水平。圖3-8所示是用中國50人體H點樣板做出的乘用車駕駛員和大客車駕駛員最適宜坐姿，圖中各角度見表3.3。圖3-8 乘用車駕駛員和大客車駕駛員最適宜坐姿表3.3 乘用車駕駛員和大客車駕駛員最適宜坐姿的角度范圍因此，我們現(xiàn)在對大客車的加速踏板也有了明確的技術(shù)要求：在自由狀態(tài)下其踏板的安裝角度不能太大，相對于駕駛區(qū)地板的角度不能大于400。且根據(jù)人體踝關(guān)節(jié)的生理特點，踏板行程最好不大于200，以150為最佳。圖3-9是兩個安裝角較小的加速踏板

15、，圖3-10是采用圖3-9中的第二種踏板、按95百分位和女性1550mm身高兩種H點樣板做出的兩個極限駕駛員H點布置。圖3-9 兩種安裝角較小的加速踏板圖3-10 按95百分位男性和女性1550mm身高兩個極限的駕駛員H點布置至此，我們的最終結(jié)論是：a第95百分位男性的H點就是駕駛椅的最后位置，它距BOF點850mm。b身高1550mm女性的H點就是駕駛椅的最前位置，它距BOF點750mm。那么駕駛椅的調(diào)節(jié)行程是：前后方向：850mm一750mm=100mm。上下方向：485mm一433mm=52mm。對于客車駕駛區(qū)的設(shè)計，正確的做法是：a. 固化轉(zhuǎn)向盤及其管柱、加速踏板、制動踏板、離合這四件

16、為一組件，即操縱件模塊。b.做出駕駛員相對于該操縱件模塊的最后位置。為了增大乘客區(qū)尺寸，就是要盡可能地使操縱件模塊前移，這取決于造型曲線和刮水器的結(jié)構(gòu)型式，即其前面到底還有多大空間可用。3.2眼橢圓駕駛員眼橢圓在駕駛?cè)?車輛-環(huán)境系統(tǒng)中，人(駕駛?cè)?機(jī)(車和車外環(huán)境)界面的視覺鏈的優(yōu)化匹配，必須以駕駛?cè)说难劬ξ恢?稱為視點)為定位基準(zhǔn)。由于人的身材大小不同，不同的駕駛?cè)艘哉ｑ{駛姿態(tài)坐在駕駛座椅上，他們的眼睛位置顯然是不同的。運用統(tǒng)計的觀點和方法研究駕駛?cè)说囊朁c分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)車輛駕駛?cè)说囊朁c分布圖形是呈橢圓狀的，故稱為駕駛?cè)搜蹤E圓。如圖3-11眼橢圓示意圖。圖3-11 眼橢圓1-長軸軸線Ax2

17、-短軸軸線Ay 3-豎軸軸線Az1992年以前的SAE J941眼橢圓標(biāo)準(zhǔn)，是基于美國福特汽車公司Meldrum等人的研究成果。1963年，Meldrum等人在SAE的資助下，對駕駛?cè)搜劬ξ恢玫姆植歼M(jìn)行了試驗統(tǒng)計。方法是：讓美國各州及少數(shù)歐洲、亞洲和其他國家的2300多名駕駛?cè)?男女人數(shù)比例為1：1)分別坐在3輛靜止的敞篷車內(nèi)，將轉(zhuǎn)向盤和座椅按各自習(xí)慣調(diào)整到適宜位置，眼睛注視前方屏幕上播放的交通場景，并如同真正駕駛一樣操縱汽車，同時正前方和側(cè)面的兩架照相機(jī)同步拍攝下眼睛位置。圖3-12 為不同百分位人群的眼橢球視圖。圖3-12 不同百分位人群的眼橢球視圖汽車前后視野及要求汽車視野性能直接影響到

