沈衛(wèi)東 林芳

（上汽大眾汽車有限公司）

以人為本已成為當(dāng)前車輛設(shè)計(jì)的主流，人機(jī)工程對(duì)于車內(nèi)乘員的舒適性、保護(hù)人的身心健康和生命安全、提高車輛的人性化和運(yùn)行效率，都有著舉足輕重的促進(jìn)作用。汽車車身人機(jī)布置是一個(gè)需要反復(fù)協(xié)調(diào)、修改、完善及評(píng)價(jià)的過程，為了能夠在產(chǎn)品研發(fā)初期充分滿足這一要求，采用內(nèi)外飾合一的整車柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)，通過這樣一個(gè)模型，車身內(nèi)部設(shè)計(jì)可以在內(nèi)飾設(shè)計(jì)初期就能夠得到檢驗(yàn)，進(jìn)行乘坐舒適性評(píng)價(jià)并判斷初期的布置是否合理，以便及時(shí)更改尺寸來重新布置。

1 柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

1.1 技術(shù)原理

柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ陀糜谠谘邪l(fā)初期對(duì)于車身內(nèi)部總體布置的舒適性和操縱便利性做出體驗(yàn)和評(píng)價(jià)。該模型通常采用硬質(zhì)泡沫材料，以內(nèi)飾單件邊界為零件分界銑削單件，安裝在鋁型材搭建的主骨架上，需要評(píng)價(jià)的單件，如儀表板、座椅、安全帶及后視鏡等則可以進(jìn)行靈活的替換和匹配，既可以采用批量零件和沿用件，也可以采用銑削零件進(jìn)行匹配安裝，還可以將幾種工藝有機(jī)融合，隨意搭配。柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ透菍?shù)化設(shè)計(jì)以及柔性骨架的概念與人機(jī)工程檢驗(yàn)進(jìn)行了巧妙地融合，可適用于各種不同項(xiàng)目。

1.2 制造流程及工作進(jìn)度

相較于傳統(tǒng)樣車19周的制造周期，全新柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?周制造周期，明顯取得了質(zhì)的飛躍。前期準(zhǔn)備工作為4周，各周期的詳細(xì)工作進(jìn)度及制造流程，如圖1所示。

圖1 柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ椭圃炝鞒碳肮ぷ鬟M(jìn)度示意圖

2 柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募夹g(shù)特點(diǎn)

2.1 內(nèi)外飾合一的模塊化設(shè)計(jì)制造工藝

由于柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓?jié)點(diǎn)處于整車開發(fā)流程的初期階段，因此需要反復(fù)的評(píng)價(jià)驗(yàn)證以便修改完善總布置設(shè)計(jì)。由于評(píng)價(jià)重點(diǎn)在內(nèi)部空間，針對(duì)這一需求采用了內(nèi)外飾合一的模塊化設(shè)計(jì)制造工藝，即以內(nèi)飾需要評(píng)價(jià)考量范圍的邊界做為銑削單件的分割面來切割外覆蓋件型面，如A柱內(nèi)飾包含了內(nèi)飾單件、側(cè)圍鈑金區(qū)域及側(cè)圍密封條，在滿足人機(jī)工程評(píng)價(jià)的前提下，采用這一工藝大大節(jié)省了后期銑削與匹配調(diào)整的時(shí)間，并且內(nèi)外一體的設(shè)計(jì)，使得單件的強(qiáng)度也得到大幅提升，解決了諸如密封條之類零件的匹配問題。以A柱模塊單件為例，如圖2所示，與采用傳統(tǒng)模型制造工藝（需要制作A柱內(nèi)飾單件、側(cè)圍鈑金A柱區(qū)域及密封條3種零件）相比較，從設(shè)計(jì)到銑削加工直至測(cè)量匹配，總計(jì)可節(jié)省約2周的工時(shí)。此工藝延伸推廣至整個(gè)模型所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益及時(shí)間成本是相當(dāng)可觀的。

圖2 A柱單件模塊化設(shè)計(jì)

針對(duì)不同項(xiàng)目，在模塊化零件的拆分上，基于評(píng)價(jià)需求采用了靈活多樣的分件制造工藝。如在某款已上市車型的人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校紤]到C柱內(nèi)飾與周圍內(nèi)飾件的分縫及匹配型面后續(xù)將不斷地優(yōu)化和更新，在設(shè)計(jì)初期劃分模塊邊界時(shí)應(yīng)充分考慮到這一點(diǎn)，將需要優(yōu)化的區(qū)域劃分為一個(gè)統(tǒng)一模塊，即將C柱內(nèi)飾、部分行李箱內(nèi)飾及部分車頂內(nèi)飾作為一個(gè)零件單獨(dú)加工，如圖3所示。

圖3 C柱區(qū)域模塊化設(shè)計(jì)

采用這種工藝可以避免在后期更改中替換整個(gè)行李箱內(nèi)飾和車頂內(nèi)飾，大大節(jié)省了更改時(shí)間，降低了制造費(fèi)用，徹底擺脫了只能依賴白車身作為平臺(tái)來進(jìn)行人機(jī)工程檢查的歷史，優(yōu)化了流程，降低了成本。

