手刹与中央扶手相对位置关系舒适性分析

虞春杰

（泛亚汽车技术中心有限公司）

随着家用汽车在中国市场的成熟发展，消费者在注重外表、动力及价格的同时越来越关注多用途及人机性能的操作舒适性设计[1-2]。从汽车之家、XCAR及太平洋汽车等各知名汽车论坛中可以看到，消费者对于操作手刹时被中央扶手阻挡的抱怨越来越多。而目前国内车企使用的人机工程标准大多根据SAE假人[3]或1988年中国推出的成年人人体尺寸标准[4]建立，难满足现阶段中国驾驶员的操作需求。已发表的文献中，多为单个部件的位置研究，针对中国客户进行了手刹操作舒适区域的研究[5]8，基于RAMSIS软件对排挡和手刹等进行了布置位置优化[6]，已发表的论文中未查找到手刹与扶手两者相对关系的研究。因此，文章为了解决消费者操作手刹时被扶手阻挡的抱怨，提高手刹操作时的舒适度，根据中国人体尺寸和驾驶操作习惯研究了手刹操作与扶手之间的舒适性关系，制定了符合中国人需求的手刹和扶手布置的企业内部标准，对于提升客户满意度具有十分重要的意义。

1　手刹与扶手相对位置

在顾客实际驾驶过程中，驾驶员的人体尺寸、手刹位置、操作力、手刹行程及操作空间等因素都会影响操作手刹的实际感受[5]8。通过对整个系统布置的尺寸链研究，将两者的相对关系位置转化为如图1所示的参数变量。

图1　手刹与扶手相对关系参数图

2　手刹与扶手相对关系

2.1　样本信息

本次研究中，共选取了52名评估者，男女比例为4:1（男性42名，女性10名），身高在152～190 cm。根据某权威机构新统计结果及相关研究数据[7-10]，样本身高的选取范围能有效涵盖5百分位的中国成年女性及95百分位中国成年男性身高。同时对评估者的身高进行了正态分布校核，如图2所示，结果表明样本的身高符合正态分布规律。

图2　评估者身高正态分布校核图

为进行相关参数的分析及后续研究，本次研究除测量评估者身高，同时也测量了评估者的手掌宽及手掌长，手掌长及手掌宽的分布，如图3所示。

图3　评估者手部尺寸相关信息

2.2　试验设计

2.2.1试验参数设计

针对手刹与扶手的试验变量，为了合理选取试验数值，在正式试验之前对目前中国市场上使用手刹及固定扶手车型进行了数据采集，设定了各项试验参数的测试范围，手刹与扶手之间的关系涵盖了所有极限工况。同时为了便于后续数据处理及分析，每个变量设定3个水平，如表1所示。手刹拉起有效长度（L）可以通过表1中X1，X2，Z1组合进行计算后得出。

表1　手刹与扶手相对关系试验参数水平因子数值表　mm

2.2.2试验流程设计

完成试验参数设计后，使用人机工程（HVI）多功能试验评估平台系统，对每一个参数进行调节后，让评估者操作手刹，并且给出1～5分的评价分值来对该组组合的舒适度进行评价，1分为非常不满意，5分为非常满意。

为最大程度降低评估者实际操作手刹的疲劳性对试验结果的影响，试验采用L18正交组合方式来减少试验次数，试验顺序的L18正交组合列表，如表2所示；同时打乱每次评估的顺序，评估流程，如图4所示。

表2　手刹与扶手试验L18正交组合测试顺序表　mm

图4　手刹与扶手试验测试流程图

2.3　数据处理与分析

2.3.1数据处理

通过收集52位评估者的评估结果，共得到了936组数据，总体评分箱线图分布，如图5所示。根据5分制评价体系的分值定义，对于得到的数据进行二元回归处理，将1分和2分作为不满意评价有效值，记录为1；将3～5分作为不满意评价非有效值，记为0。

图5　手刹与扶手试验总体数据箱线图

2.3.2数据分析

将记录的数据导入Minitab软件进行初步分析，从各个变量与客户评价打分相关性分析结果（表3）来看，手刹拉起的有效长度、评估者座椅的高度及中央扶手在H点的长度与客户的相关性系数分别为0.443，0.637，-0.418，由此看出这3个参数与客户评价相关性较强。根据该分析结果，选取相关性较强的L和X1为主要研究对象，同时选取Z1与X2作为参考对象做二元回归分析（图6）。对于评估者座椅的高度位置，考虑到在整车设计中受座椅行程范围限制，所以文章不做为重点考量对象。

表3　试验变量与客户评价打分相关性分析表

图6　手刹2/3位置多元回归分析图显示界面

2.3.3分析结果

对样本数据进行统计分析，得到各组合位置客户评分，通过式（1）计算客户不满意度：

由此得到手刹拉起有效长度客户损失函数图，如图7所示；扶手H点前长度和手刹拉起G点距离扶手高度的客户损失函数图，如图8所示；扶手H点前长度和手刹拉起G点距H点长度与不满意度的客户损失函数，如图9所示。

图7　手刹拉起有效长度（L）客户损失函数图

图8　扶手H点前长度（X1）和手刹拉起G点距离扶手高度（Z1）的客户损失函数图

图9　扶手H点前长度（X1）和手刹拉起G点距H点长度（X2）与不满意度的客户损失函数

从图7可以看出，L越长，客户不满意度越小。当L＞100 mm时，操作的不满意度＜20%。

从图8可以看出，当X1＜50 mm时，手刹高度变化基本上都能满足舒适性要求；当X1＞50 mm时，如需要满足舒适性要求，手刹拉起G点位置必须高于扶手表面，即扶手越长，手刹位置越高。若要满足不满意度＜30%，必须同时满足 X1＞100 mm，Z1＞50 mm。

从图9可以看出，从扶手长度与手刹拉起G点前后位置关系分析，扶手长度越短，手刹拉起的前后位置范围比较宽裕；随着扶手长度的增加，手刹的前后位置就要相应的往前布置。若要满足X1＞100mm，则须X2＞160mm；若要满足不满意度＜20%，则须X2＞200mm。

3　结论

文章基于中国人体尺寸，利用某公司自主开发的HVI多功能试验评估平台系统，研究了手刹操作与扶手位置的舒适性关系，并建立了客户损失函数，结果表明，L越长，客户满意度越高；扶手长度越长，手刹就需要布置在更高且距离扶手更远的位置。

文章量化了手刹操作与中央扶手之间的数学关系，填补了相关研究的空白。在模型的建立中采用了一些简化措施，同时人体尺寸是不断变化发展的，因此文章的研究具有一定的局限性，将在后续相关研究中进行持续的更新完善。