18、汽車的行駛安全性、乘坐舒適性及操縱方便性，是車身總布置設(shè)計中視野設(shè)計應(yīng)考慮的核心。汽車視野必須保證95 以上的駕駛員視野能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的要求。汽車視野設(shè)計內(nèi)容如圖3-13所示：1. 前方及內(nèi)外后視野設(shè)計要求 前方視野要求包括：保證駕駛員在交通路口的停車線內(nèi)能看到交通燈和其他交通標(biāo)志、前風(fēng)窗玻璃有足夠的透明區(qū)、對A立柱雙目障礙角的限制。 如圖3-13為汽車視野設(shè)計內(nèi)容圖。圖3-13 汽車視野設(shè)計內(nèi)容（1）前方垂直向上方向的上視野應(yīng)該滿足:駕駛員坐在車內(nèi)以正常駕駛姿勢能看見車前方12m處的，高為5 m的標(biāo)桿(紅綠燈高度)。其評價標(biāo)準(zhǔn)見表3.4。表3.4 前方視野評價從前風(fēng)擋上緣向眼橢圓作上、

19、下切線，一般上視角不得小于10°，下視角不得小于20°。在俯視圖上，由左右前立柱的邊緣向左右眼橢圓作切線，其夾角為水平視角，一般不小于73°。（2） 內(nèi)外后視野的法規(guī)要求 SAE的法規(guī)與GB規(guī)定大體是一致，國標(biāo)參見GB15084。SAE要求：內(nèi)視鏡后視野雙眼水平視野角不小于20°。視距不小60m,即垂直方向視角保證駕駛員能看見60m 處的交通狀況。外視鏡后視野法規(guī)要求雙眼水平視野角不小于10°，視距不小于l 0m，即:垂直方向視角保證駕駛員看見至少l0m處的交通狀況。人眼視區(qū)一切光學(xué)信息都要通過眼睛才能被人大腦所感知,視野是指人眼的可視范圍,一

20、般以角度表示。1. 眼睛和頭部都不轉(zhuǎn)動時的視區(qū)此時，視區(qū)可以分為以下三種：（1）單眼視區(qū)，是指只用左眼或右眼單獨觀察時所能看到的區(qū)域。（2）雙眼視區(qū)，是指用左、右眼同時觀察時兩眼都能看到的區(qū)域。（3）兩單眼視區(qū)，左、右眼單獨觀察到的兩個單眼視區(qū)的合成區(qū)。眼睛保持向前直視,眼球和頭部均不轉(zhuǎn)動時,單眼水平視區(qū)為1500其為直前視線一側(cè)90o、另一側(cè)的600區(qū)域。雙眼視區(qū)為1200，兩單眼視區(qū)為180o。見圖3-14。在垂直方向上雙眼視區(qū)為直前視線上方50o-55o，下方60o-70o。這樣便構(gòu)成了人眼視錐。錐頂視瞳孔距的中心，見圖3-15。圖3- 14 水平方向的視區(qū)圖3-15 垂直方向的視區(qū)2眼

21、睛和頭部都轉(zhuǎn)動時的視區(qū)駕駛員觀察周圍物體時，往往轉(zhuǎn)動眼球和頭部,以擴(kuò)大視區(qū)范圍。眼睛和頭部的轉(zhuǎn)動角度按轉(zhuǎn)動時，是否舒適分成自然轉(zhuǎn)動和勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動。在自然轉(zhuǎn)動時，眼睛和頭部均無不舒適感。在勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動時，眼睛和頭部會有不舒適感。其范圍如圖3-16、3-17所示。圖3-16 眼睛和頭部水平方向的轉(zhuǎn)動角圖3-17 眼睛和頭部垂直方向的轉(zhuǎn)動角 A類車、B類車眼橢圓應(yīng)用1A類車、行程可調(diào)節(jié)座椅眼橢圓（1）長軸長度Lx研究表明，駕駛?cè)搜劬ξ恢醚匮蹤E圓長軸方向(Ax方向)的分布與駕駛?cè)松砀叱尸F(xiàn)0.473的相關(guān)關(guān)系。即，若兩個駕駛?cè)松砀呦嗖?0 mm，則其眼睛位置在Ax方向相差4.73 mm。令變量X=0.473(S

