仪表板中控造型布局的研究

摘要：本文主要对于乘用车中仪表板中控造型布局进行研究，主要介绍中控造型布局的影响因素、发展趋势、布局的种类以及优劣势等方面进行阐述。内容包括屏幕的布置及与出风口的布局关系、副仪表板杯托与换挡的布局等进行归纳总结，并结合实际车型的开发经验进行拓展，为广大汽车设计师和工程师们提供一种参考思路。

关键词：仪表板；副仪表板；中控造型；中控屏幕；出风口；杯托

乘用车仪表板中控区域是车辆中很重要的一个设计区域，它是人坐在车上的一个视觉关注的中心区域，因此各个主机厂的设计师都会在这一部分投入很大的精力。由于该区域需要布置的东西很多，比如空调出风口、电器的开关（包含空调调节、娱乐调节等）、娱乐系统（包含收音机、CD碟口等）、储物空间（包含储物盒、水杯托等）、操作系统（换挡机构、手刹机构等）、扶手总成等。如何在有限的空间内，采用更加合理的布局，来获得外观造型、储物空间、操作性、可视性、舒适性等各方面的一个均衡，成了考验设计师和工程师一个重要的课题。

本文接下来将会结合具体的实例，讨论各种布局的优缺点是什么，而在布局方面又有哪些需要注意的事项，尤其是工程相关的约束。

1、影响仪表板中控布局的因素

1.1出风口与中控屏幕的相对布置关系

1.1.1出风口布置的工程约束

中央出风口的布置位置非常重要，除了要给前排驾驶员和副驾驶员使用，还要兼顾整个舱内气流场的分布和流通。布置位置不好将直接影响驾驶舱内的热舒适性，引起抱怨。下面就来详细介绍一下具体的布置要求。

1）中央出风口布置位置首先要在人手能够触及[1]的区域范围内，便于调节，一般在一指与三指触及之间（通过电机控制的电子出风口除外，它可以通过中控屏幕来控制出风口的角度和模式等）；

2）高度位置一般要求设计状态需要吹到人的喉点，上极限位置要覆盖人的头部，下极限位置要覆盖人的腹部。上下吹风的角度α1和α2一般在45°，出风口到H点的高度Z1一般在240~380mm区间内，如图1所示；

3）出风口左右极限位置要求可以吹到乘员的肩膀区域，调节角度α3和α4一般在30°，如图2所示。

如果出风口位置过高或过低会带来以下影响：

i）过高容易出风口气流容易扫到前风挡玻璃，引起起雾现象，影响驾驶安全；

ii）位置过低无法覆盖乘员的头部，造型前排人员无法短时间内达到想要的温度；即使能覆盖人员头部，吹风路径会被方向盘和驾驶员手臂遮挡，风量小的同时，会造成手臂温度过低，引起舒适性方面的抱怨；

iii）气流无法覆盖到更远的地方，不利于驾驶舱内气流的循环。

为了更好的评估出风口高度对前排乘员头部舒适性的影响，下面对奥德赛、比亚迪宋、腾势X三款比较具有代表性的车型进行了温度场的相关性能试验。三款车型奥德赛中央出风口位置最高，比亚迪宋的中央出风口位置比腾势X略高，但都属于位置偏低型。

试验目的：通过热舒适性假人和车内温度网格进行温度场分布测试（驾驶员侧）；

试验条件：外部温度40℃，日照强度1000W/m2，温度设置为最低，空调设置为内循环吹面模式；

试验结果：从图3的试验结果对比可以看出，挡位来到最大挡时，头部温度基本都满足要求，但是作为常用的低中挡位，比如3挡、4挡时，奥德赛的主驾头部温度明显比比亚迪宋和腾势X的温度要低（颜色越偏暖温度越高，越偏冷温度越低）。

从试验中也可以看出，中央出风口位置的高低对前排人员头部的舒适性有直接影响。在前期设计时要求出风口气流能覆盖前排人员的头部，如果将中央出风口调整到吹向驾驶员头部，位置过低的出风口将会有大部分气流直接吹到人的手臂上，驾驶员会出现头部热，手臂凉的不舒适情况。

从图4中可以看到方向盘和手臂对气流有明显的阻挡，且手部温度明显偏低，但头部气流覆盖较少；图5将出风口高度加高后，气流不受手臂和方向盘的影响，乘员面部风速明显提高。

如何量化这个高度呢？从图1中的出风口布置要求中可以看到，中央出风口的高度要求值Z1是一个区间范围，我们又可以通过舒适性评价得分将这个范围初略细分为三个区间。如图6所示，以假人头部到H点的高度a值作为一个评估基准，位于方向盘中心点和2/3a区间范围内的布置得分评级为良，2/3a高度以上评级为优，方向盘中心点以下评级为较差。通过这个区间的划分，能帮助我们在设计前期快速约束中央出风口的大概布置位置。但随着内饰大屏的应用，以及出风口从功能件向功能及装饰件结合的发展，图6中的判断只能作为一个参考，更加准确的是在造型主题批准之前就进行多轮的CFD仿真分析，为造型设计提供优化的依据。

