SUV汽車歇腳板人機舒適性研究

王超 黃超俊 宛家國

摘要：針對SUV車型的人體坐姿H30（座椅設計位置R點與踵點z向高度差）普遍偏高，歇腳板的布置對駕駛員左腳的舒適性影響較大，從人體舒適性的角度出發，依據人體理論模型與關節舒適經驗范圍，理論分析得到歇腳板布置位置的舒適范圍，并經過Ramsis軟件分析驗讓，人機平臺主觀評價驗證等方法得到理論分析結論的正確性，分析結果對車輛布置中歇腳板的位置布置有一定指導意義。

關鍵詞：人機上程;歇腳板;舒適性;Ramsis

中圖分類號：U461.99 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2020）02-0036-06

王超

畢業于太原理工大學，碩士研究生學歷，現就職于寶沃汽車股份有限公司整車架構部，任人機工程師，主要從事整車人機工程方向研究，已授權發明專利24、實用新型1項。

引言

人機舒適性是汽車非常重要的性能指標，設計過程中主要以SAE-J833中人體關節尺寸及舒適活動范圍為依據。

車輛中的歇腳板是駕駛員在駕駛過程中用于放置閑置的左腳，且與右腳的操作狀態相接近，以使人體雙腿達到舒適狀態的裝置，對駕駛員的人機舒適性影響較大。而在歇腳板設計布置過程中，其布置位置、角度及尺寸等因素，是影響歇腳板舒適性的關鍵。而在SUV車型中，由于其坐高H30相較于轎車較高，所以歇腳板的布置要求與轎車有所不同，需結合車輛的H30分析相應的歇腳板布置要求。

1理論分析

1.1歇腳板底邊中點與人體R點X向舒適范圍LF

車輛設計過程中的人體尺寸依據SAE J833中的人體數據尺寸，建立駕駛員駕駛姿態模型，如圖1所示。

理論分析時，需考慮人體各關節角度的舒適范圍：

人體臀角舒適范圍（A42）：95°-120°

人體膝角舒適范圍（A44）：95°-135°

人體踝角舒適范圍（A46）：900-115°

依據SUVH30范圍一般為300-360，首先將踝角角度約束至舒適范圍最小值90°，調節膝角A44角度和H30值，分析不同的H30和A44的范圍下，LF舒適范圍及臀角A42的值。由于隨著H30的增大，變化趨勢明顯，此處僅以95%人體，H30=300和H30=360為例，見表1所示：

表中綠色內容為在固定的H30坐高下，A44角度在舒適范圍內變化，得到A42的值也在舒適范圍內時，相應的LF值。即為該固定H30坐高狀態下，歇腳板底邊中心點到人體H點的x向舒適范圍。

同理分析踝角角度為90°時，調節臀角A42角角度和H30值，分析不同的H30和A42的范圍下，LF舒適范圍及膝角A44的值，見表2所示：

表中綠色內容為對應的A42和H30下，A44在舒適范圍內，對應的LF值即為該狀態下的歇腳板底邊中心點到人體H點的舒適范圍。

結合表1與表2中的歇腳板LF值舒適范圍，取兩者交集，H30=300mm時，LF舒適區域為784.8mm-882.7mm，如圖2所示：

同理分析踝角角度A46為115°時，對應的A42和A44角角度下LF的舒適范圍，與A46=90。下的舒適范圍取交集，以H30=300為例，踝腳角度A46在不同舒適范圍角度下為：LF=784.8mm-830.4mm，見圖3所示：

利用相同方法即可理論分析得到在H30=300-360范圍內，LF的舒適區域，見表3所示：

1.2歇腳板底邊中點與人體R點Y向舒適范圍WF

依據圖1中所示的人體理論模型和得到的LF舒適區域，分析Y向歇腳板與人體R點的位置關系，約束條件如下：

1）人體胯點縱向角度舒適范圍：-5°-20°，見圖4;

2）人體H點至胯點寬度距離（單側）：93ram（95%）、88.5（50%）、84mm（5%）;

3）離合踏板布置區域范圍：跨點-2.5。-2.5°，見圖5，將歇腳踏板的布置區域設定為跨點左側2.5-20°。

建立駕駛員左腿模型，人體胯點縱向角度舒適范圍2.5°-20°，如圖6所示，由圖可得，分析歇腳板與人體的Y向關系時，為滿足不同人體的使用需求，應以5%人體舒適最大值和95%人體舒適最小值為邊界。

