基于纯电动轿车的车高与人机分析

尹钰淇 范红琳 徐业满 何玉旺

（浙江吉智新能源汽车科技有限公司）

随着纯电动汽车的快速推广，人们对车厢内的空间要求越来越高，但由于纯电动汽车电池包的存在，使得在相同车高下，纯电动汽车的车厢空间要小于传统的燃油车，所以合理的人机设计对满足客户要求尤为重要。目前，市面的纯电动汽车基本都是由传统燃油车平台改制的，无法满足未来电池包标准化趋势的要求。在未来电池包标准化的条件下，利用合理的人机设计理论，优化驾驶员及乘客空间尤为重要。文章经过合理的人机设计分析，基本能在车高一定的基础上保证汽车内部空间达到最大化，满足汽车驾驶的要求。

1 轿车的常规人体坐姿

人体坐姿由H30[1]与人体舒适性角度决定。H30 通常基于设计车辆的类型来进行选择。H30 是SAE 标准中用于定义A 类车辆（轿车和轻型货车）和B 类车辆（中型和重型货车）的一个尺寸。A 类车辆的H30 值范围通常为127～405 mm。各类车型的H30 通常设计建议范围为：轿车为230～295 mm；SUV 为315～350 mm；MPV 为300～370 mm。

驾驶员及乘员人体坐姿角度及有效腿部空间要求，如表1 所示。

表1 轿车驾驶员及乘员人体各关节角度建议值（°）

2 驾驶员人体布置设计步骤

2.1 人体布置参数初始值确定

在进行驾驶员人体布置时，需要首先确定尺寸参数的初始值。这些尺寸参数中，部分参数值在人体布置设计过程中会被修正，从而使参数的最终值与初始值不同，如表2 所示。

表2 驾驶员人体布置初始设定参数表

2.2 驾驶员踵点的初步位置确定

进行驾驶员人体布置时，首先需要确定驾驶员踵点（AHP）的位置。在进行三维布置时，为确定踵点的位置，通常需要先确定前轮心、前地板/地毯在整车坐标系下的位置。踵点的高度与最小离地间隙及整车高度等有关，根据车辆基本用途及定义的不同会有所不同。

AHP 点的初始位置，通过踏点与前轮心的相对位置关系，即L113 的尺寸来初步定义。车辆类型不同，L113 的具体数值会有所不同。对于一般的乘用车，L113 的初始值可取380～550 mm，如图1 所示。

图1 人体踵点与前轮心的关系示意图

确定踵点初始位置后，在进行人体及相关件的布置时，根据具体情况逐步调整确定最终的踵点位置。

由于车型结构的差异性和多样性（如跨界车、新能源车、为特定意图而开发的车型等），若无法满足上述推荐范围，可根据项目实际情况，结合同类车型对标分析，经评审后最终确定L113 的值。

2.3 踏板角（SPA）与驾驶员踏点（BOFRP 点）确定

2.3.1 踏板角SPA 计算

踏板角（SPA）的计算，如式（1）所示。

式中：SPA——驾驶员踩加速踏板时鞋底面与水平面的夹角，（°）。

图2 示出驾驶员踏板角SPA。

图2 驾驶员踏板角SPA 示意图[3]10

2.3.2 BOFRP 点（踏点）确定

根据计算的踏板角，按照之前设定的脚部角，将驾驶员人体模型脚部放到位，可以确定BOFRP 点。

对于不同的踏板形式，BOFRP 点略有不同[2]10，如图3 所示。

图3 不同踏板形式的BOFRP 点[2]10

2.3.3 H 点位置曲线及SgRP 确定

H 点位于BOFRP 点后，H 点位置曲线，可通过式（2）[3]18确定。

式中：SgRPx——R 点到BOFRP 点X 向距离，mm；

L99-1——H 点与BOFRP 点间的水平距离，mm。

H 点行程路径与H 点位置曲线，如图4 所示。由此通过H30，L99-1 即可确定SgRP（人体R 点）。在进行人体布置时，因受内部空间限制，往往不能完全按照式（2）的计算值来设定SgRP。因此，可在根据式（2）计算值确定的SgRP 基础上，综合考虑内部空间及整车定义后，再调整确定最终的SgRP。

图4 H 点行程路径与H 点位置曲线[2]1

SgRP 确定后，应对驾驶员人体坐姿角度的舒适性（如表1 所示）进行校核。

3 已上市纯电动轿车人机调研

根据传统汽油车及纯电动轿车的车高、内部空间、离地间隙等推出H30 的高度。已上市纯电动车型尺寸，如表3 所示。

表3 已上市纯电动车的尺寸调研表 mm

从表3 中可以发现：

1）由传统汽油车改为纯电动轿车的车型基本使用异形电池包，在驾驶员脚部与后排乘客脚部将电池做薄，以保证地毯离地面的高度基本与传统汽油车一致，因此该类车型H30 较大；

2）新造车代表企业美国特斯拉使用平板电池包，但电池芯体采用的是18650/21700 标准型号电芯，整体电池高度较目前国内的平台电池包低40 mm 左右，并且特斯拉采用全玻璃顶，减少了30 mm 的顶棚空间，因此特斯拉车高基本保证了与传统燃油车高度一致。

4 Z 向尺寸链计算

整车车高由离地间隙和车体高度组成，而车体高度由人体内部尺寸决定。车高=离地间隙+电池厚度+地毯厚度+H30+内部空间+顶盖厚度。图5 示出整车Z 向尺寸组成。

图5 整车Z 向尺寸组成示意图

4.1 离地间隙

根据对目前市面的轿车车型的分析，轿车的离地间隙基本在125 mm 左右。

4.2 电池厚度

电池厚度与使用的电芯的相关性较强。目前国内行业汽车品牌基本用标准模组。标准模组的优势有以下4 点：1）行业标准，通用性高，可换性强；2）标准模组是PACK 设计发展趋势；3）标准化模组易批量生产，成本下降空间大；4）标准化模组售后可维修性高。目前行业标准模组的尺寸，如表4 所示。

表4 电动轿车电池包标准模组尺寸表 mm×mm×mm

使用标准模组的电池包，电池厚度基本在140～150 mm。

4.3 地毯厚度

地毯厚度与NVH 性能相关，因此该值由NVH 性能部门确认，但目前为使报告车高不过高，建议地毯厚度在30 mm 左右。性能方面可以在地板及隔声棉材料方面进行提升。

4.4 内部空间

根据市场车型的对标分析，A 级车H61 值基本在955 mm 左右；B 级车H61 值基本在970 mm 以上。市场畅销车型的H61 尺寸，如图6 所示。

图6 已上市畅销车型的H61 尺寸调研图

结合纯电动车的特性，为控制车高，建议轿车的内部空间H61 控制在955 mm 左右，一方面不影响客户使用，另一方面能够保证车高符合要求。

4.5 顶盖厚度

顶盖厚度由配置决定，有天窗版顶盖厚度＞无天窗顶盖厚度＞玻璃顶顶盖厚度。天窗版基本厚度在65～85 mm；非天窗版厚度基本在35～55 mm；玻璃顶厚度基本在5～10 mm。因此，选取何等配置对车高也存在一定的影响。

5 结论

文章以目前市面上纯电动轿车为研究对象，分析得出一种适用于平台电池的纯电动轿车的人体坐姿。经过对驾驶员及乘客的姿态模拟分析，确认该坐姿满足客户日常使用的空间要求。本次纯电动轿车人体坐姿的研究对后续纯电动轿车的平台开发具有较高的指导意义。