2.2 車身單件定位點(diǎn)及測(cè)量定位點(diǎn)的有效布置

柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ椭鞴羌苌习惭b需要評(píng)價(jià)的功能件，如儀表盤、踏板、方向盤及內(nèi)外后視鏡等，它們的位置作為人機(jī)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)，需要保證有較高的精度，使其能真實(shí)地反映設(shè)計(jì)要求的人機(jī)位置關(guān)系。同時(shí)，為了方便H點(diǎn)的測(cè)量，需要確定相應(yīng)的測(cè)量定位點(diǎn)。H點(diǎn)是汽車內(nèi)部布置最重要的基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)于進(jìn)行駕駛室人機(jī)工程設(shè)計(jì)和參數(shù)測(cè)量，輔助進(jìn)行駕駛室其它零件安裝基準(zhǔn)點(diǎn)的定位有重要意義。

在柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹鞴羌苌希茖W(xué)地采用了靈活多樣的測(cè)量點(diǎn)布置方式，如圖4所示，由總成到單件層層遞進(jìn)均覆蓋在測(cè)量范圍內(nèi)，保證了單件在安裝及匹配時(shí)，可以通過測(cè)量的方式進(jìn)行精確定位，最大限度地降低累積誤差，達(dá)到較好地控制總成匹配精度的目的。

圖4 層層遞進(jìn)的測(cè)量點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)件

2.3 采用主骨架鋁型材及標(biāo)準(zhǔn)化連接件

以往的骨架都是基于已經(jīng)制造好的白車身而搭建的，使汽車內(nèi)部布置受制于白車身的生產(chǎn)，不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷。以白車身作骨架比較適用于已有車型的內(nèi)飾小改，而不能滿足一款全新車型的內(nèi)飾開發(fā)。因此，選擇APS（上海比迪工業(yè)鋁型材料配件有限公司）鋁合金型材搭建，獨(dú)立于具體的車型，變得更加靈活，給設(shè)計(jì)師以更多的快速便捷的改造空間。選用APS標(biāo)準(zhǔn)化的鋁型材和連接部件，將大大縮短框架的設(shè)計(jì)組裝時(shí)間，有效控制骨架的成本和工程精度。主體骨架主要采用了3種規(guī)格的APS鋁型材，分別為APS-8-40160、APS-8-4080 及 APS-8-4040，每種型材的規(guī)格和斷面結(jié)構(gòu)尺寸分別如圖5，圖6及圖7所示。以某款已上市車型的人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募夹g(shù)參數(shù)為模板，成功的建立了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

圖5 APS-8-40160鋁型材

圖6 APS-8-4080鋁型材

圖7 APS-8-4040鋁型材

2.4 柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ投鄻踊牧系倪x擇

在柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)與制造中，充分發(fā)揮了輕量化原則，在確保強(qiáng)度的情況下，采用多種材料相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念。主體骨架采用了APS鋁型材。非承重區(qū)域采用了高密度硬質(zhì)泡沫材料，該材料具有質(zhì)輕，硬度較高，表面縮孔少的特點(diǎn)，既符合單件安裝的強(qiáng)度要求，也滿足減重的要求。如圖8所示，在承重區(qū)域，如座椅導(dǎo)軌支架，其踏板機(jī)構(gòu)過渡塊，則采用高密度樹脂材料加強(qiáng)其強(qiáng)度，此種材料強(qiáng)度相對(duì)較高，可以充分滿足鑲嵌螺紋套和支撐件的強(qiáng)度要求。

圖8 座椅導(dǎo)軌代木過渡塊

另外，也可以根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目不同的項(xiàng)目基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)條件，有針對(duì)性的選擇和切換安裝零件材料，如對(duì)于改型車，則意味著有部分批量零件可以沿用，基于時(shí)間與成本因素考慮，會(huì)采用沿用件結(jié)合過渡塊的制造方式，而對(duì)于全新開發(fā)的車型，則會(huì)優(yōu)先采用高密度硬質(zhì)泡沫的制造工藝。

2.5 根據(jù)不同車型快速簡(jiǎn)易切換柔性主骨架

柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ椭鞴羌艿脑O(shè)計(jì)采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)，以方便滿足根據(jù)不同的車型快速調(diào)整骨架尺寸的要求。主骨架的設(shè)計(jì)主要采用了穩(wěn)固性好通用性高的框型結(jié)構(gòu)，拼接區(qū)域采用APS-8-4040或APS-8-4080的標(biāo)準(zhǔn)角件進(jìn)行連接或加固，如圖9所示。骨架的長(zhǎng)度可以根據(jù)車身長(zhǎng)度而進(jìn)行長(zhǎng)短變化調(diào)整，頂部采用鋁制角件（APS-8-4040）來緊固和調(diào)整整體式泡沫車頂，在底部骨架上鋪設(shè)30 mm厚的木板，以增加地板部分強(qiáng)度及緊固底板泡沫零件。在A柱骨架區(qū)域進(jìn)行局部加強(qiáng)，用于安裝前門鉸鏈過渡塊，過渡塊采用硬鋁銑削。B柱骨架上部與下部區(qū)域采用合頁(yè)連接方式，以方便B柱的安裝與緊固，并在骨架底部輔以帶有自鎖功能的承重輪和固定鉤，便于骨架的運(yùn)輸及固定使用。

