汽车人机工程碰撞安全因素分析

汽车人机工程碰撞安全因数分析

谢月凤

（东风柳州汽车有限公司，广西 柳州，545005）

摘 要:人机工程学是20 世纪70 年代初迅速发展起来的一门新兴学科,它从人的生理和心理出发,研究人-机- 环境相互关系和相互作用的规律,并使人—机系统工作效能达到最佳。人机工程在汽车碰撞安全中也起到非常重要的作用，人机工程设计和碰撞安全性能是相互关联、相互影响的，本文主要分析汽车人机工程参数在碰撞安全中的作用。

关键词：人机工程 碰撞安全 分析

人机工程学是20 世纪70 年代初迅速发展起来的一门新兴学科,它从人的生理和心理出发,研究人-机- 环境相互关系和相互作用的规律,并使人—机系统工作效能达到最佳。在汽车车身设计中应用人体工程学,就是以人(驾驶员、乘客) 为中心,研究车身设计(包括布置和设备等) 如何适应人的需要,创造一个舒适的、操纵轻便的、可靠的驾驶环境和乘坐环境,即设计一个最佳的人—车—环境系统。

1 汽车碰撞安全简介

1.1汽车安全法规

汽车安全可以分为主动安全法规和被动安全法规，同时，还包括碰撞试验后进行燃油泄漏检验的法规。随着汽车技术的不断发展，汽车安全性问题越来越受到人们的重视。早在二十世纪六十年代，美国就建立了影响至今的联邦机动车安全标准FMVSS, 随后汽车安全领域的法规不断的进行完善，在欧洲也相继推出了欧洲经济委员会ECE，欧洲经济共同体EEC安全法规。日本也推出了日本道路运输车辆保安标准TRIAS 。我国汽车安全法规的制定和颁布较晚，法规制定参考欧盟标准，在1999年正式颁布了汽车正面碰撞设计规则CMVDR 294，正碰在2004年正式成为强制性标准，2006年增加了后碰、侧碰强制性法规。目前，我国乘用车碰撞安全性法规包含正面碰撞、侧面碰撞、后面碰撞试验，2006年，在充分研究和借鉴其他国家NCAP发展经验的基础上，中国汽车技术研究中心创立了C-NCAP，即中国新车评价规程，对中国汽车的安全性能起到重要的推动作用。

这些法规的推出以及强制执行，促进了汽车生产厂商投入大量的人力物力进行汽车安全性技术的研究和开发，推动了汽车安全性技术的不断发展，从而在很大程度上减少了交通事故的发生以及交通事故中人员（乘员和行人）的死亡率。

1.2正面碰撞

正面碰撞包含完全正面碰撞和偏置碰撞，正面碰撞试验是试验车辆 100%重叠正面冲击固定刚性壁障。试验速度不得低于50km/h。试验车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过150mm。在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个 Hybrid III 型第 50 百分位男性假人，用以测量前排人员受伤害情况。在第二排座椅最左侧座位上放置一个 Hybrid III 型第 5 百分位女性假人，最右侧座位上放置一个 P 系列 3 岁儿童假人，用以考核乘员约束系统性能及对儿童乘员的保护。偏置碰撞试验是车辆以不低于56公里每小时的速度，以左侧40%的截面积撞击到一个可变性的蜂窝铝壁障上的实车试验。该实验因为只有40%的碰撞接触面积，更接近于现实交通事故中的汽车碰撞，同时作用在车辆上的碰撞力度也较完全正面碰撞试验要大一些，对

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车辆是一个更加严峻的考验。

正碰主要评价指标为头部伤害，胸部压缩量，大腿压迫力，还有对脚及脚踝、小腿、颈部伤害等。

1.3侧面碰撞

可变形移动壁障侧面碰撞试验，质量950kg的移动壁障以速度50km/h撞向目标车，主要评价指标为头部伤害，胸部压缩量、腰部、盆骨受力。

1.4后面碰撞

后面碰撞简称后碰，是用一刚性结构，表面为平面，宽度不小于2500mm，高度不小于800mm，表面装有厚20mm的胶合板，以50km/的速度垂直撞向汽车后部，主要考验燃油装置的碰撞安全性。

1.5 碰撞过程中人体受到的伤害

碰撞过程驾驶员主要受到的伤害为：在正面碰撞中，驾驶员右脚放置在加速踏板上 ,由于碰撞过程中车身的变形导致踏板对右脚的支反力作用加大。此外由于中央通道变形以及仪表板距离驾驶员右腿、乘员左腿较近 ,导致小腿运动空间变小与之接触过早造成。碰撞过程中驾驶员的腿部可能与前舱接触，膝部受伤害。正碰中气囊一般会弹开，驾驶席假人头部与气囊接触受到保护。侧碰过程中驾驶员头部将与与车门内饰板接触，头部会受到伤害，偏置碰过程中驾驶员腿部与前舱接触力度较大。

2 汽车人机工程研究内容

2.1 汽车人机工程研究内容

汽车人机工程研究内容包括汽车驾驶员坐姿、操纵舒适性、驾驶员视野、上下车方便性、乘坐舒适性、使用方便性、维修方便性、内部空间、储物空间等。整车设计基本尺寸、H点确定后，进行初步总布置及人机工程校核，完成油泥模型验证后进行详细总布置及人机工程校核、整车安全性分析，最后确定整车硬点及人机工程参数。

