第三章基于统一标准的车辆人机综合项目工程设计工具.doc

第三章基于原则车辆人机工程设计工具
3.1 基于H点车辆车内空间设计
3.1.1点装置、功能和应用
3.1.2驾驶员H点位置曲线
3.1.3 A类车SAE H点位置曲线
3.1.4 B类车SAE H点位置曲线
3.2 眼椭圆
3.2.1驾驶员眼椭圆
3.2.2汽车先后视野及规定
3.2.3人眼视区
3.2.4 A类车、B类车眼椭圆应用
3.3 头廓包络
3.3.1概述
3.3.2A类车、B类车头廓包络
3.3.3头廓包络应用
3.4驾驶员膝部、胃部包络线
3.4.1 驾驶员膝部包络线生成、定位
3.4.2 驾驶员胃部包络线生成、定位
思考题

3.1 基于H点车辆车内空间设计
3.1.1 H点装置、功能和应用
1．H点
H点装置(H Point Device)是车身布置和测量重要工具，对于进行驾驶室人机工程学设计和参数测量、辅助进行驾驶室内部基准点定位具备重要意义。H点装置涉及H点测量装置(H-Point Machine，HPM)和H点设计工具(H-Point Design Tool，HPD)。
H点测量装置是SAE定义用于建立和测量汽车核心基准点和尺寸物理装置，在美国、欧洲和日本等汽车发达国家得到了广泛应用。HPM-Ⅱ型H点测量装置由鞋、小腿、大腿、座板和躯干构成，各某些均可以拆卸，如图3-1所示。此外，还涉及鞋固定装置和头部空间测量装置两个附件。H点测量装置重要尺寸如图3-2所示。

图3-1 HPM-Ⅱ型H点测量装置图
1-鞋；2-鞋固定装置；3-小腿；4-大腿；5-座板；
6-可拆卸重块；7-头部空间测量装置；8-躯干

图3-2 H点测量装置重要尺寸
驾驶员H点布置定位。 为了使不同身材驾驶员都获得良好视野和操作性能，转向盘、操作踏板和座椅在理论上都可以设计成固定或可调节。例如固定H点—调节加速踏板和转向盘；固定转向盘抓握点—调节、加速踏板和座椅；固定视点—调节加速踏板、转向盘和座椅；固定加速踏板—调节转向盘和座椅。
但从设计、加工和使用状况来看，固定操作踏板同步辅以转向盘可调是最抱负方式。因而，在SAE J1517 Driver Selected Seat Position原则中则以加速踏板和地板面为基准给出了驾驶员H点坐标曲线，如图3-3所定义x、z值。

图3-3 驾驶员H点曲线坐标定义
H点是H点装置上躯干与大腿铰接点。在不同场合，其体现形式也不同。
(1)设计H点：是借助HPD按一定程序建立H点，用以表达设计乘坐位置。
(2)乘坐基准点(Seating Reference Point，SgRP，欧洲和国标称为R点)：对于指定乘坐位置而言是一种特殊设计H点。它具备如下特点：它是在车辆设计过程初期就定义重要基准点；虽然行程可调节座椅在其H点调节轨迹上有许多设计H点，但只有唯一一点定义为SgRP；驾驶员SgRP很重要，它用于定位某些布置工具，且用来定义了许多核心尺寸。
(3)实际H点：是将HPM按规定环节安放在座椅上时，所测得H点位置(相对于整车坐标系，或者相对于座椅构造)。
2. H点装置功能与应用
（1）H点装置测量功能
当H点装置用于测量用途时，可以将座椅和车内硬点和硬点尺寸测量出来。按照测量用途区别，可提成方案对比分析、方案审核以及定位内部基准点3种状况。在概念设计初期，H点装置常被用来测量其她厂商车型布置参数，以获得其设计意图，并对不同车型参数进行对比分析，称为对标分析(Benchmarking)。当样车制造出来后，通过对样车上H点和内部尺寸测量．可以审核样车制造和装配精度与否达到了设计方案规定。H点装置所测得基准点位置还为其她测量和实验提供了位置基准。例如：在进行整车碰撞实验时．需要将碰撞假人安放在座椅适当位置(SgRP处），这个位置就是用H点装置测得。因而，H点装置对于进行驾驶室人机工程学设计和参数测量、辅助进行驾驶室内部基准点定位具备重要意义。当测量与SgRP位置关于尺寸时，也需要借助H点装置来将SgRP位置标记出来。如果HPM与HPD配合使用，则更以便对测量数据解决。单纯测量座椅参数(SgRP位置、A40、A27和L81-1)时，可不必安装HPM大腿部、小腿部和鞋。
（2）H点装置设计功能
在方案设计中，用H点装置来建立室内人机工程学基本布置方案所涉及核心基准点和尺寸，这些核心基准点和尺寸称为硬点和硬点尺寸。例如：对于两排座轿车，可建立硬点和硬点尺寸见表3.1.
表3.1 运用H点装置建立硬点和硬点尺寸