22、SR)表示眼睛在Ax方向的位置，S代表身高，SR為參考身高。由于單一性別駕駛員群體的身高呈正態(tài)分布，則男子和女子的眼睛位置沿Ax方向各自呈正態(tài)分布，如圖3-18所示。圖3-18眼橢圓長軸的計算原理記M=0.473(SMSR)，F(xiàn)=0.473(SFSR)，M和F分別為目標(biāo)駕駛員群體男子和女子眼睛位置分布的均值，SF和SM分別為平均女子身高和平均男子身高，如圖3-18所示，CM和CF分別為男子、女子眼睛位置分布的上、下1P分位點，P為眼橢圓的百分位值。則駕駛員眼睛位置落在CF左邊的概率1-P為 （3.2）式中， PM為目標(biāo)駕駛員群體中男子出現(xiàn)的概率；表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)；SM 和SF分別為男子和女

23、子眼睛位置分布標(biāo)準(zhǔn)差，并且 （3.3）式中，M 和F分別為男、女駕駛員人身高分布的標(biāo)準(zhǔn)差。同理可得 （3.4）由于P為眼橢圓的百分位值，根據(jù)式(3.2)和式(3.4)可以計算CM和CF的值，眼橢圓的長度為 (3.5)（2）短軸長度Ly和長軸長度Lz。對于一定的駕駛?cè)巳后w，當(dāng)其坐在適宜駕駛位置時，其眼睛位置在汽車坐標(biāo)系3個方向上均呈正態(tài)分布。研究發(fā)現(xiàn)，眼橢圓的短軸和長軸長度基本上不受駕駛?cè)松砀吆筒贾脜?shù)的影響。因此，可以根據(jù)眼睛位置一維正態(tài)分布變量的標(biāo)準(zhǔn)差和眼橢圓百分位值P來計算Ly和Lz。 (3.6)式中，表示-1表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的反函數(shù)。眼橢圓的定位包括確定橢圓中心位置和傾角。影響眼橢圓

24、定位的布置參數(shù)包括：轉(zhuǎn)向盤在前后方向相對于加速踏板基準(zhǔn)點（PRP）的距離(L6)、座椅高度(H30)、變速類型(手動還是自動)和座椅升程(A19)等，如圖3-19所示。圖3-19 影響眼橢圓定位的分布參數(shù)a 俯視圖 b側(cè)視圖 c后視圖2002版SAE J941標(biāo)準(zhǔn)采用的是有關(guān)乘員眼睛位置分布規(guī)律最新的研究成果，其眼橢圓不再根據(jù)設(shè)計乘員軀干角度A40定位，而是認(rèn)為：轉(zhuǎn)向盤前后位置和座椅高度是影響眼橢圓中心位置的主要因素。新的定位方法采用了更多、更準(zhǔn)確的參數(shù)作為定位因子，提高了靈活性和準(zhǔn)確性。（3）橢圓傾角的計算眼橢圓的3個軸線相互垂直。軸線Ay方向平行干汽車坐標(biāo)系Y軸方向。對于A類車可調(diào)節(jié)座椅的

25、眼橢圓，長軸軸線Ax與水平面的夾角應(yīng)根據(jù)H點調(diào)節(jié)軌跡傾角A19計算，即 (3.7)（4）橢圓中心的計算橢圓中心的3個坐標(biāo)分量Xc、Yc（分別以Yc1和Ycr 代表左右眼橢圓中心Y坐標(biāo)）和Zc分別以PRP，Y零平面和過AHP的水平面為定位基準(zhǔn)，其計算公式如下： (3.8)式中，L6為轉(zhuǎn)向盤中心到加速踏板基準(zhǔn)點(PRP)的前后距離；H30為座椅高度；t為變速類型，當(dāng)有離合器踏板時t=1，否則t=0；CM和CF分別為男子和女子眼睛位置分布的上、下1P分位點；為側(cè)視圖眼橢圓傾角；W20位SgRP點在汽車坐標(biāo)系中y坐標(biāo)。（5）眼點視野時，需以眼橢圓輪廓上距離后視鏡最遠(yuǎn)的點作眼點，但找這個眼點比較麻煩。經(jīng)

