基于純電動轎車的車高與人機分析

尹鈺淇 范紅琳 徐業滿 何玉旺

（浙江吉智新能源汽車科技有限公司）

隨著純電動汽車的快速推廣，人們對車廂內的空間要求越來越高，但由于純電動汽車電池包的存在，使得在相同車高下，純電動汽車的車廂空間要小于傳統的燃油車，所以合理的人機設計對滿足客戶要求尤為重要。目前，市面的純電動汽車基本都是由傳統燃油車平臺改制的，無法滿足未來電池包標準化趨勢的要求。在未來電池包標準化的條件下，利用合理的人機設計理論，優化駕駛員及乘客空間尤為重要。文章經過合理的人機設計分析，基本能在車高一定的基礎上保證汽車內部空間達到最大化，滿足汽車駕駛的要求。

1 轎車的常規人體坐姿

人體坐姿由H30[1]與人體舒適性角度決定。H30 通常基于設計車輛的類型來進行選擇。H30 是SAE 標準中用于定義A 類車輛（轎車和輕型貨車）和B 類車輛（中型和重型貨車）的一個尺寸。A 類車輛的H30 值范圍通常為127～405 mm。各類車型的H30 通常設計建議范圍為：轎車為230～295 mm；SUV 為315～350 mm；MPV 為300～370 mm。

駕駛員及乘員人體坐姿角度及有效腿部空間要求，如表1 所示。

表1 轎車駕駛員及乘員人體各關節角度建議值（°）

2 駕駛員人體布置設計步驟

2.1 人體布置參數初始值確定

在進行駕駛員人體布置時，需要首先確定尺寸參數的初始值。這些尺寸參數中，部分參數值在人體布置設計過程中會被修正，從而使參數的最終值與初始值不同，如表2 所示。

表2 駕駛員人體布置初始設定參數表

2.2 駕駛員踵點的初步位置確定

進行駕駛員人體布置時，首先需要確定駕駛員踵點（AHP）的位置。在進行三維布置時，為確定踵點的位置，通常需要先確定前輪心、前地板/地毯在整車坐標系下的位置。踵點的高度與最小離地間隙及整車高度等有關，根據車輛基本用途及定義的不同會有所不同。

AHP 點的初始位置，通過踏點與前輪心的相對位置關系，即L113 的尺寸來初步定義。車輛類型不同，L113 的具體數值會有所不同。對于一般的乘用車，L113 的初始值可取380～550 mm，如圖1 所示。

圖1 人體踵點與前輪心的關系示意圖

確定踵點初始位置后，在進行人體及相關件的布置時，根據具體情況逐步調整確定最終的踵點位置。

由于車型結構的差異性和多樣性（如跨界車、新能源車、為特定意圖而開發的車型等），若無法滿足上述推薦范圍，可根據項目實際情況，結合同類車型對標分析，經評審后最終確定L113 的值。

2.3 踏板角（SPA）與駕駛員踏點（BOFRP 點）確定

2.3.1 踏板角SPA 計算

踏板角（SPA）的計算，如式（1）所示。

式中：SPA——駕駛員踩加速踏板時鞋底面與水平面的夾角，（°）。

圖2 示出駕駛員踏板角SPA。

圖2 駕駛員踏板角SPA 示意圖[3]10

2.3.2 BOFRP 點（踏點）確定

根據計算的踏板角，按照之前設定的腳部角，將駕駛員人體模型腳部放到位，可以確定BOFRP 點。

對于不同的踏板形式，BOFRP 點略有不同[2]10，如圖3 所示。

圖3 不同踏板形式的BOFRP 點[2]10

2.3.3 H 點位置曲線及SgRP 確定

H 點位于BOFRP 點后，H 點位置曲線，可通過式（2）[3]18確定。

式中：SgRPx——R 點到BOFRP 點X 向距離，mm；

L99-1——H 點與BOFRP 點間的水平距離，mm。

H 點行程路徑與H 點位置曲線，如圖4 所示。由此通過H30，L99-1 即可確定SgRP（人體R 點）。在進行人體布置時，因受內部空間限制，往往不能完全按照式（2）的計算值來設定SgRP。因此，可在根據式（2）計算值確定的SgRP 基礎上，綜合考慮內部空間及整車定義后，再調整確定最終的SgRP。