（3）运用H点装置进行驾驶员乘坐环境参数对标
在开发新车型时，由于缺少经验和数据，有时无法给出某些核心参数值。在这种状况下，经常借助对市场上竞争车型进行对标分析来获得参照值，亦即获得对方设计意图。将HPM(HPD)和三坐标测量设备(Coordination Measurement Machine，．CMM)配合使用，就可以对竞争车型上核心参照元素进行测量，以进行对标分析。在此基本上就可以建立新车型核心基准点和尺寸。这里讲述运用HPM(结合HPD)进行驾驶员乘坐环境参数对标分析办法。
3.1.2驾驶员H点位置曲线3.1.2节H点位置曲线在背面3.1.3,3.1.4均涉及，此节单独解说内容少，与否可以与后边小节合并

H点布置方案与驾驶员乘坐舒服性、上肢和下肢操作空间、视野性和头部空间以及乘员乘坐空间等人机关系密切有关，是室内布置重要内容。
3.1.3 A类车SAE H点位置曲线
SAE原则依照驾驶员空间尺寸差别将汽车分为A、B两个大类：A类汽车重要是指乘用车，如轿车、旅行车、MPV和轻型货车； B类汽车重要是指商用车，如中、重型货车和大客车。
对于A类车，x方向定位基准点位于BOF，z方向定位基准点是AHP，如图3-4所示。SAEJl517中适意H点位置曲线是依照美国20世纪60年代驾驶员人体和实验数据经记录分析之后生成。记录时，A类车驾驶员男女比例为1：1；B类车男女比例提成90：10、75：25和50：50这3个档位。A类车H点位置曲线模型为

（3.1）
式中，x为H点到BOF水平距离，mm；z为H点到AHP垂直距离，mm。

图3-4 A类车SAEJI517中适当H点位置曲线
3.1.4 B类车SAE H点位置曲线
B类车H点位置曲线，要考虑驾驶员群体中男性和女性所占比重。3种状况下适意线方程列于表5—7中。表中，x为H点到AHP水平距离，mm z为H点到AHP垂直距离，mm。客车驾驶区布置设计要用到B类车H点曲线表达式，它在SAE J1517原则中给出。详细如下图3-5所示关系：

图3-5 B类车SAE H点位置曲线
考虑到客车驾驶员实际状况，咱们选用男女比例为95：5H点曲线来布置驾驶区。在SAE原则中，H点高度范畴是405—530mm。图3-6是客车驾驶员H点位置曲线，男女比例按95：5。从图中可直接得出：驾驶椅理论调节量是先后246mm，上下125mm。
如果考虑放宽余量，要将所有百分位H点曲线包括起来，可取先后260mm，上下150mm，则以50％H点曲线中点做出这个矩形ABCD，则咱们能得出：驾驶椅H点安装定位最后点是距PRP点747mm，最下点是距地板面392．5mm。