圖9 柔性主骨架

柔性骨架的設(shè)計(jì)具有極大的通用性，在輪距方向只需要對(duì)加強(qiáng)件及支撐件進(jìn)行簡(jiǎn)易調(diào)節(jié)，適用范圍便涵蓋了A0級(jí)，A級(jí)，B級(jí)以至C級(jí)的各款車型，在軸距方向只需要對(duì)尾部骨架進(jìn)行收縮操作，如圖10所示。骨架可在箭頭所示范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同車型，滿足不同車型的長(zhǎng)度需求。由于參數(shù)化的引入和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的建立，大大縮短了工時(shí)。

圖10 尾部骨架軸距方向收縮示意圖

2.6 多適應(yīng)性的門板平臺(tái)的設(shè)計(jì)

作為人機(jī)工程評(píng)價(jià)重點(diǎn)之一的門內(nèi)飾總成，柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)創(chuàng)新地采用根據(jù)門內(nèi)飾輪廓進(jìn)行線切割的鋁板作為載體，進(jìn)行試制樣件、沿用件及硬質(zhì)泡沫銑削件之間的任意切換。

設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)門內(nèi)飾厚度及輪廓模擬出安裝平臺(tái)形狀，采用3 mm的鋁板進(jìn)行線切割，如圖11所示。

圖11 線切割鋁板平臺(tái)

針對(duì)樣件，采用過渡塊方式連接樣件與鋁板；針對(duì)泡沫件，采用銷定位及螺栓緊固的方式進(jìn)行安裝。模塊化鋁板平臺(tái)，則采用鉸鏈通過鋁過渡塊與主體骨架連接，并具備三向可調(diào)的特性，其中下部鉸鏈采用帶限位功能的批量門鉸鏈，而上鉸鏈則可以簡(jiǎn)化為一般門合頁(yè)，如圖12所示。

圖12 合頁(yè)與門鉸鏈相結(jié)合方式

通過磁鐵吸附功能的方式實(shí)現(xiàn)了門的關(guān)閉鎖緊功能，如圖13所示。

圖13 磁鐵緊固方式

采用這種模塊化的設(shè)計(jì)制造方式，極大地增強(qiáng)了模型的適用性，延長(zhǎng)了模型的生命周期，在沒有樣件的情況下，先采用銑削零件進(jìn)行首輪評(píng)價(jià)，樣件制作完成后可以輕松地進(jìn)行切換，進(jìn)行第2輪甚至更多輪評(píng)價(jià)。采用合頁(yè)及磁鐵，真正實(shí)現(xiàn)了通用性，以簡(jiǎn)單零件實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的工藝，在滿足功能的同時(shí)，大大降低了制造成本。

2.7 功能件的布置與調(diào)整

雖然柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械膬?nèi)飾件大都是由泡沫模型組成的，但是方向盤、踏板及座椅等裝置依然優(yōu)先采用樣件或沿用件，使人能獲得實(shí)際的操縱手感。采用過渡塊連接方式來連接樣件和主骨架，其中根據(jù)零件的不同又有著各自不同的連接方式，這些過渡件均具備三向調(diào)節(jié)功能，安裝時(shí)便于在一定公差范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)，提高裝配精度，同時(shí)可在功能件內(nèi)部設(shè)計(jì)修改時(shí)快速調(diào)整，大大縮短模型搭建時(shí)間。

以踏板機(jī)構(gòu)為例，在主骨架進(jìn)行布置之初，充分考慮了自動(dòng)與手動(dòng)迅速切換的可能性。另外，為了確保踏板腳感的真實(shí)性，對(duì)批量踏板機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，通過采用在踏板下部增加接地氣彈簧的方法，巧妙地利用現(xiàn)有資源解決了在樣車上必須通過安裝真空助力泵才可以解決的復(fù)雜問題。

3 結(jié)論

綜上所述，柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪亲灾餮邪l(fā)設(shè)計(jì)的，它為汽車人機(jī)工程檢驗(yàn)及新車型開發(fā)總布置的開展提供了新的載體。此模型可以快速、便捷地進(jìn)行各種有關(guān)汽車人機(jī)工程理論和設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)，使新車型總布置研發(fā)擺脫了只能以樣車白車身為平臺(tái)的歷史，并在人機(jī)方案驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)提前的同時(shí)大幅度地降低試驗(yàn)費(fèi)用，縮短驗(yàn)證周期。同時(shí)，還具有數(shù)據(jù)依賴性低及通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。柔性人機(jī)工程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诮窈蟮能囕v工程研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中必將得到廣泛的應(yīng)用。