圖4 H 點行程路徑與H 點位置曲線[2]1

SgRP 確定后，應對駕駛員人體坐姿角度的舒適性（如表1 所示）進行校核。

3 已上市純電動轎車人機調研

根據傳統汽油車及純電動轎車的車高、內部空間、離地間隙等推出H30 的高度。已上市純電動車型尺寸，如表3 所示。

表3 已上市純電動車的尺寸調研表 mm

從表3 中可以發現：

1）由傳統汽油車改為純電動轎車的車型基本使用異形電池包，在駕駛員腳部與后排乘客腳部將電池做薄，以保證地毯離地面的高度基本與傳統汽油車一致，因此該類車型H30 較大；

2）新造車代表企業美國特斯拉使用平板電池包，但電池芯體采用的是18650/21700 標準型號電芯，整體電池高度較目前國內的平臺電池包低40 mm 左右，并且特斯拉采用全玻璃頂，減少了30 mm 的頂棚空間，因此特斯拉車高基本保證了與傳統燃油車高度一致。

4 Z 向尺寸鏈計算

整車車高由離地間隙和車體高度組成，而車體高度由人體內部尺寸決定。車高=離地間隙+電池厚度+地毯厚度+H30+內部空間+頂蓋厚度。圖5 示出整車Z 向尺寸組成。

圖5 整車Z 向尺寸組成示意圖

4.1 離地間隙

根據對目前市面的轎車車型的分析，轎車的離地間隙基本在125 mm 左右。

4.2 電池厚度

電池厚度與使用的電芯的相關性較強。目前國內行業汽車品牌基本用標準模組。標準模組的優勢有以下4 點：1）行業標準，通用性高，可換性強；2）標準模組是PACK 設計發展趨勢；3）標準化模組易批量生產，成本下降空間大；4）標準化模組售后可維修性高。目前行業標準模組的尺寸，如表4 所示。

表4 電動轎車電池包標準模組尺寸表 mm×mm×mm

使用標準模組的電池包，電池厚度基本在140～150 mm。

4.3 地毯厚度

地毯厚度與NVH 性能相關，因此該值由NVH 性能部門確認，但目前為使報告車高不過高，建議地毯厚度在30 mm 左右。性能方面可以在地板及隔聲棉材料方面進行提升。

4.4 內部空間

根據市場車型的對標分析，A 級車H61 值基本在955 mm 左右；B 級車H61 值基本在970 mm 以上。市場暢銷車型的H61 尺寸，如圖6 所示。

圖6 已上市暢銷車型的H61 尺寸調研圖

結合純電動車的特性，為控制車高，建議轎車的內部空間H61 控制在955 mm 左右，一方面不影響客戶使用，另一方面能夠保證車高符合要求。

4.5 頂蓋厚度

頂蓋厚度由配置決定，有天窗版頂蓋厚度＞無天窗頂蓋厚度＞玻璃頂頂蓋厚度。天窗版基本厚度在65～85 mm；非天窗版厚度基本在35～55 mm；玻璃頂厚度基本在5～10 mm。因此，選取何等配置對車高也存在一定的影響。

5 結論

文章以目前市面上純電動轎車為研究對象，分析得出一種適用于平臺電池的純電動轎車的人體坐姿。經過對駕駛員及乘客的姿態模擬分析，確認該坐姿滿足客戶日常使用的空間要求。本次純電動轎車人體坐姿的研究對后續純電動轎車的平臺開發具有較高的指導意義。