汽车设计自动化――整车人机布置(UG)

汽车设计自动化——整车人机布置（UG）杨金锋/总体设计部2008-9-12简介NXGeneralPackaging是一整套汽车布置的设计软件，以车身内部布置为主。它为汽车设计工程师提供了设计向导，加快了汽车内部布置的设计，并能评价此设计是否符合SAE标准或某些地方法规（欧洲/加拿大/美国等）。Toolbar&Menu——工具条和菜单空间布置视野校核运动校核向导界面导航树指示区横幅区工作区导航按钮车身人体工程学车身人机工程学的基本内容，主要表现为：¾通过测量、统计、分析人体的尺寸，在进行车身内部布置设计时，以此为依据，确定车内的有效空间以及各零部件（仪表板、顶棚、地毯等）的布置位置和尺寸关系；¾通过对人体生理结构的研究，以使座椅设计以及人体坐姿符合人体乘坐舒适性要求；¾根据人体操纵范围和操纵力的测定，确定各操纵装置（转向盘、踏板、手刹、换档等）的布置和作用力大小，以使人体操纵时自然、迅速、准确、轻便，并降低操纵疲劳强度；¾通过对人眼的视觉特性、视野效果的研究、试验，校核驾驶员的信息系统，以保证驾驶员获得正确的驾驶信息；¾根据人体的运动学，研究汽车碰撞时对人体的合理保护，正确确定安全带的铰接点位置和对人体的约束力；研究振动时对乘坐舒适性的影响;研究人体上下车的方便，以确定车门的开口部位与尺寸；¾根据人体的生理要求，合理确定并布置空调系统；¾研究人的心理特性和要求，设计一个舒适、美观、轻松的环境。车身室内布置设计¾基本要求：空间宽敞、乘坐舒适和视野广阔，即尺寸性、舒适性和视野性的要求。¾基础内容：以人体尺寸、人体生理结构和视觉特性为依据，着手进行布置设计，最终使室内设计达到以人体为中心的三个整车协调：操作纵件位置的协调，以确定合理的驾驶位置；车内空间尺寸的协调，以达到最有效的空间利用；整车的人车视野协调，使其具有最佳视觉效果。¾基本工具：2D人体样板（3D人体模型）适宜H点位置线眼椭圆（球）头部包络线（面）手伸及界面（人机工效点评价）２Ｄ人体样板人体尺寸决定了人体所占据的几何空间大小和人体的活动范围，是确定车身室内有效空间和进行内饰布置的主要依据。百分位指人体身高分布值的百分位，即对于身高的某一百分位分布值，则表示身高小于此值的人数占的百分率，并将此身高分布值定义为对应于这一百分位的人体标准身高。汽车设计中一般采用SAE5％女性、50%男性、95%男性(现在10%,50%,95%)三种百分位的人体尺寸，分别代表矮小身材、平均身材和高大身材的人体尺寸，另外也可以使用其他国家人体尺寸。一般采用去两头的原则，以SAE95%和5%百分位（SAEj8331989，不是最新）的人体尺寸作为室内设计，确定座椅调节行程的上下限尺寸基准。（参考SAEJ8261995，一般取10%,95%来验证)H点设计用人体模型尺寸为SAE95%男性人体尺寸（如果有特殊原因，可以使用他国人体尺寸或者其他百分位人体尺寸），其他人体尺寸均用于校核使用。３Ｄ人体模型3D模型的尺寸与2D样板相同，而且可以选择百分位，主要用于样车测量和实验。检测应用情况如下：目前美国有关标准法规要求采用的是95%百分位的SAE-3DM，欧洲法规要求采用的是50%百分位的SAE-3DM，日本法规根据目的的不同要求采用50%百分位的或95%百分位SAE-3DM————————曾经使用JSAE－3DM，已废除。我国目前直接引用的是50%百分位的SAE-3DM，但由于国内生产的轿车多为引进的国外技术或合资生产，各汽车厂使用的三维人体模型也有各自的要求。————————GB/T11559-89《汽车室内尺寸测量用三维H点模型》要求采用的3DM实际与JSAE-3DM相同，以及GB/T11563-1995汽车H点确定程序,均已废除。HipPointDesignTool——H点设计工具H点指当H点三维人体模型按规定步骤安放在汽车座椅中时，人体模型左右两H点标记连线的中点。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；H点是确定眼椭圆以及头部包络线在车身中位置的基准点；H点也影响到了驾驶员的手伸及面。适用标准：SAEJ4002Feb2004——DriverDesignatedSeatingPositionDesignProceduresandDesignProceduresfor2ndor3rdRowOutboardSeatingPositions‹操作演示适宜H点位置线适宜H点是指适意驾驶位置时的H点。这些点随H点与踵点的高度(H30)和人体百分位的不同而变化，聚集成线，即为驾驶员适宜驾驶位置的H点位置线。美国工程师协会(SAE)将其描述成H30的函数，。A类汽车的H点位置线可表达为H30的二次函数。如下所示数学表达。