应用在汽车人机工程中的NX5

　　在新车设计中，车身一直都是设计的重点，而且所需的周期最长。由于轿车的主要功能是运送乘客，所以在进行车身内部布置时人是考虑的第一因素。除了保证安全性，还要考虑以最舒适的方式对人体进行支撑，并适当地布置被操作对象的位置，从而减少疲劳和误操作。本文讲述了NX5GPDL模块中H点设计工具(HPD)在汽车人机工程中的应用，并以HPD模块设计某款轿车驾驶员工作空间为例，讲述其实际使用方法。

　　一、前言

　　轿车车身的内部布置，应首先考虑人的因素，也就是说，既要保证安全性又要考虑舒适性。因此，人机工程学在汽车车身设计中应用研究日趋深入。这些研究对解决汽车如何适应人体特点、提高人机系统工作效率均有重要的意义。传统设计方法设计周期较长，有设计变更则使得周期更长，这无法满足当前的市场需求。现在由于NX5中GPDL平台的产生：H点设计工具，使得H点的确定由一个不断重复迭代修改以寻求最佳折衷方案的过程，变得容易操作，从而缩短了设计周期。

　　下面从NX5 GPDL模块HPD向导、H点的定义、意义及HPD向导具体的操作步骤三方面进行介绍。

　　二、NX5 GPDL模块HPD向导

　　GPDL开发程序共享数据库(Glob alProgram Development Library)，是基于NX5开发的资源，引用了国际汽车设计标准，并与NX软件集成。GPDL采用的架构可以激发一系列软件程序的应用，包括Team Center、NX等，大大提高了设计效率。

　　HPD向导被用来确定车辆内部空间配置和测量方面的关键车辆参考点。这些点包含：座椅参考点(SgRP)和踵点(Heel points)。HPD向导中参数设置满足SAE J4002(2004年2月版)的要求，用户可以根据SAEJ4002(2004年2月版)中驾驶员座椅位置设计过程和第二或第三排外侧座椅位置设计过程创建和修改HPD装配特征，并且可以在HPD向导中为所有的关键参数创建表达式，HPD模型会随 着参数值的改变而更新。

　　三、定义H点及意义

　　进行车身内部空间布置，并使之适合人体特性的要求，离不开人体尺寸这一基本参数。为了获得人体尺寸分布规律，要进行抽样测量。我国各地人体尺寸测量所得统计数据如表1所示。该表为建立人体模型提供了数据基础。

　　当前在汽车设计与试验用的人体模型各部尺寸，质量及质心位置均以人体测量资料为依据。H点是指人体模型中人体身躯与大腿的交接点，即胯点(Hip Point)。在确定驾驶室空间在车身中的位置时常以此点作为定位基准点。

　　根据应用场合的不同H点的表达也有所不同。

　　(1)设计H点(DESIGN H-POINT)设计H点是指在汽车总布置时的设计基准点，最后设计H点表示的是第95%的男子人体模型在最后位置时的胯点，最前设计H点表示的是第5%的女子人体模型在最前位置时的胯点，由最前和最后设计H点便可以求得座椅的水平行程和垂直升程。

　　(2)实际H点(ACTUAL H-POINT) 实际H点是指当H点三维人体模型按规定步骤安放在汽车座椅中时，人体模型上左右H点标记连接线的中点。它表示汽车驾驶员或乘员入座后胯关节在车身中的位置。汽车的实际H点在汽车车身总布置设计中有重要意义。

　　(3)座椅参考点(SgRP)

　　座椅参考点是指座椅上的一个设计参考点，它是座椅制造厂规定的设计基准点。考虑到座椅的所有调节形式(水平垂直和倾斜)，座椅参考点确定了在正常驾驶或乘坐时座椅的最后位置。它表征了当第95%的人体模型按规定摆放在座椅上时，实际H点应与座椅参考点相重合。SgRP点相对于车身坐标系的XYZ坐标为SAE标准中的L31、W20、H70这三个硬点尺寸。 驾驶员在车身中的位置(即驾驶员H点的位置)决定着驾驶员身体各关节角度和眼椭圆、头廓包络线、手伸及界面等在车身中的位置。因此H点决定了驾驶员的舒适性、操纵性、安全性和视野性等，可以看出H点的位置直接决定了驾驶室环境与驾驶员的相互关系。在AE标准中定义用来控制整车外形和第一、第二排驾驶与乘坐空间的主要硬点信息就有70多个，这些硬点大部分是以H点为基准或是与H点相关的。另外这些硬点信息之间又具有复杂的关联性。因此合理地确定H点在车身中的位置直接关系整车的设计质量。

　　从人体工程学的观点出发，驾驶姿势时人体各部分夹角的合理范围如图1所示。其中表1和图1的数据为简化NX模型和进行几何描述提供了帮助。

　　四、NX5中GPDL模块HPD向导具体使用方法

　　首先，介绍NX软件中模型的简化及HPD向导涉及的关键参数，如图2所示为其简化模型示意，表2为参数名称及说明。

　　下面介绍HPD向导使用过程及对话界面。

　　1)进入NX5中GPDL模块HPD向导(如图3所示)，HPD向导允许用户创建一个新的HPD模型，编辑已有的HPD模型或者复制已有的HPD模型。

　　2 )在座椅位置选择时，选择驾驶员座位空间来进行布置，如图4所示。

　　3)定义H点位置，H点可以在设计过程中通过不断修改完善找到最佳位置，如图5所示。

　　4)H点位置定义后，NX就生成了模拟驾驶员人体及座椅的三维简化模型，该模型文件作为一个子部件被装配在当前工作文件中。此时图2中提及的所有参数值均是系统默认值。用户可以按照当前的设计要求来修改这些参数值。如图6所示为参数修改入口，点击不同的按钮会有不同的对话框弹出，进而可对不同的参数进行设置。

　　如图7所示，列举了其中几个编辑参数的对话框。这体现了NX全参数化智能模块的优势，参数在表达式中体现。表达式中参数值可以通过HPD对话方式进行定义。数值一旦被修改，HPD模型也随之自动更新。

图7 参数定义对话框

　　5 )综合考虑所有因素，在对H点进行多次调试后，用户将会得到一个在合适位置的最佳HPD模型，如图8所示。此时三维人体简化模型的创建及姿势调整都已完成。

　　6)上述所有的布置工作结束后，用户可以通过如图3所示的对话框找到相应的HPD模型，并点击对话框中的Information按钮查看该模型的参数信息。

　　五、结论

　　使用虚拟人体模型进行汽车人机学设计及评价是汽车人机工程设计的一种重要方法，NX5GPDL模块中H点设计工具在车身设计中的运用，有助于减少汽车人机工程方面的重设计，缩短开发周期，节省设计经费。该模块能对汽车驾驶室进行人机工程设计，具有较强的实用性和通用性。