26、過統(tǒng)計研究，SAE得出了方便某些場合使用的視原點，借助它們可方便地得到眼點。E點（眼點）代表眼睛位置，是視野設(shè)計過程中視線的出發(fā)點。眼點有兩個，分別為左右眼睛的位置，左右眼的距離為65mm。P點是駕駛員頭部水平轉(zhuǎn)動的中心點，與E點等高，位于左右眼點EL和ER連線中點后方98mm處，如圖5.25所示。其中，圖3-20（a）的頭部水平轉(zhuǎn)動角為零；圖3-20（b）中頭部繞P點水平轉(zhuǎn)動了角，新的眼點為和，SAE中只定義了A類車、裝備行程可調(diào)節(jié)座椅時的P點，對于B類車和固定座椅情況下沒有定義P點。P點采用相對于95th百分位中央眼橢圓中心的偏移量來定位，見表3.5，其中“+”號表示該值沿汽車坐標(biāo)軸系正方

27、向起作用。中央眼橢圓是大小和眼橢圓相同、其中心位于左右眼橢圓中心連線中點的輔助橢圓。圖3-20 眼點與p點的相對位置表3.5 p點相對于95th百分位中央眼橢圓中心的偏移量頭部轉(zhuǎn)動點P1和P2分別用來計算駕駛員左、右側(cè)A柱的雙目視野障礙角。頭部轉(zhuǎn)動點P4和P3分別用來計算駕駛員左、右側(cè)后視鏡的間接視野。2B類車眼橢圓尺寸和定位 B類車眼橢圓標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容自1987年以來一直沒有更新。眼橢圓尺寸見表3.6。B類車眼橢圓定位時以ATRP(Accommodation Tool Reference Point，駕駛室布置工具圖形定位基準(zhǔn)點)作為基準(zhǔn)點。由于在操作B類車的駕駛員中，隨具體車型的不同，駕駛員群

28、體中男女比例可能會有較大的差異，因此，眼橢圓定位時需要考慮駕駛員群體中男女比例。此外，在側(cè)視圖上，眼橢圓關(guān)于其中心有向前下方116o的轉(zhuǎn)角；在俯視圖上，左右眼橢圓關(guān)于其中心有向右側(cè)54o的轉(zhuǎn)角，如圖3-21所示。表3.6 B類車眼橢圓尺寸圖3-21 B類車眼橢圓有了ATRP點后，眼橢圓中心相對于ATRP的定位公式列于表3.7中。表中，X為橢圓中心相對于ATRP的水平距離(mm)；YL、YR分別為左、右眼橢圓中心相對于ATRP的側(cè)向距離(mm)；Z為圓中心相對于ATRP的垂直距離(mm)。d為軀干后傾角，也可認(rèn)為是座椅靠背角(0)。眼橢圓繞其中心旋轉(zhuǎn)：在俯視圖中向內(nèi)側(cè)偏5.40，側(cè)視圖中向前下偏

29、轉(zhuǎn)11.60。表3.7 眼橢圓中心相對于ATRP的定位公式客車中采用的男女比例取為90：10，此時也可用表3.8直接查出x、z與d的對應(yīng)值。表3.8 男女比例是90:10時X、Z與的對應(yīng)值圖3-22是采用男女比例為90：10時做出的客車駕駛員眼橢圓定位，ATRP是第50百分位的H點，取d=13。按表1019計算x、z值，圖中未畫出俯視圖的眼橢圓。圖3-22 男女比例為90:10時的客車駕駛員眼橢圓位置基于駕駛員眼橢圓的視野設(shè)計，視區(qū)和盲區(qū)的定義：如圖3-23所示，EL、ER為左、右眼點。圖3-23 視區(qū)與盲區(qū)的定義（1）單眼視區(qū)：只用左眼或右眼單獨觀察時所能看到的區(qū)域。（2）兩單眼視區(qū)：用左眼