簡化模型，得到圖7所示腿部模型，結合LF理論分析舒適范圍，即可得到WF舒適范圍，如圖7所示。具體范圍見表4：

2習慣調研

依據理論分析結果，對用戶在駕駛過程中的駕駛習慣進行調研，如圖8、9所示。將調研結果與理論分析結果相結合，可得到更為準確的分析結果。

圖9中以歇腳板底邊中點為坐標原點建立直角坐標系，分析駕駛員踵點與歇腳板底邊中點的位置關系，用戶操作習慣調研結果，如表5所示：

經過習慣調研發現，用戶在駕駛狀態下，左腳踵點與歇腳板底邊中心點的偏差為：x向向右偏移30.9mm，Y向向后偏移36.5mm。

將以上習慣調研所得的用戶左腳踵點與歇腳板底邊中心點的偏差值修正到對應的LF、wF理論分析舒適區域的下限值，見表6、7，即可得到表6：

由于WF舒適范圍較大，且坐高H30的變化對其影響不大，所以取不同坐高（H30）下WF舒適范圍的交集，作為分析結果，即WF=166.9mm-281.3mm

分析整個踏板區域尺寸鏈關系：加速踏板踏點與人體R點Y向位置關系WA：135mm-193mm和加速踏板與右側Console內飾板間距PW17≥40mm，加速踏板寬度PWll：40mm-60mm，腳部空間要求PW47≥480mm，如圖10所示：

分析歇腳板WF值的范圍為WA：162mm-245mm，與理論分析結果相結合，優化得到WA：166.9mm-245mm。

3Ramsis舒適性分析驗證

經過人體建模理論分析，并結合習慣調研得到歇腳板底邊中心點與人體H點的x向和Y向的位置關系里，利用Ramsis軟件，對在該范圍下，用戶左腿的舒適性進行分析。

Ramsis軟件中可建立不同百分位的人體模型，用來分析駕駛狀態下，不同的姿態約束時，對應的身體各部分關節的舒適性，當不舒適≥4時，在實際的體驗過程中不舒適，不可接受。

調入95%人體，計算得到自然的駕駛狀態，固定人體的H點，將其左腳重點分別約束到不同坐高H30下對應的LF和WF的極限值，分析其左腿的不舒適度。如圖11、12、13所示：分析結果見表8所示：

由Ramsis分析結果可得，在理論分析的舒適范圍內，駕駛員左腿的不舒適度均小于4，表示在該范同內，用戶腿部的舒適性較好。驗證理論分析結果的正確性。

4人機平臺驗證

利用軟件分析驗證理論分析結果的正確性后，利用人機驗證平臺，通過評價人員的實際體驗和主觀評價對分析結果進行驗證，如圖14所示：

人機驗證平臺可調整座椅、方向盤、踏板及其他車輛關鍵結構件的位置，可調整得到驗證所需的關鍵尺寸及結構，并可實時調整。本次驗證時，將座椅坐高調整到H30=315mm（現有車型的坐高，可保證正確的人體三角關系），要求評價人員僅依據歇腳板位置和左腿的舒適性，僅調整座椅的前后位置，調整后記錄響應評價人員H點到歇腳板底邊中心點的x向距離LF，驗證結果如表9所示：

由于評價人員身高不同，屬于不同百分位的人體，將理論分析結果對應的95%人體（身高188cm）的舒適范同進行修正，得到50%（身高171.5cm）和5%（身高155cm）人體對應的LF舒適范圍，修正值為76mm，即50%人體相較于95%人體的LF舒適區域減小76mm，5%人體相較于50%人體同樣減小76mm。將平臺驗證結果與理論分析舒適范圍進行匹對，得到如圖15所示對比結果，80%評價人員左腿舒適狀態下，LF的值在理論分析的范圍內，同樣驗證了理論分析結果的正確性。

5標桿車數據驗證

完成軟件分析驗證和人機驗證平臺主觀評價驗讓后，利用現有標桿車信息，分析標桿車中歇腳板與人體R點位置關系進一步驗證理論分析的結果，見表10所示：

由圖分析結果可得，標桿車中LF值75%車型均在對應坐高H30下的舒適范圍內，WF值均在理論分析結果范圍內，再次驗證了分析結果的正確性。

6總結

文章針對SUV車輛設計過程中歇腳板布置位置這一問題，通過對駕駛員人體的理論建模分析，駕駛習慣調研，得到SUV車型中歇腳板底邊中心點與人體H點的x向距離LF值隨著H30的不同而不同，并得到在特定坐高值下對應的LF舒適區域以供參考。理論分析并優化得到WF舒適區域：166.9mm-245mm。并通過Ramsis軟件仿真分析在理論分析范圍內駕駛員左腿舒適性，利用人機驗證平臺驗證不同身高百分位人體對應的LF舒適范圍的正確性，最后通過實際標桿車中的設計值，再次驗證理論分析結果的正確性，分析結果對SUV車輛設計過程中歇腳板的布置有一定的參考意義。