图3-6 客车驾驶员H点位置曲线（男女比例按95:5）
理论上，SgRP点应定义在第95百分位曲线中点，即图10—50中理论SgRP点。但这样定位对于客车而言没有太大使用价值。为了能定义一种明确驾驶区与乘客区边界，咱们需要是驾驶员椅最后位置：这就是图中线段AB，它距加速踏步上PRP点747mm。那么驾驶椅安装定位就是以AB线为最后位置来定位，即图3-6中“工程SgRP点”。
这取决于座垫与底座相对运动关系：
如果座椅垫相对于底座只能向后增大调节距离，那么驾驶椅是在最大调节量状态下安装；如果座椅垫相对于底座只能向前增大调节距离，那么驾驶椅是在最小调节量状态下安装。
理论上先后调节量260mm是偏大，这是为了能覆盖尽量多人群。考虑到客车驾驶员详细状况，在国内第5百分位女性身高只有1484mm，见表3.2。如果限定客车驾驶员身高必要在1600mm以上，那么驾驶椅先后调节量至少可降为理论值一半，即130mm。再如，GB 18463-《机动车驾驶员身体条件及其测评规定》原则中规定：
驾驶大型客车、大型货车、无轨电车者身高必要不不大于等于1.55m，而此身高值则大概相称于国内女性身高第35百分位。
表3.2 中华人民共和国女性身高分布

综合这些因素，当前国内客车驾驶椅调节量大概是先后200mm、上下180mm是适当。
以上是按SAE原则给定H点方程来推断驾驶椅行程，咱们可称之为解析法。另一种办法是用原则人体模板来求得驾驶椅工作行程，即作图法。
以作图法来检查SAE解析法结论。图3-7所示是用中华人民共和国第95百分位男性人体
图3-7 中华人民共和国第95百分位男性人体和第5百分位女性人体驾驶区布置
模板和第5百分位女性人体模板做出四个极限位置驾驶员坐姿。直观感觉是没有一种坐姿是舒服!踝关节角度太小，并且先后两个极限位置转向盘调节量过大，这在转向盘构造上是不能接受。如果不调节转向盘而整体移动踏板和驾驶员椅，这在乘客乘坐空间布置上也是不能接受。
问题核心是如何定义客车驾驶员最舒服坐姿。
乘用车驾驶员舒服坐姿已研究得相称成熟，并且也有诸多参照资料可以运用。而客车在这方面研究几乎是空白。
客车驾驶姿势同乘用车驾驶姿势有着很大差别，这导致咱们无法完全套用乘用车结论。
但有一点是共通，即脚与加速踏板作用姿态决定了驾驶员坐姿：最适当姿势是右脚很自然地放在加速踏板上，即踝关节角度接近90。
客车驾驶员坐姿不同于乘用车驾驶员最大特点是躯干后倾角小，大腿接近水平。图3-8所示是用中华人民共和国50％人体H点样板做出乘用车驾驶员和大客车驾驶员最适当坐姿，图中各角度见表3.3。

图3-8 乘用车驾驶员和大客车驾驶员最适当坐姿
表3.3 乘用车驾驶员和大客车驾驶员最适当坐姿角度范畴

因而，咱们当前对大客车加速踏板也有了明确技术规定：在自由状态下其踏板安装角度不能太大，相对于驾驶区地板角度不能不不大于400。且依照人体踝关节生理特点，踏板行程最佳不不不大于200，以150为最佳。
图3-9是两个安装角较小加速踏板，图3-10是采用图3-9中第二种踏板、按95百分位和女性1550mm身高两种H点样板做出两个极限驾驶员H点布置。

图3-9 两种安装角较小加速踏板

图3-10 按95百分位男性和女性1550mm身高两个极限驾驶员H点布置
至此，咱们最后结论是：
a．第95百分位男性H点就是驾驶椅最后位置，它距BOF点850mm。
b．身高1550mm女性H点就是驾驶椅最前位置，它距BOF点750mm。
那么驾驶椅调节行程是：
先后方向：850mm一750mm=100mm。
上下方向：485mm一433mm=52mm。
对于客车驾驶区设计，对的做法是：
a. 固化转向盘及其管柱、加速踏板、制动踏板、离合这四件为一组件，即操纵件模块。
b.做出驾驶员相对于该操纵件模块最后位置。
为了增大乘客区尺寸，就是要尽量地使操纵件模块前移，这取决于造型曲线和刮水器构造型式，即其前面究竟尚有多大空间可用。
3.2眼椭圆
3.2.1驾驶员眼椭圆
在驾驶人-车辆-环境系统中，人(驾驶人)机(车和车外环境)界面视觉链优化匹配，必要以驾驶人眼睛位置(称为视点)为定位基准。由于人身材大小不同，不同驾驶人以正常驾驶姿态坐在驾驶座椅上，她们眼睛位置显然是不同。运用记录观点和办法研究驾驶人视点分布规律，发现车辆驾驶人视点分布图形是呈椭圆状，故称为驾驶人眼椭圆。如图3-11眼椭圆示意图。

