基于人机工程的汽车尾门总布置方案设计

张明晶

摘 要：本文主要是针对家用普通轿车作为车身的主要启闭部件，用户在使用过程中，尾门属于使用较为频繁的部件，为切实优化对其的布置方案，本文基于人机工程的导向，从启闭力方面的人机需求入手，提出了开启尺寸、后视野方面的人机要求，并对其总布置方案的设计要点进行了梳理，旨在更好地促进汽车尾门设计的适用性与操作性的提升。

关键词：人机工程 汽车尾门 总布置方案 设计

Design of General Layout of Automobile Tailgate Based on Ergonomics

Zhang Mingjing

Abstract：This article is mainly aimed at household ordinary cars as the main opening and closing parts of the body. During the user's use， the tailgate is a component that is frequently used. In order to effectively optimize the layout plan， this article is based on the ergonomics orientation. Starting with the man-machine requirements in terms of opening and closing force，the article put forward the man-machine requirements in terms of opening size and rear vision and sort out the design points of its general layout plan， aiming to better promote the applicability and applicability of the car tailgate design and improve the operation.

Key words：ergonomics， car tailgate， general layout plan， design

1 引言

汽车尾门的总布置方案设计的科学合理性，将直接关系到用户的人机体验，所以所设计过程中，需要以人机工程为导向，切实强化对其的人机交互设计。从当前主流车型的尾门来看，主要有三厢车与两厢车之分，若根据汽车尾门的启闭模式来划分，常见的主要有两种，一种是自动启闭，另一种是手动启闭。由于自动启闭的设计过程复杂，且成本高、销量低，本文研究主要选取两厢车的手动式尾门为例，主要是因为此类尾门的采用较多，此类尾门的启闭都需要利用气弹簧来助力，且布置方案较为复杂，所需涉及的因素较多，比如后部车身结构、不同功能模块的位置、后部人机尺寸、安装空间，这四个因素之间互相影响，具有密不可分的特点，所涉及零件的类型和数量也较多，因此，本文研究的基于人机工程强化汽车尾门的总布置方案设计，能有效地预防尾门在启闭时的力度过大、开启行程不适、后风窗玻璃黑边宽度过大而遮挡视线等方面的问题。

2 基于人机工程的汽车尾门的人机要求分析

2.1 启闭力方面的人机要求梳理

第一，模型简化。由于汽车产品和类型较多，且尾门的形状、大小也存在较大的差异，为了更好地提升尾门启闭方式的人机性，本研究以常见的两厢车为例，对其常见的运动模型进行了简化处理，得到简化后的模型详见图1。从图1可以看出，融入了消费者目前较为关心的启闭力概念，由于启闭力是指开启力与关闭力，由于两种力交替出现，此时就需要构建汽车尾门启闭所需的力矩适量平衡方程，即：。

第二，启闭力曲线值分析。为更好地对汽车尾门的启闭力特点进行分析，本研究紧密结合尾门运动学简化模型与力矩平衡方程，分析开启角度与首部施加力间的关系，所以将汽车尾门开启角度作为横坐标，而施加启闭力作为纵向坐标，建立了图2所示的启闭力曲线。需要说明的是，当尾门关闭时，开启角度是0，施加也是0，且施加0刻度线之下说明此时不用对尾门施加额外启闭力，尾门在此时可以实现自动启闭。在这一过程中，不同的曲线所表示的是在不同温度下的尾门启闭的过程，尾门气弹簧动力介质有两种：一种是压缩后的高压气体，另一种是油气混合物，启闭力曲线对温度这一因素的敏感度较大，一般而言，其温度范围介于-30℃到80℃这一范围，有关温度的特性参数可以从供应商处获取。这就说明在环境温度不同时，尾门启闭力曲线也不同。当处于高温时，汽车尾门关闭力相对较大，当处于低温时，汽车尾门开启力相对较大，而这一过程实际就是利用启闭力曲线来体现人机要求。

第三，启闭力优先级方面的人机要求分析。针对一级优先级要求，主要是避免汽车尾门处于低温环境（-30℃）时，尾门开启同样具有避免自由下落的保持力，也就是在开启汽车尾门后，汽车所处的最低温环境不能大于-30℃，才能避免尾门在重力和温度作用下自动关闭。这一情况详见图2中的曲线1所示，发现完全开启尾门后，手部关闭力需要大于等于20N。针对二级优先级要求，主要是确保启闭力曲线的关闭能量适宜。当温度较低时，关闭汽车尾门所需的能量较大;当温度较高时，关闭汽车尾门所需的能量相对较小。例如在图2中，尾门优化设计后，所选的启闭力曲线主要是曲线1和3，在零下30℃与60℃时的关闭能量最佳，预防由于温度过低而导致车辆难以启动的问题，以及在爆嗮环境下预防出现开启过易。针对三级优先级要求而言，主要是尽可能地减少最大关闭力，关闭力的变化过程的由大致小，尤其是高温时，最大关闭力较大，按照我国的环境温度现状，20℃下的启闭力需要采用曲线2，因此，常温20℃下的关闭力在60N之内，避免日常使用出现尾门关闭困难，例如在上图中，在80℃时，关闭力曲线发生了峰值，那么就表示此时若需要关闭汽车尾门，其最初的需力较小，且在闭合时需加大力度，方能达到闭合的目的，这与我们的实践操作习惯上相悖的，可能出现由于关闭力不足而导致关闭尾门失败，但是我国不用考虑处于80℃下的极限工况。而针对四级优先级要求而言，主要是预防开启时施力形成过高而导致操作上的不适。在图2中，不难发现一个规律，每条开启力曲线的自动开启的临界点就是人手操作力为0时相交的交点，此时的尾门开启角度能转化成尾门开启把手的离地高度。在开启过程中，若手抬得过高，将导致操作不适，所以这一人机要求与尾门把手位置的布置存在一定关联，按照我国环境温度现状，主要是选取曲线6，在零下10℃的环境下，尾门能自动开启时的把手高度适宜。

3 总布置方案的设计思路

在人机工程下的汽车尾门总布置方案设计中，为彰显其设计的人机交互性，便于对汽车尾门的启闭操作，优化开口尺寸，满足后视野需求，需要综合分析不同方案的截面，所以在確定总布置方案时，需要在新车型开发初期就要协调好各方，切实加强与相关专业之间的交流，做好不同科室的对接，采取科学方案，对汽车造型模型进行优化，采用数字化的方案呈现样车，再利用仿真模拟软件，对得到的数字化样车的各方面是否具有较强的人机性、科学性进行检查，避免存在互相碰撞的情况，同时根据模拟得到的结果和实际需求，针对性的加强对其设计参数的优化。在具体的优化过程中面积要做好气弹簧参数的设计，又要根据三种不同的等级要求，对布置方案进行优化和完善，以尽可能地满足汽车尾门的人机要求。

4 总布置方案的设计流程

结合上述分析和实际设计工作来看，在确定总布置方案设计流程时，需要切实发挥人机工程优化的作用，并在车型开发中加强对其的应用。例如图3为某两厢车的总布置方案设计流程，为我们在汽车尾门设计提供了更多地思考，尤其是在人机交互方面的设计，需要作为未来车型设计的重点所在，并紧密结合实际需求和定位，切实加强对其的设计，才能更好地提高汽车尾门布置方案的科学性与合理性。

5 结语

综上所述，在汽车尾门总布置方案设计中，应始终基于人性化和安全化的视角，切实注重人机交互性的提升，以人机工程为导向，切实加强人机要求分析的基础上，做好方案的设计与优化，以更好地提升车品的竞争力。

参考文献：

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