30、或右眼單獨觀察到的兩個單眼視區(qū)的合成區(qū)域。（3）雙眼視區(qū)：用左、右眼同時觀察時都能看到的區(qū)域，即兩單眼視區(qū)的重疊區(qū)域。（4）直接視區(qū)：無需借助后視鏡而能直接看到的區(qū)域。（5）間接視區(qū)：借助后視鏡才能看到的區(qū)域。（6）單眼盲區(qū)：由左眼或右眼單獨觀察時，由于障礙物對視線的阻擋而形成的左眼或右眼看不到的區(qū)域。（7）雙眼盲區(qū)：左、右眼同時觀察時，由于障礙物對視線的阻擋而形成的兩眼都看不到的區(qū)域，即左、右單眼盲區(qū)的公共部分。汽車視野設(shè)計過程中，眼橢圓是理想的設(shè)計工具，但在實際應(yīng)用中其略顯復(fù)雜。因此在很多情況下用視點來代替眼橢圓，如在GB 15084-2006機(jī)動車輛后視鏡的性能和安裝要求標(biāo)準(zhǔn)中就定義了駕

31、駛員的左、右眼點OE、OD。圖3-24是分別采用眼橢圓和視點來標(biāo)記的駕駛員視角，按GB 15084-2006定義的視點其定位基準(zhǔn)是ATRP點。圖中a為上視角，為下視角，為左視角，為右視角。按GB15084-2006的規(guī)定，不能大于55。，從圖中可以看出，此條是很容易滿足的：對于采用短耳式左側(cè)鏡的車型，如公交車，550也不存在問題。 圖3-24 分別采用眼橢圓和視點來標(biāo)記的駕駛員視角 3.3 頭廓包絡(luò) 概述頭廓包絡(luò)指不同身材的乘員以正常姿勢坐在適宜的位置時，其頭廓(包括頭發(fā))的包絡(luò)，它用于在設(shè)計中確定乘員所需的頭部空間。與眼橢圓相對應(yīng)，頭廓包絡(luò)面也包括座椅行程可調(diào)式和不可調(diào)式兩種。通過對人的頭部

32、尺寸進(jìn)行測量和統(tǒng)計，SAE制定了平均頭廓線，用來描述側(cè)視和后視方向頭廓的平均尺寸，如圖3-25所示。圖3-25 SAE平均頭廓線a 側(cè)視圖 b后視圖將平均頭廓線樣板上的眼點沿著眼橢圓輪廓上半部分運動，平均頭廓線隨之平動，描繪出的各個位置平均頭廓線的包絡(luò)就是頭廓包絡(luò)線。1997年，頭廓包絡(luò)面取代了頭廓包絡(luò)線。包絡(luò)面開發(fā)采用是CAESAR人體數(shù)據(jù)庫中3個平均身材男子頭廓的三維掃描數(shù)據(jù)。為方便使用，SAE將頭廓包絡(luò)面簡化成為上半橢球面，如圖3-26所示。圖3-26 頭廓包絡(luò)面生成原理 A類車、B類車頭廓包絡(luò)1. A類車頭廓包絡(luò)頭廓包絡(luò)面的尺寸包括長軸、短軸和豎軸的長度。各種座椅水平凋節(jié)行程TL23的

33、乘員頭廓包絡(luò)面尺寸見表3.9。行程可調(diào)節(jié)座椅(TL23大于零)頭廓包絡(luò)尺寸的含義如圖5-20所示，固定座椅(TL23等于零)的頭廓包絡(luò)尺寸含義如圖2-27所示。表3.9 頭廓包絡(luò)線面的尺寸圖3-27 頭廓包絡(luò)線面尺寸的含義（行程可調(diào)節(jié)座椅）a 俯視圖 b 側(cè)視圖 c 車前排外側(cè)乘員頭廓包絡(luò)面 d 后視圖頭廓包絡(luò)面的定位: 頭廓包絡(luò)面傾角2002版的SAE J1052標(biāo)準(zhǔn)中，適合A類車、行程可調(diào)節(jié)座椅的頭廓包絡(luò)面只在側(cè)視圖有向前下方12o的傾角，其他視圖方向的傾角為零。對于固定座椅，在各個視圖方向傾角均為零。頭廓包絡(luò)面中心位置駕駛?cè)祟^廓包絡(luò)面中心的3個坐標(biāo)分量Xc、Yc和Zc。分別以 PRP、y