图3-11 眼椭圆
1-长轴轴线Ax
2-短轴轴线Ay 3-竖轴轴线Az
1992年此前SAE J941眼椭圆原则，是基于美国福特汽车公司Meldrum等人研究成果。1963年，Meldrum等人在SAE资助下，对驾驶人眼睛位置分布进行了实验记录。办法是：让美国各州及少数欧洲、亚洲和其她国家2300多名驾驶人(男女人数比例为1：1)分别坐在3辆静止敞篷车内，将转向盘和座椅按各自习惯调节到适当位置，眼睛注视前方屏幕上播放交通场景，并犹如真正驾驶同样操纵汽车，同步正前方和侧面两架照相机同步拍摄下眼睛位置。图3-12 为不同百分位人群眼椭球视图。

图3-12 不同百分位人群眼椭球视图
3.2.2汽车先后视野及规定
汽车视野性能直接影响到汽车行驶安全性、乘坐舒服性及操纵以便性，是车身总布置设计中视野设计应考虑核心。汽车视野必要保证95％ 以上驾驶员视野能达到有关原则和法规规定。汽车视野设计内容如图3-13所示：
1. 前方及内外后视野设计规定
前方视野规定涉及：保证驾驶员在交通路口停车线内能看到交通灯和其她交通标志、前风窗玻璃有足够透明区、对A立柱双目障碍角限制。 如图3-13为汽车视野设计内容图。

图3-13 汽车视野设计内容
（1）前方垂直向上方向上视野应当满足:驾驶员坐在车内以正常驾驶姿势能看见车前方12m处，高为5 m标杆(红绿灯高度)。其评价原则见表3.4。
表3.4 前方视野评价

从前风挡上缘向眼椭圆作上、下切线，普通上视角不得不大于10°，下视角不得不大于20°。在俯视图上，由左右前立柱边沿向左右眼椭圆作切线，其夹角为水平视角，普通不不大于73°。
（2） 内外后视野法规规定
SAE法规与GB规定大体是一致，国标参见GB15084。SAE规定：内视镜后视野双眼水平视野角不不大于20°。视距不小60m,即垂直方向视角保证驾驶员能看见60m 处交通状况。外视镜后视野法规规定双眼水平视野角不不大于10°，视距不不大于l 0m，即:垂直方向视角保证驾驶员看见至少l0m处交通状况。
3.2.3人眼视区
一切光学信息都要通过眼睛才干被人大脑所感知,视野是指人眼可视范畴,普通以角度表达。
1. 眼睛和头部都不转动时视区
此时，视区可以分为如下三种：
（1）单眼视区，是指只用左眼或右眼单独观测时所能看到区域。
（2）双眼视区，是指用左、右眼同步观测时两眼都能看到区域。
（3）两单眼视区，左、右眼单独观测到两个单眼视区合成区。
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1500其为直前视线一侧90o、另一侧600区域。双眼视区为1200，两单眼视区为180o。见图3-14。
在垂直方向上双眼视区为直前视线上方50o-55o，下方60o-70o。这样便构成了人眼视锥。锥顶视瞳孔距中心，见图3-15。

图3- 14 水平方向视区

图3-15 垂直方向视区
2．眼睛和头部都转动时视区
驾驶员观测周边物体时，往往转动眼球和头部,以扩大视区范畴。眼睛和头部转动角度按转动时，与否舒服提成自然转动和勉强转动。在自然转动时，眼睛和头部均无不舒服感。在勉强转动时，眼睛和头部会有不舒服感。其范畴如图3-16、3-17所示。

图3-16 眼睛和头部水平方向转动角

图3-17 眼睛和头部垂直方向转动角

3.2.4 A类车、B类车眼椭圆应用
1．A类车、行程可调节座椅眼椭圆
（1）长轴长度Lx
研究表白，驾驶人眼睛位置沿眼椭圆长轴方向(Ax方向)分布与驾驶人身高呈现0.473有关关系。即，若两个驾驶人身高相差10 mm，则其眼睛位置在Ax方向相差4.73 mm。令变量X=0.473(S—SR)表达眼睛在Ax方向位置，S代表身高，SR为参照身高。由于单一性别驾驶员群体身高呈正态分布，则男子和女子眼睛位置沿Ax方向各自呈正态分布，如图3-18所示。

