論汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、論汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)                 【論文摘要】從目前概念車的世界里，內(nèi)部（車內(nèi)）多變的色彩為汽車賦予了更多的活力同時(shí)，空間的利用在內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上占到了一個(gè)什么重要的作用，事實(shí)也引證了這一點(diǎn)仔細(xì)對(duì)比一下目前的新概念，很多汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)相當(dāng)?shù)木?jiǎn)汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)中以人為中心的復(fù)雜且重要的設(shè)計(jì)過程本文論述了數(shù)字化三維人體模型技術(shù)，及其在虛擬的汽車內(nèi)部人機(jī)工程學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所發(fā)揮的重要作用列出了與汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相

2、關(guān)的SAE標(biāo)準(zhǔn)。 ? 1 前言 ? 汽車是非常復(fù)雜的產(chǎn)品并需滿足各方面的性能要求，其設(shè)計(jì)開發(fā)過程也由許多不同的工作階段組成，而各工作階段又需要使用多種不同的設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)。只有采用新技術(shù)將整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程及其不同的工作方式進(jìn)行全面的集成才能達(dá)到加速和優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。? 從目前概念車的世界里，內(nèi)部（車內(nèi)）多變的色彩為汽車賦予了更多的活力同時(shí)，空間的利用在內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上占到了一個(gè)什么重要的作用，事實(shí)也引證了這一點(diǎn)仔細(xì)對(duì)比一下目前的新概念，很多汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)相當(dāng)?shù)木?jiǎn)當(dāng)然這不是說要放棄一些本來必須的東西，設(shè)計(jì)師只是把一些實(shí)用的工具隱藏起來譬如是把一些導(dǎo)航，冷氣口隱藏起來在新的設(shè)計(jì)理念里，簡(jiǎn)單比

3、雜亂給人的感覺更好 汽車內(nèi)部的設(shè)計(jì)也是一種學(xué)問有些東西是不可以模仿的德國(guó)汽車和中國(guó)的汽車有什么不同？其實(shí)同樣的車，差別當(dāng)然不是很大，之所以人們對(duì)這兩種汽車存在著不同的意見，最主要的是感覺的差異而這種感受不只是局限在單純的駕駛感，人們對(duì)德國(guó)的總體感覺還有對(duì)德國(guó)文化的理解也是一個(gè)很重要的因素中國(guó)一開始就給人家一個(gè)不好的影響是，中國(guó)的東西不好就這樣小小的一句話，害了中國(guó)的產(chǎn)品，包括汽車而中國(guó)人乃至世界對(duì)于中國(guó)汽車的不滿，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)面占到了一定影響中國(guó)雖然已經(jīng)融入了世界，但不可以模仿的東西太多，需要慢慢探索學(xué)習(xí)的東西也很多，中國(guó)汽車發(fā)展很快，但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一直滯后于世界。筆者總結(jié)了中國(guó)汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)

4、的幾點(diǎn)不完善第一：工藝不夠精細(xì)，印象中有一個(gè)很影響深刻的事情，在年的廣州車展中，我親眼看到中國(guó)一輛名叫汽車的座椅竟然爆線了，雖然說這是一輛展車而非量產(chǎn)車，但是幾十萬的觀眾看到這樣一個(gè)不足會(huì)有什么感受？而事情的背后反映出的問題同樣值得深思第二：總體感覺不夠清晰，簡(jiǎn)明很難說造成這種感受的原因?qū)ζ嚨牟季职盐詹缓?。因?yàn)椴季值暮门c不好也沒有一個(gè)很明確的定義但是感覺的東西很直觀，也是最實(shí)在的。一個(gè)東西好不好，感受是最好的驗(yàn)證第三：人才不足，國(guó)外很多的非機(jī)器制造的汽車工藝是由許多有十幾年經(jīng)驗(yàn)的工匠完成的，而且這種工藝是一代傳一代的，也很少說會(huì)外傳，可以這么說，版權(quán)的保密性非常好雖然學(xué)不到，但中國(guó)也可以學(xué)習(xí)