2.2与碰撞安全的人机工程相关参数

与碰撞安全相关的人机工程参数包括：方向盘中心点坐标及角度、三踏板位置及高度驾驶员H点坐标、座椅靠背角度、驾驶员踵点坐标、第一排R点至踵点的高度距离、驾驶员最大有效腿部空间、驾驶员处R点至踵点的水平距离、第二排有效头部空间、第一排肩部空间、第一排肘部空间、臀部空间、膝部角度、踵点与H点距离等，详见表1。

表1 与碰撞安全的人机工程相关参数 SgPR-1 第一排H点坐标

离合踏板中心点坐标 - 2 -

SgPR-2 SWC FRP AHP A47 A48-2 A40-1 A40-2 TL17-1 TL23-1 A19 TH22-1 TH21-1 TL17-1 TL23-1 A19 TH22-1 TH21-1 W9 A18 第二排H点坐标 方向盘中心坐标 第二排踵点坐标 驾驶员踵点坐标 驾驶员踏板平面角 第二排踏板平面角 第一排靠背角 第二排靠背角 座椅前后调节总量 座椅前调节量 座椅导轨布置角度 座椅上调量 座椅整个高度方向调节量 座椅前后调节总量 座椅前调节量 座椅导轨布置角度（deg) 座椅上调量 座椅整个高度方向调节量 方向盘直径(mm) 方向盘安装角度(°) L34 L51-2 L53-1 L50-2 L11 L7 L18 L19 L38 L39-2 L48-2 H61-1 H61-2 W3-1 W3-2 W31-1 W31-2 W5-1 W5-2 加速踏板中心点坐标 驾驶员最大有效腿部空间 第二排乘员最大有效腿部空间 驾驶员R点至踵点的水平距离 第一排与第二排R点间的X向距离 方向盘中心与驾驶员踵点X向距离 方向盘和人体躯干线最小间隙 前排座椅坐垫与门护板最小间隙 后排座椅坐垫与门护板最小间隙 前排前向最小头部空间 后排后向最小头部空间 第二排乘员膝部空间 第一排有效头部空间 第二排有效头部空间 第一排肩部空间 第二排肩部空间 第一排肘部空间 第二排肘部空间 第一排臀部空间 第二排臀部空间 3 结论

汽车碰撞是一个非常复杂，需要不断寻找平衡的领域，是一个复杂的瞬时物理变化过程，它包含多个零部件的复杂变形和相互作用、相互受力，汽车车身的强度、主动安全约束系统、被动安全约束系统在碰撞过程中起到非常关键的作用。

人机工程在汽车碰撞安全中也起到非常重要的作用，如果这些参数设计不合理，汽车的碰撞安全也会受到影响，汽车设计过程中，乘员舱人机工程布置和碰撞安全性能是相互关联、不断优化的过程，在设计分析中需要经过不断的分析、多次的优化，寻找最优的方案，才能获得较优的安全性能。乘员舱人机工程设计，一般初步总布置时整车硬点参数是需要先确定的，H点位置、三踏板位置、方向盘位置参数、座椅结构参数在初步总布置时基本上确定了，这些参数是与碰撞安全的关键参数，对安全起着至关重要的作用。在后期可以优化人机工程参数主要是膝部空间、腿部空间、肩部空间、肘部空间、头部空间、臀部空间、座椅坐垫与门护板间隙，这些参数的优化能极大的改善整车碰撞安全性能。至于这些参数如何影响碰撞安全性能，需要后续做更详细的分析。

[参考文献]

[1] 刘金秋，人机工程在汽车驾驶室设计中的应用研究，汽车技术，1989年第2期，4-10。 [2] 杨辉，汽车碰撞试验法规综述，上海标准化，2006年第6期，16-20。

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[3] 刘志新，基于NCAP规则的正面碰撞乘员小腿伤害分析，汽车工程，2008年第30卷第11期，970-971，983

姓名（第一作者） 工作单位 QQ E-mail 联系地址 谢月凤 东风柳州汽车有限公司 654985671 职称 部门及职务 联系电话 助理工程师 乘用车技术中心设计师 15107722851 个人简介 xieyuefeng040手机号码 15107722851 1@126.com 广西柳州鱼峰区博园大道6号邮编 545006 柳汽柳东基地 2004.8-2008.6 华中农业大学机械设计制作及其自动化专业 大学本科 2008.9-2010.12 比亚迪汽车有限公司 汽车研究院总体部 2011.1至今 东风柳州汽车有限公司乘用车技术中心 整车部 汽车总布置设计、汽车项目管理 擅长领域

The collision safety factor analysis of car man-machine

engineering

XIE Yue-feng

（Dongfeng Liuzhou Motor Co., Ltd., Liuzhou Guangxi,545005）

Abstract:Man-machine engineering is a new subject which developed quickly at 1970s,it research the law of relationship and interactions about man -machine – environment and let man -machine system works most efficiency. Man-machine plays a very important role in car collision safety, man-machine design and collision safety are interrelated and influence each other ，this article mainly analyses what part man-machine engineering parameter act on car collision safety. key words:man-machine engineering, collision safety, analysis

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