图3-18眼椭圆长轴计算原理
记M=0.473(SM—SR)，F=0.473(SF—SR)，M和F分别为目的驾驶员群体男子和女子眼睛位置分布均值，SF和SM分别为平均女子身高和平均男子身高，如图3-18所示，CM和CF分别为男子、女子眼睛位置分布上、下1—P分位点，P为眼椭圆百分位值。则驾驶员眼睛位置落在CF左边概率1-P为
（3.2）
式中， PM为目的驾驶员群体中男子浮现概率；Φ表达原则正态分布函数；σSM 和σSF分别为男子和女子眼睛位置分布原则差，并且
（3.3）
式中，σM 和σF分别为男、女驾驶员人身高分布原则差。
同理可得
（3.4）
由于P为眼椭圆百分位值，依照式(3.2)和式(3.4)可以计算CM和CF值，眼椭圆长度为
(3.5)
（2）短轴长度Ly和长轴长度Lz。对于一定驾驶人群体，当其坐在适当驾驶位置时，其眼睛位置在汽车坐标系3个方向上均呈正态分布。研究发现，眼椭圆短轴和长轴长度基本上不受驾驶人身高和布置参数影响。因而，可以依照眼睛位置一维正态分布变量原则差和眼椭圆百分位值P来计算Ly和Lz。
(3.6)
式中，表达Φ-1表达原则正态分布函数反函数。
眼椭圆定位涉及拟定椭圆中心位置和倾角。影响眼椭圆定位布置参数涉及：转向盘在先后方向相对于加速踏板基准点（PRP）距离(L6)、座椅高度(H30)、变速类型(手动还是自动)和座椅升程(A19)等，如图3-19所示。

图3-19 影响眼椭圆定位分布参数
a 俯视图 b侧视图 c后视图
SAE J941原则采用是关于乘员眼睛位置分布规律最新研究成果，其眼椭圆不再依照设计乘员躯干角度A40定位，而是以为：转向盘先后位置和座椅高度是影响眼椭圆中心位置重要因素。新定位办法采用了更多、更精确参数作为定位因子，提高了灵活性和精确性。
（3）椭圆倾角计算
眼椭圆3个轴线互相垂直。轴线Ay方向平行干汽车坐标系Y轴方向。对于A类车可调节座椅眼椭圆，长轴轴线Ax与水平面夹角应依照H点调节轨迹倾角A19计算，即
(3.7)
（4）椭圆中心计算
椭圆中心3个坐标分量Xc、Yc（分别以Yc1和Ycr 代表左右眼椭圆中心Y坐标）和Zc分别以PRP，Y零平面和过AHP水平面为定位基准，其计算公式如下：
(3.8)
式中，L6为转向盘中心到加速踏板基准点(PRP)先后距离；H30为座椅高度；t为变速类型，当有离合器踏板时t=1，否则t=0；CM和CF分别为男子和女子眼睛位置分布上、下1—P分位点；β为侧视图眼椭圆倾角；W20位SgRP点在汽车坐标系中y坐标。
（5）眼点
视野时，需以眼椭圆轮廓上距离后视镜最远点作眼点，但找这个眼点比较麻烦。通过记录研究，SAE得出了以便某些场合使用视原点，借助它们可以便地得到眼点。
E点（眼点）代表眼睛位置，是视野设计过程中视线出发点。眼点有两个，分别为左右眼睛位置，左右眼距离为65mm。
P点是驾驶员头部水平转动中心点，与E点等高，位于左右眼点EL和ER连线中点后方98mm处，如图5.25所示。其中，图3-20（a）头部水平转动角为零；图3-20（b）中头部绕P点水平转动了α角，新眼点为和，SAE中只定义了A类车、装备行程可调节座椅时P点，对于B类车和固定座椅状况下没有定义P点。P点采用相对于95th百分位中央眼椭圆中心偏移量来定位，见表3.5，其中“+”号表达该值沿汽车坐标轴系正方向起作用。中央眼椭圆是大小和眼椭圆相似、其中心位于左右眼椭圆中心连线中点辅助椭圆。