22.525210250290295297.5Z0.00210494-0.895336Z687.1XZ0.00226230-0.981427Z692.6XZ0.00228674-0.968793Z715.9XZ0.00225518-0.903387Z793.7XZ0.00201650-0.73574Z885.0XZ0.00195530-0.672316Z913.7XZ0.00186247-0.613879Z936.6X+=+=+=+=+=+=+=式中Xi—第i百分位身材的驾驶员的H点位于拇指参考点之后的水平距离,其单位为mmZ—H点离加速踏板踵点的高度(H30)，其单位为mm对于A类车的驾驶员H点的位置线可以通过H点的水平行程X与H点离踵点的高度Z（H30）之间的关系加以表达：Xi=ki+miZ-niZ2其中：ki、mi、ni与第I百分位驾驶员相应的常数。SeatLine——座椅线工具一般在车辆驾驶舱以及体系结构开发的早期阶段用到这个功能，可以将生成的线用做估计目标驾驶员的位置和长度，即座椅行程，还可以作为检查工具，以预测指定的座椅移动行程所提供的适应级别。适用标准：SAEJ1516DEC98.AccommodationToolReferencePoint.SAEJ1517DEC98.DriverSelectedSeatPosition.‹操作演示眼椭圆（球）三维的眼椭球模型来源于二维眼椭圆，SAE标准里面把二维眼椭圆侧视图、俯视图推广到三维空间来就形成了眼椭球，但是具体的概念、意义和它的功能还是要从二维眼椭圆来看。眼椭圆是由美国汽车工程师协会车身工程委员会人体模型分会提出的术语。汽车驾驶员的眼椭圆是指不同身材的驾驶员按自己的意愿将座椅调整到适意位置，并以正常的驾驶姿势入座后，他们的眼睛位置在车内坐标系中的统计分布图形，如图所示。由于图形呈椭圆状，因此被称为驾驶员眼椭圆(Eyelipse)。它用来描述驾驶员以正常驾驶姿势就坐时，眼睛在车内坐标系中的活动范围。99%95%90%俯视图中心XXYZXX侧视图中心90%95%99%YZ95%的驾驶员眼睛位于此区5%的驾驶员眼睛位于此区95%眼椭圆视线EyellipseSphere——眼椭球设计工具驾驶员眼椭球的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视野原点基准。眼椭球的中心位置，以及长短轴的长度和方向，与车辆类型，SGRP位置、座椅水平调节量、驾驶员比例等都有关系。眼椭球主要应用于人机工程关于视野的校核，如风窗玻璃、后视镜、仪表板等，该工具可以让用户创建和管理SAE所定义的眼椭球，用这些数据来表示95%或者99%的驾驶员眼点分布。适用标准：SAEJ941XXX85.MotorVehicleDrivers’EyeLocations.SAEJ941JUN97.MotorVehicleDrivers’EyeLocations.SAEJ941SEP2002.MotorVehicleDrivers’EyeLocations.‹操作演示头部轮廓线（面）头廓包络面是二维界面中的头廓包络线在三维空间的延伸推广，具体到它的概念定义及其在车身内部布置设计中的应用情况仍然要从二维头廓包络线的来源上来看，详细情况如下面阐述。在轿车车身内部布置设计中，人的头部位置是指人体头部的前面、顶部、侧面和后部的位置，其中头顶和头的后部包括头发，具体形状就用头廓包络线来描述。HeadContourSurface——头部包络面设计工具头部包络面的相关参数基本上与眼椭球的相关参数一致，它用来进行头部空间限制条件的设定，主要是侧面，前面，后面，顶部等各个方位的空间限制。驾驶员与乘员的头部包络面的尺寸与设定有所不同，详细的规定要参见SAE标准。适用标准：SAEJ1052APR97.MotorVehicleDriverandPassengerHeadPositionSAEJ1052AUG2002.MotorVehicleDriverandPassengerHeadPosition‹操作演示手伸及界面手的操纵范围是车身设计中确定综合操纵杆、各种控制按钮、开关键等的必要条件，在车身内部布置中就用驾驶员手伸及界面来描述这个范围。驾驶员手伸及界面的概念及作用：汽车驾驶员的手伸及界面是指驾驶员以正常姿势坐在座椅中，身系安全带、右脚支撑于加速踏板踵点上，一手握住转向盘时另一手所能伸得的最大空间廓面。驾驶室内的一切手操作钮件、杆件、开关等的位置均应在驾驶员手伸及界面之内，这是汽车车身设计的一条重要原则。驾驶员的手伸及界面是在实验室内手伸及界面测量台上测得的，通过测量原理可得到如图所示的驾驶员手伸及界面。为了便于使用，驾驶员手伸及界面的数据已列成表格。根据驾驶室尺寸综合因子G值的大小和使用车辆的男女驾驶员的比例，以及安全带类型的不同，共列出了42张表格，以供查阅。实践中证明驾驶员手伸及界面的使用，对于布置和检验驾驶室内操作杆件、控制钮件的合理性和科学性设计具有重要的参考作用。加速踏板踵点HR基准面最后H点200300400-500200100-300700600400300500-1001000-200-400800DriverHandControlReach——手伸及界面设计工具手伸及界面设计工具可以创建驾驶员最大手伸范围的轮廓面，用来检验是否符合SAEJ287标准要求，可以建立单指按，三指旋握，满手掌握三种轮廓面。适用标准：SAEJ287JUN1988.DriverHandControlReach.‹操作演示