1、1普通家庭轿车的空间设计车辆 102 第一小组一、 普通家庭轿车概况1、普通家庭轿车的定位这是一个概念模糊的汽车新名词，含义为大众家庭有能力购买的价廉质优、安全节油、小排量、小污染的轿车。历史上的德国“甲壳虫”轿车，美国福特“T 型车”就是。目前普通家庭轿车的价位大至在 412 万，排量在 0.61.8L，其最高车速在190km/h 以下。典型的车型有：比亚迪 F3、雪佛兰乐风、科鲁兹，吉利自由舰、现代悦动，别克凯越等等。2、普通家庭轿车的特点1）、家庭车要内外舒适空间大家用轿车的乘客一定是大部分家庭成员，试想一家三口加上两位老人同时坐在车里外出，舒适性是非常重要的指标。对于上有老、下有小的中
2、国标准家庭，三厢轿车是必不可少的。平时装载物品、周末郊游、居家购物都需要宽大的后备箱。太太喜欢车内无处不在的储物空间，老年人喜欢它包裹性很好的座椅。驾驶员看重是乘坐空间，腿部和头部空间要富裕。2）、家庭车要安全且质量稳定安全对于每位驾乘者来说都是最重要的。对于安全的认识要理性更要科学。车身铁皮的薄厚不是车辆安全性能的体现，而坚固的车身结构与合理的碰撞吸能设计才是保障安全的核心。23）、家庭车价位要合理油价持高不下，汽车省油是很多购车人考虑的因素。汽车价格不能太高。就目前我国国民的收入水平来说，家庭轿车价位在 10 万左右能够被大多数工薪阶层所接受4）、外观造型车身饱满，线条刻画流畅、鲜明、富有
3、时代气息。分析以上这些特点，可以看出普通家庭轿车在动力，配置，使用条件，使用对象都有自己的特点。这些特点将对我们设计的方向，成本，座舱功能配置等方面都做了限制。二、普通家庭轿车的空间设计1、设计整体要求 设计针对的驾驶人群持有 C1 以上驾照的所有人群，年龄在3040 岁的人数为多。 成本定位在 12 万以下。 满足国家相关法律的条款规定。2、驾驶室空间设计的宜人指标1）驾驶室内部空间设计的宜人性指标 进行汽车内部空间设计时，在人和车有可能发生干涉的地方都应该合理设计，确保乘坐舒适性和撞车安全性。为此，要求：驾驶室顶棚的高度应保证驾驶员坐在座椅上时头部与顶棚间有一定间隙；后风窗与驾驶员头部间留
4、有活动3空间；驾驶员的膝部空间直接影响到操作方便性和撞车时驾驶员身体的运动轨迹及伤害程度，膝部空间主要指仪表板下方与膝部之间的空间，其设计应以膝部包络线为依据。因而所选的指标为：顶棚高度、膝部空间高度、宽度。 2）驾驶室内部作业环境设计的宜人性 作业环境宜人性的评价指标为振动、噪声、湿热条件、照明与色彩。 将以上诸因素组合，构成了完整的汽车驾驶室宜人性评价的指标体系。3、人体百分位的选用。设计中一般使用的人体百分位为中国第 5 百分位的女性、第 50 百分位的男性.4、驾驶员眼椭圆与视野设计汽车行驶时 80%以上的交通信息是由驾驶员视觉得到的，驾驶员的视觉通道是最重要的信息通道。所以空间设计首
5、要考虑视野。汽车驾驶员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身坐标系中的统计分布图形。由于统计分布图形呈椭圆状，因此被称为驾驶员眼椭圆。驾驶员眼椭圆的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视野原点基准。 首先要确定眼椭圆的尺寸及位置，然后再校核驾驶员的前方视野、交通灯视野、A 柱障碍角、直接后方视野及间接后方视野、风挡玻璃刮刷面积及除霜部位、遮阳板、内外后视镜、仪表板盲区及反光等方面是否合适并符合法规。 5、轿车驾驶员的前方视野眼睛保持向前直视，眼球和头部均不转动时，单眼水平视区为 150，即能看见直视前视线一侧 90、另一侧 60
