溜背车型后排乘员头部空间的优化设计

溜背车型后排乘员头部空间的优化设计

近年来，溜背式设计被越来越多的车型采用，使车型美观度得到显著提升，创造出更加理想的销售业绩。但是这种设计对乘员乘坐空间的影响不容忽视。如何兼顾造型美观性及人机工程舒适性，是溜背车型设计的一大难点。本文从用户体验的角度出发，提出了一种优化设计方法，并结合实车评价验证了有效性。

近年来，溜背式设计被越来越多的车型采用，使车型美观度得到显著提升，创造出更加理想的销售业绩。但是这种设计对乘员乘坐空间的影响不容忽视。乘坐空间作为汽车内部空间设计的核心部分，占据了 50%～80%的内部空间。乘员头部空间是评价乘员内部空间尺寸的重要指标之一，它直接影响客户对车辆的空间感受。如何兼顾造型美观性及人机工程舒适性，是溜背车型设计的一大难点。为了更直观地评价和校核头部空间，用人体头部包络来表示驾乘人员的头部范围。头部包络在整车坐标系下的定位，是在汽车内部描绘出驾驶员及成员在舒适的乘坐状态下头部活动范围。

目前业内普遍采用美国汽车工程学会（Society of Automotive Engineers, SAE）在其标准 SAE J1100—2009 和全球汽车制造商信息交换组织（Global Cars Manufacturers Information Exchange Group, GCIE）2011 年的工程图标准，对头部空间的定义来表征乘客的头部与顶棚之间的空间大小。但是实际车型开发中已有定义并不能完全表征乘员对头顶周边空间的感受，常需要到人机模型验证阶段才能发现头部空间不足的问题。而要解决这个问题，需要更改顶棚造型、钣金结构及顶盖外造型，势必会带来工作的反复，严重影响车型的开发进度。若是车型开发决策者基于时间进度的考虑，不同意整改，将产品直接推向市场，则给用户带来不好的体验。

1 头部空间

SAE J1100—2009 对头部空间的定义包括有效头部空间、侧向头部间隙、斜向头部间隙、垂向头部间隙等多种维度。

本文研究的溜背车型后排头部空间，因为车辆顶盖后端的下压效果，关键点在于乘员头顶正上方以及后脑勺附近的空间大小，本文统一称为后排后方头空。SAE J1100—2009 中与其有关的尺寸共有 4 个，均在乘员中心平面内测量，分别为H61、H46、H47 和 L39。

为了表述清晰，本文用 S 表示 SAE 95%人体头部包络在乘员中心平面内的截面。H61 是沿垂直方向向后 8 度线的方向上，座椅参考点（Seating Reference Point, SgRP）到顶棚或遮阳帘的距离加上 102 mm 得到的数值，如图 1 所示。

H46 是截面 S 垂直向上移动至与内饰相切时的移动量，若 S 与内饰干涉，则记负值。H47 是截面 S 与内饰的最小距离，若 S 与内饰干涉，则记负值。L39 是截面 S 与后窗装饰件最低水平切点的最小距离，若 S 与内饰干涉，则记负值。如图 2 所示。

2 后排后方头空设计流程

在新车型的正向开发中，乘员的头部空间大小是需要在车型开发的初期阶段就明确设定的客观指标。一个典型的头部空间设计的开发流程图如图 3 所示。

在项目预研阶段，产品规划部门根据车型的产品定位输出头部空间的商品性目标，通常使用“L”“T”“A”“B”来分别代表“超好”“最好”“相当”和“最差”水平。

在概念设计阶段，人机工程师需确定输出头部空间的目标值。主要通过扫描对标车内外表面及座椅行程、人机坐姿等，测量对标车型头部空间的客观数值，再根据规划部门输入的商品性目标来确定头空的目标值。进而转化为三维（Three Dimensions, 3D）数据输出至造型，作为工程与造型的设计交流工具，用于约束造型面的开发。

在造型设计阶段，造型数据发布后，人机工程师需分析数据是否符合目标。当不满足目标时，需反馈造型部门修改，直到造型数据满足人机目标后，才能进入详细设计阶段。

3 后排后方头空的设计实例

下面以一个实例来说明后排乘员后方头部空间的具体设计方法。

3.1 按现有标准分析的后排后方头空设计

第一步，根据产品定位以及对标车型的客观数据，确定了 A 车型的后排后方头空的目标值，如表 1 所示。

第二步，在 CATIA 里将目标转化成 3D 数据，因为指标本身定义的缘故，H47 和 L39 无法直接表示，仅输出了 H61 和 H46 这两个指标作为造型数据的约束，如图 4 所示。

第三步，在造型设计阶段，造型工程师输出了两个顶棚方案，如图 5 所示，下方顶棚线为方案一；上方顶棚线为方案二。

两个方案的顶棚线均在约束线之上，满足目标要求。不能用约束表达的 H47 和 L39，分析校核结果如表 2 所示，也均满足目标要求。而且在 H61、H46 和 H47 这三个指标数值完全相同的情况下，方案一的 L39 更大，方案一明显更优。

第四步，按此分析结论，推荐采用方案一的冻结顶棚造型。

3.2 优化的后排后方头空设计

本文引入一个新增指标 H61-K，后排座椅靠背角 K 对应的有效头部空间，替代指标 L39。具体测量方法：在乘员中心平面内，过 SgRP 沿垂直方向向后 K 度线的方向上，SgRP 到顶棚的距离加上 102 mm 得到的数值。如图 5 所示。

第一步，新增 H61-K 指标，替代 L39。根据商品性目标 A，以及几个对标车型的 H61-K 客观数据的平均值，确定 A 车型的 H61-K 目标值≥950mm，优化后的后排后方目标设定表如表 3 所示。

第二步，输出 3D 约束，如图 7 所示。

第三步，校核分析结果如图 8 和表 4 所示。

方案一顶棚线不满足目标要求，方案二顶棚线满足要求。

第四步，推荐采用方案二冻结顶棚造型。

3.3 模型验证

两个方法得到完全不同的结论，为了验证到底哪个方案更优，制作了两个方案对应的顶棚样件，在人机模型上进行静态主观评价。

人机静态主观评价是汽车静止状态下，由人机主观评价人员根据评价的内容结合设计开发经验和驾驶经验对人机性能的主观感受和评价。

评价结果反馈方案二比方案一的头部舒适性更好。主要表现在后排乘客在乘坐时，因为主要需求是休息，所以他们的乘坐姿势，头部是倚靠在座椅头枕上的。

按 SAE 定义的采用 L39 这个指标来分析时，L39 测量的“顶棚等内饰件的水平最低点”可能离头包很远，根本无法准确表达乘员头部与顶棚的关系，而本文新增的指标 H61-K 有效表达了后排乘客头部倚靠在座椅头枕上时，头部与其上方顶棚的间隙。

4 总结

本文从业内普遍采用的 SAE 及 GCIE 现有标准对后排乘客头部空间的定义出发，提出了对于溜背车型而言至关重要的后排乘员头部空间的优化设计方法。通过一个具体车型的开发案例，验证了本文提出的用新增指标 H61-K 替代 L39 的方法，可以有效表征后排乘员的后方头部空间，大幅提升了车型研发的效率。此方法也得到了之后多款车型开发的实践应用，值得推广。

本文原文来自起点研究院