34、零平面和過AHP的水平面為定位基準(zhǔn)，如圖3-28所示。圖3-28 駕駛員人頭廓包絡(luò)面位置當(dāng)座椅水平調(diào)節(jié)量TL23大于零時，有Xc=664+0.587L6-0.176H30-12.5t+XhYc=W20Zc=638+H30+Xh (3.9)式中，L6為轉(zhuǎn)向盤中心到加速踏板基準(zhǔn)點(PRP)的水平距離；H30為座椅高度；t為變速器類型，當(dāng)有離合器踏板時t=l，否則t=O；Xh、Zh的取值見表3.10；W20為SgRP點在汽車坐標(biāo)系中的Y坐標(biāo)，對于左側(cè)駕駛時為負(fù)值。表3.10 Xh和Zh的取值對于固定座椅(座椅水平調(diào)節(jié)量TL23為零)，頭廓包絡(luò)面中心相對于SgRP的3個坐標(biāo)分量為Xc，Yc和Zc。 (

35、3.10)式中，為固定座椅眼橢圓側(cè)視圖傾角。無論是固定座椅，還是行程可調(diào)節(jié)座椅，當(dāng)定位眼橢圓之后，可以直接根據(jù)左右眼橢圓中心連線中點(中央眼橢圓中心)來定位相應(yīng)的頭廓包絡(luò)。頭廓包絡(luò)中心相對于中央眼橢圓中心的偏移量見表3.11。表3.11 頭廓包絡(luò)中心相對于中央眼橢圓中心的偏移量2 . B類車頭廓包絡(luò)B類車只定義了駕駛員的頭廓包絡(luò)，其尺寸見表3.12。B類車駕駛員的頭廓包絡(luò)面只在側(cè)視圖上有向前下方116o的傾角，其他視圖方向的傾角為零。定位頭廓包絡(luò)面中心時，同樣要考慮目標(biāo)駕駛員群體中的男女比例。頭廓包絡(luò)面中心相對于ATRP的3個坐標(biāo)Xc、Yc和Zc。見表3.12。其中，A40為駕駛員軀干角，通常

36、取110180。表3.12 B類車頭廓包絡(luò)面中心相對于ATRP的位置頭廓包絡(luò)的應(yīng)用乘員頭部與車身結(jié)構(gòu)之間的空間對于保證乘員頭部活動，以及在顛簸和翻車等情況下使頭部具有必要的緩沖空間具有重要意義，但這個空間設(shè)計過大會浪費空間，并增大汽車正面迎風(fēng)面積而使空氣阻力加大。因此，頭部空間尺寸關(guān)系到整車性能的好壞，必須科學(xué)合理地選取，而關(guān)鍵就是能夠?qū)⒊藛T頭部占據(jù)空間的范圍描述出來，然后只要控制頭頂內(nèi)飾與乘員頭部占據(jù)空間范圍邊界即可，如圖3-29所示。當(dāng)做出頭廓包絡(luò)之后，參照對標(biāo)尺寸H61。圖3-29 頭部空間和頂蓋高度的確定(側(cè)視圖)a)有效頭部空間寸H61 b)前排頭部空間尺寸c)后排頭部空間尺寸并選擇

37、合適的L38、H41、L39等尺寸，就能夠?qū)㈩^部空間和頂蓋不同部位的高度確定下來。同樣，在側(cè)視圖上選擇合適的W27、W35和H35等尺寸，就能夠?qū)挾确较蝽斏w不同部位的高度確定下來，如圖3-30所示，這樣就為造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù)和要求。圖3-30 頭部空間和頂蓋高度的確定（后視圖）3.4駕駛員膝部、胃部包絡(luò)線3.4.1 駕駛員膝部包絡(luò)線的生成、定位駕駛室儀表板下方的膝部空間設(shè)計應(yīng)以駕駛?cè)讼ゲ堪j(luò)線為依據(jù)。膝部空間的形狀和尺寸直接影響到操作方便性以及撞車時駕駛?cè)松眢w的運動軌跡和傷害程度。1駕駛?cè)讼ゲ堪j(luò)線的生成膝部包絡(luò)線的生成需要具備3個要素：膝部特征點、膝橢圓和二維人體模板的小腿。膝部特征點K定義在脛關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)連線的垂直線上，該垂直線通過脛關(guān)節(jié)中心，K點到脛關(guān)節(jié)中心的距離為50.8mm。左右膝部特征點分別表示操作離合器踏板和操作加速