6、的区域。双眼视区为 120，两单眼视区为 180 4在垂直方向上双眼视区为：直前视线上方 50-55,下方 60-70 在运动状态下，人的视野将缩小。车速为 40km/h 时双眼视区为 100，其中能确认的范围为 15 以下；车速为 75km/h 时降为 65，100km/h 时为 40。驾驶员的眼睛和观察物体之间的视力关系分为人动视力（驾驶员看标志）和全动视力（驾驶员看行驶中的其他车辆） 。人动视力与静视力相比，在车速为 50-60km/h 时约降低 6%，全动视力降低更为严重。 6、汽车前方视野前方地面视野：从驾驶员眼睛中心点作一条与发动机舱盖相切的直线，与设计地面线相交，其交点与前保险杠
7、最前端的纵向距离越小越好，一般希望小于 5m ；驾驶员前方 180 范围内直接视野：在通过 V1 的水平面下方和通过 V2 的三个平面（三个平面都和水平面向下成 4夹角，其中一个平面垂直于 Y 基准平面，另两个平面垂直于 X 基准平面）上方的范围内，除了 A 柱、三角窗分隔条、车外无线电天线、后视镜和风窗玻璃刮水器等造成的障碍外，不得有其它障碍驾驶员前方 180 内视野评价交通灯视野 5交通灯视野：要求汽车在停车线 1m 以外能方便看到交通灯最上面的红灯，不能被车顶或其它零件所遮盖（内后视镜除外） 。A 柱障碍角 按 GB 11562-1994 的规定进行测量，每根 A 柱双目障碍角不得超过
8、6。若两柱相对汽车纵向铅垂面是对称的，则右柱不需要再测量。 7、后方视野驾驶员一侧外后视镜的视野 驾驶员借助外后视镜必须能在水平路面上看见一段宽度至少为 2.5m 的视野区域，其右边与汽车纵向基准面平行。且与汽车左边最外侧点相切，并从驾驶员眼点后 10 m 外延伸至地平线（见下图） 。乘客一侧外后视镜的视野 对于总质量小于 2000kg 的 M1 和 N1 类汽车，驾驶员借助外后视镜必须能在水平路面上看见一段宽度至少为 4m 的视野区域，其左边与汽车纵向基准面平行，且与汽车右边最外侧点相切，并从驾驶员的眼点后 20m 处延伸至地平线8、眼椭圆应用之轿车仪表板盲区汽车行驶过程中，驾驶员需要经常观
9、察仪表板上的信息。在观察时，驾驶员的视线会受到方向盘的阻挡，方向盘的轮毂、轮辐和轮缘在仪表板上形成相应的盲区称之为仪表板盲区 眼椭圆应用于车内后视镜的要求根据 SAE 的规定，对于车内后视镜的要求为双眼水平后视角最小值为 20；垂直方向视角应能看见最后 H 点后方 60m 出的交通情况。9、驾驶员的手伸及界面及操作件的合理布置设计6关于汽车驾驶员手伸及界面及其应用国际标准组织已经制定了有关标准国际标准。ISO3958 对车内操作杆件、控制钮件、开关等的合理布置及检验作了详细的说明。汽车驾驶员的手伸及界面是指驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅中、身系安全带、一手握住方向盘时另一手所能伸及的最大空间界面
10、。 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 7轿车手操纵件、指示器和信号显示装置的合理布置手操纵件应布置在驾驶员手伸及范围以内重要的指示器、信号显示装置应布置在驾驶员头部无需转动便能直接观察到的视区内，以确保操作方便和迅速认辨。国家标准化组织（ISO）轿车手操纵件、指示器和信号显示装置的合理布置已做了规定。 驾驶员手伸及范围的分区8对信号显示装置的观察要求。10、踏板的位置布置踏板的位置布置的要点： 踏板排列顺序 踏板间距 踏板与车身固定部分的距离 三踏板之间的落差间距 踏板位置与人体施力位置协调11、三踏板布置设计要求1）踏板排列：从车手位置观察时，踏板应按以下次序自左至右排