5、一下這種模式，雖然短期看不到什么效果，但是長(zhǎng)遠(yuǎn)對(duì)中國(guó)的汽車還是很不錯(cuò)的目前中國(guó)還沒有進(jìn)入一個(gè)自主豪華車時(shí)代，而這個(gè)時(shí)代卻是培養(yǎng)人才最好的時(shí)機(jī)，但中國(guó)在這方面確做得不夠好 ? 數(shù)字化虛擬技術(shù)就是通過集成各種計(jì)算機(jī)技術(shù)，并充分發(fā)揮其應(yīng)用潛能，使產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)能夠可靠地在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，以數(shù)字化模型方式完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。在汽車開發(fā)中，虛擬技術(shù)有助于決策層及早對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行決策和進(jìn)行跟蹤管理；有助于加強(qiáng)異地的合作，共同解決技術(shù)難題；有助于在制造樣車前進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證和校核，從而及早發(fā)現(xiàn)和避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤；有助于在產(chǎn)品投產(chǎn)前及早獲取產(chǎn)品信息以進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查。貫穿于產(chǎn)品開發(fā)全過程的數(shù)字化虛擬技術(shù)可使產(chǎn)品特性得到全面

6、系統(tǒng)的優(yōu)化，使開發(fā)周期大大縮短，開發(fā)費(fèi)用大大減少，提高產(chǎn)品質(zhì)量，最終提高企業(yè)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 ? 2 汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ? 汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)從構(gòu)思、設(shè)計(jì)到驗(yàn)證的復(fù)雜的系統(tǒng)工程結(jié)構(gòu)時(shí)要考慮眾多的約束關(guān)系和人機(jī)工程的要求。汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)是“以人為中心”的設(shè)計(jì)，即以人為中心，在滿足一定的約束條件下，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)達(dá)到人車環(huán)境和諧的設(shè)計(jì)理念。汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是同時(shí)進(jìn)行多方面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，也是不斷反復(fù)遞進(jìn)尋求最優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)過程。 ? 汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要任務(wù)是：車型主要結(jié)構(gòu)尺寸確定：乘員結(jié)構(gòu)；整車主要尺寸確定；踏板，換檔桿及手剎位置結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)向盤及轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)；行李箱結(jié)構(gòu)；側(cè)車窗玻璃；頂蓋位置；座椅及儀表

7、板結(jié)構(gòu)等。人機(jī)工程學(xué)研究：確保駕駛員及乘員的居住舒適性，安全性，以及駕駛員的操縱方便性和具有良好的視野等。法規(guī)符合性校核：風(fēng)窗面積及雨刷結(jié)構(gòu)；手伸及界面；儀表板可視范圍；內(nèi)外后視鏡視野；安全帶固定點(diǎn)等。在滿足這些要求的同時(shí)，還要盡量減小整車質(zhì)量，增大車室內(nèi)空間，提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，工程師使用二維人體模板在二維主圖版上進(jìn)行汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無法事先對(duì)踏板、換檔桿、轉(zhuǎn)向盤的操縱性和坐姿及視野性等性能進(jìn)行空間位置的評(píng)估和驗(yàn)證，只有在制作了物理樣車后由一定比例的人進(jìn)行實(shí)際的駕駛操作才可完成驗(yàn)證 ? 如今，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在汽車開發(fā)中已廣泛采用CAD 方法進(jìn)行三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，

8、以三維數(shù)據(jù)為主線，使用虛擬樣車來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過程。因而，數(shù)字化三維人體模型相應(yīng)地在汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)的人體工程學(xué)模擬和分析中發(fā)揮其潛能和優(yōu)勢(shì)。                ? 3 數(shù)字化三維人體模型 ? 在產(chǎn)品周期的各個(gè)階段，人都是最重要的因素。數(shù)字化三維人體模型可有效地應(yīng)用在汽車虛擬設(shè)計(jì)及制造          的整個(gè)生命周期，從初始的概念方案設(shè)計(jì)至最后

9、的產(chǎn)品驗(yàn)證。 ? 數(shù)字化人體模型技術(shù)可輔助設(shè)計(jì)者確定人在相應(yīng)的工作環(huán)境下的性能，確定人體尺寸形態(tài)功能及其定位，滿足舒適性和安全性標(biāo)準(zhǔn)的要求。如圖1 所示，在虛擬的CAD 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中，可調(diào)入此虛擬的人體模型，完成操作任務(wù)和分析工作。通過三維人體模型可運(yùn)用數(shù)字人體和電子樣車進(jìn)行與人相關(guān)要素的模擬分析校核，如人的可操作性，舒適性，可視性等重要設(shè)計(jì)要素。在汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)用數(shù)字化三維人體模型可提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量；改善安全性及人機(jī)工程學(xué)性能；減少物理樣車的制造及驗(yàn)證工作和周期。 ? 波音公司、通用公司、戴姆勒克萊斯勒公司等這些大的飛機(jī)和汽車公司已將數(shù)字化三維人體模型越來越廣泛的應(yīng)用于產(chǎn)品生命周期