图3-20 眼点与p点相对位置
表3.5 p点相对于95th百分位中央眼椭圆中心偏移量
头部转动点P1和P2分别用来计算驾驶员左、右侧A柱双目视野障碍角。头部转动点P4和P3分别用来计算驾驶员左、右侧后视镜间接视野。
2．B类车眼椭圆尺寸和定位
B类车眼椭圆原则内容自1987年以来始终没有更新。眼椭圆尺寸见表3.6。B类车眼椭圆定位时以ATRP(Accommodation Tool Reference Point，驾驶室布置工具图形定位基准点)作为基准点。由于在操作B类车驾驶员中，随详细车型不同，驾驶员群体中男女比例也许会有较大差别，因而，眼椭圆定位时需要考虑驾驶员群体中男女比例。此外，在侧视图上，眼椭圆关于其中心有向前下方11．6o转角；在俯视图上，左右眼椭圆关于其中心有向右侧5．4o转角，如图3-21所示。
表3.6 B类车眼椭圆尺寸

图3-21 B类车眼椭圆
有了ATRP点后，眼椭圆中心相对于ATRP定位公式列于表3.7中。表中，X为椭圆中心相对于ATRP水平距离(mm)；YL、YR分别为左、右眼椭圆中心相对于ATRP侧向距离(mm)；Z为圆中心相对于ATRP垂直距离(mm)。d为躯干后倾角，也可以为是座椅靠背角(0)。眼椭圆绕其中心旋转：在俯视图中向内侧偏5.40，侧视图中向前下偏转11.60。
表3.7 眼椭圆中心相对于ATRP定位公式

客车中采用男女比例取为90：10，此时也可用表3.8直接查出x、z与d相应值。
表3.8 男女比例是90:10时X、Z与α相应值

图3-22是采用男女比例为90：10时做出客车驾驶员眼椭圆定位，ATRP是第50百分位H点，取d=13。按表10—19计算x、z值，图中未画出俯视图眼椭圆。

图3-22 男女比例为90:10时客车驾驶员眼椭圆位置
基于驾驶员眼椭圆视野设计，视区和盲区定义：如图3-23所示，EL、ER为左、右眼点。

图3-23 视区与盲区定义
（1）单眼视区：只用左眼或右眼单独观测时所能看到区域。
（2）两单眼视区：用左眼或右眼单独观测到两个单眼视区合成区域。
（3）双眼视区：用左、右眼同步观测时都能看到区域，即两单眼视区重叠区域。
（4）直接视区：无需借助后视镜而能直接看到区域。
（5）间接视区：借助后视镜才干看到区域。
（6）单眼盲区：由左眼或右眼单独观测时，由于障碍物对视线阻挡而形成左眼或右眼看不到区域。
（7）双眼盲区：左、右眼同步观测时，由于障碍物对视线阻挡而形成两眼都看不到区域，即左、右单眼盲区公共某些。
汽车视野设计过程中，眼椭圆是抱负设计工具，但在实际应用中其略显复杂。因而在诸多状况下用视点来代替眼椭圆，如在GB 15084--《机动车辆后视镜性能和安装规定》原则中就定义了驾驶员左、右眼点OE、OD。
图3-24是分别采用眼椭圆和视点来标记驾驶员视角，按GB 15084--定义视点其定位基准是ATRP点。图中a为上视角，β为下视角，γ为左视角，δ为右视角。按GB15084--规定，γ不能不不大于55。，从图中可以看出，此条是很容易满足：对于采用短耳式左侧镜车型，如公交车，γ≤550也不存在问题。

图3-24 分别采用眼椭圆和视点来标记驾驶员视角
3.3 头廓包络
3.3.1概述
头廓包络指不同身材乘员以正常姿势坐在适当位置时，其头廓(涉及头发)包络，它用于在设计中拟定乘员所需头部空间。与眼椭圆相相应，头廓包络面也涉及座椅行程可调式和不可调式两种。
通过对人头部尺寸进行测量和记录，SAE制定了平均头廓线，用来描述侧视和后视方向头廓平均尺寸，如图3-25所示。