11、列：离合踏板、制动踏板、加速踏板；2）踏板间距：踏板间距以两个踏板在参考平面 P 上投影之间的最小距离来测量, 如图 11.1 所示，所谓踏板之间的最小距离是指加速踏板和制动踏板及制动踏板和离合踏板之间的最小距离；图 11.1.踏板间距3）离合踏板与车身固定部分的距离：离合踏板在参考平面 P 上的投影至被P 平面所截的车身内饰板截面之间的最小距离（如图 11.2 所示） ；9图 11.2 踏板最小间距操作单个踏板的最小侧向间距：紧挨踏板左右侧向有碍于踏板操作的两障碍物在参考平面 P 上投影之间的最小距离。除相邻踏板外，还应考虑转向柱，固定装置等；三踏板之间的落差间距：制动踏板和加速踏板之间的落
12、差国外 PL1 一般为 30-40mm.制动踏板和离合踏踏板之间的落差 PL2，要求 0-10mm 之内；国内没有强制要求法规或标准，只能依据经验和对比车型来分析落差是否满足设计要求。12、三踏板布置设计4.2.1 SAE 规定用语的定义H-Point：叫做 H 点。AHP（Accelerator Heel Point）:假人脚跟点。BOF (Ball of Foot):AHP 开始沿着鞋底线向上 203mm 的位置。PRP（Pedal Reference Point）:在油门踏板幅方向的中心线与 BOF 接触的点。布局位置如图 4.2.110图 4.2.1 布局位置AA 常用调节开度为最合适
13、的角度，布局时设置为 8588 度。1）油门踏板的布局油门踏板的布局见图 12.1 图 12.1 油门踏板的布局各个尺寸由以下公式求得：A=C X sin FAB=C X cos FAC 为 3040mm油门制动踏板的段差：D=(90-FA)+5 或(-15)E=(90-FA)10A-H (AHP 点到油门踏板中心点的距离) 的推荐值为 200210mm。油门踏板的行程方向见图 12.3.（刹车）（油门）11图 12.3 油门踏板的行程.油门踏板行程推荐值为 4060mm。轨迹：在 2/3 S 踏板的运动轨迹和假的运动轨迹相交的点作为回转中心。通过踏板垫初始位置点和 2/3 S 行程点做任意半
14、径（踏板杆长多为 160180mm）圆就是油门踏板的轨迹。A-H 距离的确认为 20010mm，A-H 变化量确认为初始位置的 A-H 和全开时 A-H 的差，推荐-410mm。2）离合器踏板的布局离合器踏板的布局见图 12.4图 12.4 离器踏板的布局初始位置、旋转中心、踏满位置的决定必须确认以下参数：离合器拉线的行程、离合器踏板杆比、油门-离合段差（Max：60mm） 、行程方向 .LC1-LA1 确认满足下列条件：LCmax-LA80 的条件下： 80 LC1-LA1 LCmax-LA5.65 LCmax-LA80 条件下：LC1-LA1= LCmax-LA5.LCmax-LA65 的
15、条件下： C1-LA1=655。LCmax=0.576 x 车手的身高 49+（275 CH）/2.不满足条件时，变更初始位置。公式中的系数均为测量经验值。3） 制动踏板的布局12制动踏板的布局见图 12.5图 12.5 制动踏板的布局行程方向： .（150CH350）, 0,0565 x CH+0.6326 0.0216 x CH+ 14.35通过 A 点 B 点任意的半径画圆弧。这个圆弧的中心作为踏板旋转的中心。制动总泵的配置必要参数：制动踏板杆比（大约为 24） 、制动总泵的行程。4） 踏板左右方向位置的布局根据人机工程学原理，坐姿时下肢不同位置上的蹬力大小如图 12.6 和图12.7。
16、图 12.6 最大蹬力 图 12.7 最大踏力同时考虑到人体下肢的左右方向适当活动区，如图图 12.8.A 点B 点8013图 12.8 人体下肢的左右方向适当活动区其主要参数范围为：油门踏板中心的配置领域内（2.508.20） 、HP 点开始向右 16525mm、制动踏板中心的配置领域内（-502.50） 、HP 点开始向右9030mm、离合器踏板中心的配置领域内（-2.502.50） 、HP 点开始向左9515mm。13、安全带的位置因车祸不断增多，在主动安全性和被动安全性方面都要采取有效措施，减少车祸中乘员、行人受到的伤害。汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞后汽车速