10、的各個(gè)方面和各個(gè)階段CATIA，EDS 等大的軟件公司，也相繼推出數(shù)字化三維人體模塊供用戶使用并不斷補(bǔ)充及完善。 ? 現(xiàn)以CATIA 的人體模型模塊（Manikin）為例簡(jiǎn)要說明數(shù)字化三維人體模型的主要功能。該三維人體模型包括4 個(gè)子模塊：構(gòu)造人體（Human Builder）模塊，生成可與產(chǎn)品相配合的人體模型；編輯人體尺寸(Human Measurement Edit)模塊，可對(duì)人體模型的各部分的尺寸進(jìn)行有比例地調(diào)整；人體動(dòng)作分析（Human Activity Analysis）模塊， 對(duì)人肢體進(jìn)行由靜態(tài)姿勢(shì)到復(fù)雜的動(dòng)態(tài)動(dòng)作的評(píng)價(jià)；人體姿態(tài)分析(Human Posture Analysis)

11、模塊，進(jìn)行人體各種姿態(tài)的分析。此人體模型包括有104 組人體測(cè)量數(shù)據(jù)；100 個(gè)無約束的連接；148 個(gè)自由度；各種姿勢(shì)輪廓；包含所有關(guān)節(jié)的手模型、脊椎模型、肩模型、臀部模型等模型；可表現(xiàn)關(guān)節(jié)活動(dòng)的制約及動(dòng)作運(yùn)動(dòng)的上下極限并可進(jìn)行調(diào)節(jié)。此模塊具有如下幾方面用途：測(cè)量人體尺寸；視野分析；坐姿分析；運(yùn)動(dòng)舒適角度分析；伸及范圍分析；舉升、放下和搬運(yùn)分析；設(shè)計(jì)干涉檢查；運(yùn)動(dòng)模擬等。 ?4 按SAE 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)涉及到的人體工程學(xué)內(nèi)容 ? 在進(jìn)行汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，SAE 中有如下用于駕駛員和乘員的人體工程學(xué)研究和設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 ? 5 應(yīng)用數(shù)字化三維人體模型進(jìn)行汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)校核 ? 數(shù)字

12、化三維人體模型在汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核中承擔(dān)著人機(jī)工程學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核驗(yàn)證的重要角色。圖2 所示為數(shù)字化三維人體模型在一汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用實(shí)例。它協(xié)助汽車設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行一系列乘員內(nèi)部居住性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作，主要包括：協(xié)助確定汽車主要控制尺寸；確定不同人體尺寸的駕駛員及乘員的乘坐位置和駕駛姿態(tài)；對(duì)人體乘坐姿態(tài)及其舒適性進(jìn)行分析和評(píng)估；確定踏板、轉(zhuǎn)向盤、操縱桿、儀表及控制按紐等零件的結(jié)構(gòu)位置，并進(jìn)行操作合理性評(píng)價(jià)；模擬乘員上下車姿態(tài)以評(píng)估上下車方便性；駕駛員及乘員的座椅位置確定及安全帶的固定位置的確定；模擬座椅的滑動(dòng)、及桿件操縱的運(yùn)動(dòng)過程并進(jìn)行評(píng)價(jià)；校核駕駛員駕駛過程中的直接視野和通過內(nèi)外后視鏡的間接視野的法規(guī)符合性；協(xié)助進(jìn)行儀表板結(jié)構(gòu)和儀表板盲區(qū)的校核；確定合理的車內(nèi)寬度和頭頂空間；分析人體重量在座椅上的力的分布；對(duì)手及腳對(duì)操縱部件操作時(shí)所施加的力進(jìn)行評(píng)估；同時(shí)檢查設(shè)計(jì)間隙及干涉分析，最終記錄數(shù)據(jù)并輸出優(yōu)化的結(jié)構(gòu)結(jié)