图3-25 SAE平均头廓线
a 侧视图 b后视图
将平均头廓线样板上眼点沿着眼椭圆轮廓上半某些运动，平均头廓线随之平动，描绘出各个位置平均头廓线包络就是头廓包络线。
1997年，头廓包络面取代了头廓包络线。包络面开发采用是CAESAR人体数据库中3个平均身材男子头廓三维扫描数据。为以便使用，SAE将头廓包络面简化成为上半椭球面，如图3-26所示。

图3-26 头廓包络面生成原理

3.3.2 A类车、B类车头廓包络
1. A类车头廓包络
头廓包络面尺寸涉及长轴、短轴和竖轴长度。各种座椅水平凋节行程TL23乘员头廓包络面尺寸见表3.9。行程可调节座椅(TL23不不大于零)头廓包络尺寸含义如图5-20所示，固定座椅(TL23等于零)头廓包络尺寸含义如图2-27所示。
表3.9 头廓包络线面尺寸

图3-27 头廓包络线面尺寸含义（行程可调节座椅）
a 俯视图 b 侧视图 c 车前排外侧乘员头廓包络面 d 后视图
头廓包络面定位：头廓包络面倾角SAE J1052原则中，适合A类车、行程可调节座椅头廓包络面只在侧视图有向前下方12o倾角β，其她视图方向倾角为零。对于固定座椅，在各个视图方向倾角均为零。
头廓包络面中心位置驾驶人头廓包络面中心3个坐标分量Xc、Yc和Zc。分别以 PRP、y零平面和过AHP水平面为定位基准，如图3-28所示。

图3-28 驾驶员人头廓包络面位置
当座椅水平调节量TL23不不大于零时，有
(3.9)
式中，L6为转向盘中心到加速踏板基准点(PRP)水平距离；H30为座椅高度；t为变速器类型，当有离合器踏板时t=l，否则t=O；Xh、Zh取值见表3.10；W20为SgRP点在汽车坐标系中Y坐标，对于左侧驾驶时为负值。
表3.10 Xh和Zh取值

对于固定座椅(座椅水平调节量TL23为零)，头廓包络面中心相对于SgRP3个坐标分量为Xc，Yc和Zc。

(3.10)
式中，δ为固定座椅眼椭圆侧视图倾角。
无论是固定座椅，还是行程可调节座椅，当定位眼椭圆之后，可以直接依照左右眼椭圆中心连线中点(中央眼椭圆中心)来定位相应头廓包络。头廓包络中心相对于中央眼椭圆中心偏移量见表3.11。
表3.11 头廓包络中心相对于中央眼椭圆中心偏移量

2 . B类车头廓包络
B类车只定义了驾驶员头廓包络，其尺寸见表3.12。B类车驾驶员头廓包络面
只在侧视图上有向前下方11．6o倾角，其她视图方向倾角为零。定位头廓包络面中心时，同样要考虑目的驾驶员群体中男女比例。头廓包络面中心相对于ATRP3个坐标Xc、Yc和Zc。见表3.12。其中，A40为驾驶员躯干角，普通取110～180。表3.12 B类车头廓包络面中心相对于ATRP位置

3.3.3头廓包络应用
乘员头部与车身构造之间空间对于保证乘员头部活动，以及在颠簸和翻车等状况下使头部具备必要缓冲空间具备重要意义，但这个空间设计过大会挥霍空间，并增大汽车正面迎风面积而使空气阻力加大。因而，头部空间尺寸关系到整车性能好坏，必要科学合理地选用，而核心就是可以将乘员头部占据空间范畴描述出来，然后只要控制头顶内饰与乘员头部占据空间范畴边界即可，如图3-29所示。当做出头廓包络之后，参照对标尺寸H61。

图3-29 头部空间和顶盖高度拟定(侧视图)
a)有效头部空间寸H61 b)前排头部空间尺寸
c)后排头部空间尺寸
并选取适当L38、H41、L39等尺寸，就可以将头部空间和顶盖不同部位高度拟定下来。同样，在侧视图上选取适当W27、W35和H35等尺寸，就可以将宽度方向顶盖不同部位高度拟定下来，如图3-30所示，这样就为造型和构造设计提供了根据和规定。