17、度迅速下降，车内驾驶员和乘员受惯性力作用继续以原有速度向前运动，并与车内物体碰撞，称为二次碰撞，并受到伤害。实践证明，驾驶员和乘员受到伤害的主要原因，是他们在二次碰撞中与车身上的风窗玻璃、风窗上梁、转向盘、转向柱管、后视镜、前立柱、仪表板、前座椅靠背、顶盖等十多种部件发生接触，甚至甩出汽车而造成从轻伤到致死的各种伤害。为了保护驾驶员和乘员，一方面容厢内不应有使人致伤的尖锐突出物，在头部可能触及的区域应尽量软化，如采用软化仪表板，前排座椅靠枕、靠背表面包装要软化；另一方面就是设置安全带。安全带对乘员的保护作用主要体现在正面撞车时，它能减少撞车瞬间人体运动的加速度值，从而降低了引起二次碰撞的相对速
18、度和位移，使伤害指数下降。安全带能有效地保护乘员，尽管它有使用麻烦、使人体活动受到约束等缺点，但因安全带能减轻乘员在车祸中的伤害程度这一事实，已使包括我国在内的越来越多的国家用法令形式强制装设和使用，特别是对前排乘员。安全带有两点式安全带、三点式安全带和四点式安全带之分。两点式安全带能防止汽车碰撞时乘员下身有过大的相对位移，防止乘员被甩出车外，但它不能约束乘员上身运动，因此只在后排座椅和货车中间座椅上使用。三点式安全带由腰带和肩带组合而成。它既能防止乘员上半身有过大的位移，又能阻止14上身向前运动。目前轿车前排和货车前排驾驶员座位及其相对座位均采用三点式安全带。安全带固定装置在车内固定点的位置
19、，对佩带方便性和安全保护作用有重要影响。下固定点位置选择不当，汽车碰撞时乘员下半身可能向下前方滑移。肩带固定点位置选择不当，乘员上半身可能脱出安全带。因此，安全带固定点的位置十分重要，各国均有相应的规定。(1)腰带在车体上的固定点位置 如上图所示，腰带固定点与 H 点的连线与水平线之间的夹角。在座椅各调节位置时应为 4530，并要求固定装置的宽度应大于 350mm。结构上无法实现时宽度可减少至 300mm。(2)肩带固定点的位置 肩带固定点的位置应在下图所示的阴影线范围内。15近年来，安全气囊在轿车上得到广泛应用。安全气囊系统是辅助安全带而起到辅助防护作用的。只有在使用安全带的条件下，安全气囊
20、才能充分发挥保护驾驶员和乘员的作用，两者共同使用可使驾驶员和前排乘员的伤亡人数减少43 46，达到最佳保护效果。在汽车发生一次碰撞与二次碰撞之间的间隔时间内，在驾驶员、乘员的前部形成一充满气体的气囊。方面驾驶员、乘员的头部和胸部压在气囊上与前面的车内物体隔开，见上图；另方面利用气囊本身的阻尼作用或气囊背面的排气孔排气节流的阻尼作用，来吸收人体惯性力产生的动能，达到保护人体的目的。安全气囊布置在转向盘内或者在乘员前部的仪表板内。三空间设计的环境宜人性驾驶室作为人机交互系统的系统环境，它的湿热环境、照明、色彩、噪声、振动、空间气味等构成了这个系统。影响这个系统的因素还有加速度、电离辐射以及非电离辐
21、射等。在这个系统的构建过程中，应该尽可能排除这些环境因素对人体的不良影响，是人具有“舒适”的驾驶环境，这不仅有利于保护驾驶者的健康与安全，还有利于最大大限度地提高系统的综合效能。由于时间和能力有限我们就不在对这些方面做细致的研究与讨论了。四、对未来汽车驾驶空间的展望猜想未来汽车将驾驶空间会很简洁，由于电子与智能化的普及，驾驶室将不再设置过多的操作和控制按钮，驾驶室将只保留驾驶最根本的部件。用来给16驾驶人员在精力充沛的时候体验驾驶的乐趣。在人疲劳的的情况下，人机只能交互系统就会自动切换到自动驾驶的模式。而其他的辅助功能将会全部由语音控制来替代手动控制，以此来简化人的劳动，使人更专注于驾驶，而不是其他。对未来驾驶室的猜想见下图所示。