图3-30 头部空间和顶盖高度拟定（后视图）
3.4驾驶员膝部、胃部包络线
3.4.1 驾驶员膝部包络线生成、定位
驾驶室仪表板下方膝部空间设计应以驾驶人膝部包络线为根据。膝部空间形状和尺寸直接影响到操作以便性以及撞车时驾驶人身体运动轨迹和伤害限度。
1．驾驶人膝部包络线生成
膝部包络线生成需要具备3个要素：膝部特性点、膝椭圆和二维人体模板小腿。膝部特性点K定义在胫关节和踝关节连线垂直线上，该垂直线通过胫关节中心，K点到胫关节中心距离为50.8mm。左右膝部特性点分别表达操作离合器踏板和操作加速踏板膝部特性点。由照相法获得位置数据通过记录分析后得知，两膝部特性点分布均为椭圆。
由于操作踏板时小腿绕踝点运动，因此还需将小腿运动时膝部扫过轨迹求出，方能形成膝部包络线。膝部包络线生成办法是以左右踵点分别为支承点转动左右小腿。转动过程中，描绘出膝部轮廓轨迹，便可得到膝部包络线。将膝部包络线数据通过拟合后得知，左右膝部包络线分别为两条圆弧。左膝部包络线(离合器踏板)圆弧半径为103．25mm，右膝部包络线(加速踏板)圆弧半径为113．25mm，如图3-31所示。
2．驾驶人膝部包络线定位
(1)驾驶人膝部包络线定位环节
a.拟定定位基准线和定位基准点。
b.拟定驾驶人男女比例。
c.运用公式计算出膝部包络线圆心位置。
(2)左膝部包络线位置

图3-31 驾驶员人膝部包络线
a. 当驾驶员为50:50时
(3.11)
b. 当驾驶员男女比例为75:25时
(3.12)
c. 当驾驶人男女比例为90:10时
(3.13)
式中，x为膝部包络线圆心相对于定位基准点水平偏移量；三为膝部包络线圆心相对于定位基准点垂直偏移量；CHX为定位基准点至踏板踵点水平距离；CX为离合器踏板表面中心点至踏板踵点水平距离；CZ为离合器踏板表面中心点至踏板踵点垂直距离；H30为座椅高度。
(3)右膝部包络线位置
a. 当驾驶人男女比例为50:50时

(3.14)
b. 当驾驶人男女比例为75:25时

(3.15)
c. 当驾驶人男女比例为90:10

(3.16)
3.4.2 驾驶员胃部包络线生成、定位
1. 胃部包络线生成
胃部包络线生成亦需三个要素(图3-32)，两个胃部特性点，一种辅助点。第一种胃部特性点在驾驶员胃腹突出处(点2)，第二个胃部特性点在驾驶员膜部前下方与安全带贴合处(点3)。依照照相及记录分析，这两个胃部特性点分布图形也是呈椭圆形。
胃部包络线应当通过这两个特性点。为图3-32胃部包络线要素。为此，在胃腹部最突出点椭圆上缘作一水平切线，再通过这个椭圆前端点作一垂直切线。这两条切线相交点称为辅助点(点1)，即第三个要素。然后，通过辅助点(点1)、胃腹部椭圆最前点(点2)及安全带与腰部贴合处上(点3)拟合一曲线，使两个椭圆被包络在其中。这条包络线被拟合为一圆弧，其半径为157．45mm。
2. 胃部包络线在车身图上定位
定位环节：
一方面从B类汽车中拟定定位参照线和定位参照点；然后运用公式(3.17)至公式(3.19)计算出胃部包络线圆心相对于定位参照点水平和垂直偏移量，找出圆心位置再画圆弧。

图3-32 胃部包络线要素
男女驾驶员比为50：50时

（3.17）
当男女驾驶员比例为75:25时

（3.18）
当男女驾驶员比例为90:10时

（3.19）
式中，H30为座椅高度；x、z分别为胃部包络线圆心相对于定位基准点水平和垂直偏移量。

思考题
1、H点有几种体现形式？
2、什么是眼椭圆？
3、简述汽车视野规定。
4、什么是头廓包络
5、驾驶人膝部包络线如何定位