1.1.2中控屏幕布置的工程约束

随着触控屏技术的发展，汽车内饰中控屏幕的发展也紧随其步伐，屏幕越来越大，娱乐及操作功能越来越集成化，提升了整个内饰的科技感。

目前市场上电动车新车型中，常见的中控屏幕布置有横置和纵置两种，而由于定制屏幕的大小，涉及到的模具费及开发费用比较昂贵，因此主机厂一般选用屏幕供应商现有规格。为了凸显科技感，我们希望中控屏幕的屏占比越大越好，及屏幕的黑边越小越好，类似我们常用的电子产品。但由于车规级要求比较严苛，无法实现超窄边框，目前行业内的车规级的屏幕窄边宽度为7mm左右，宽边约15mm左右。关于横置和纵置屏幕的布置优缺点，在后面的章节会进行详细描述。

大屏化给整个内饰带来科技化的同时，占用的空间越来越大，对布置约束也提出了更加苛刻的要求。屏幕布置的主要约束有：

1）人机的操作舒适性。比如屏幕超出一指触及范围的区域越小越好；如图7所示，图中的一指触及盲区和方向盘遮挡区域应该尽可能的小；对于横向布置的屏幕，建议触及盲区的长度不超过长边的1/3，且在屏幕UI界面设计时，尽量不要在这个区域设计功能区；

2）可视性。屏幕中心与眼椭圆[2]中心连线尽量与屏幕垂直；

3）安全性。屏幕的高度不能太高，应该避开下视野约束；同时又不不能太低，驾驶员观看屏幕的过程中，视线偏移角过大，会影响驾驶安全性;同时屏幕位置越低，从可视性的角度就要求越倾斜，反光和炫目也会更加严重；

4）对PAB展开的影响。PAB的布置要求为：如图8所示，PAB中心点到前风挡的Z向距离h一般控制在170~250mm之间，PAB底面到横梁的距离大于25mm，PAB到仪表板上表面在X向的落差c小于20mm，PAB到仪表板上表面在Y向的落差小于10mm，PAB中心线与前风挡的夹角α一般情况下需要小于45°，主要是因为高度不够的情况下，角度过大，气袋展开时对风挡玻璃的冲击过大，容易将玻璃击碎。但如果当PAB到仪表板的距离足够大的时候，此角度可以适当增大。例如：某主机厂一款MPV车型，PAB到前风挡距离垂直距离h为252mm，角度α做到了61°。

气囊框与仪表板的固定形式有正面卡接和背面焊接两种形式。对于正面卡接式气囊框，常用于搪塑或者阴模成型的仪表板，PAB气囊门在展开时旋转的过程中和前风挡距离大于40mm；对于背面焊接式气囊框，常用于硬质注塑或者软质包覆的仪表板，由于气囊框铰链处的差异，需要额外考虑气囊框的铰链处的展开距离约为20mm。所以一般用来布置PAB的仪表板X向空间需要240~260mm以上。

对于独立悬浮的中控屏幕布置过高，PAB展开的过程中气袋会被中控屏幕顶偏，导致无法覆盖副驾侧乘员，影响安全性。如图9所示，一般要求如下：PAB中心到屏幕最右侧边缘的Y向距离L小于200mm时，屏幕凸出PAB展开点的高度Z不得高于50mm；当L大于220mm时，因为距离PAB空间足够大，不影响气袋的展开，因此对屏幕的凸出高度可以不做要求；当Y向距离L在这两者之间时，屏幕凸出高度又大于50mm，就需要做详细的仿真分析，同时优化调整气袋的折叠形式，看是否可以满足安全的相关性能要求。

某车型屏幕布置边缘距离PAB中心L为205mm，高度Z为84mm，按经验是存在布置风险。如图10所示，在仿真过程中发现气袋有明显被顶偏的现象，但最终气袋也完全覆盖了人头部，没有明显滑落。由于仿真分析无法完全模拟气袋真实展开过程，需要实车做摸底试验，如图11所示，实际的碰撞试验过程中，人接触气袋时也是有偏转的现象，但仍然处于有效保护的范围内，试验合格。

1.1.3相对布置关系的优缺点探讨

目前主要有三种相对布置关系：

a)中控屏幕在上，中央出风口在下，如图12所示；

b)中央出风口在上，中控屏幕在下，如图13所示；

c)中央出风口在中控屏幕两侧（或者单侧），如图14所示。

由于车用中控屏幕的尺寸越来越大，在兼顾空调出风口性能的同时，有时候就需要打破常规的组合形式，寻找新的突破。例如将中央出风口拆成两个相互独立的来布置，以实现不同的造型设计需求，如图15和图16；由于造型风格和中控布置约束，中央出风口位置偏低的，可以在IP顶部增加补偿出风口，如图17所示，用来弥补因中央出风口位置低导致前排乘员头部气体流动差，无法在短时间内达到设定温度的问题，提高舒适性，如图18的仿真结果所示。对于某些车型，甚至放弃传统的机械出风口，采用电机驱动的电子出风口，如图19所示，来消除因人机的触及性约束对布置位置的影响，从而给设计师带来更多的设计自由。当然，因需要增加电机，成本也是一个需要综合考量的因素。

1.2杯托与换挡机构的相对布置关系

1.2.1杯托布置的工程约束

杯托的布置约束主要有两个方面：

①杯托底部的直径D。一般要求Dmin≥65mm，但考虑市场上较大尺寸的饮料瓶和保温杯等，空间允许的情况下，推荐D≥75mm；

②杯托底部到表面的深度H。考虑到放置的稳定性，对于敞口的杯托要求Hmin≥70mm；对于翻盖或者滑盖的杯托，需要减去盖子的厚度，一般要求H≥85mm。同时为避免水杯来回晃动，与杯壁磕碰产生异响，需要增加加持机构。

1.2.2换挡机构布置的工程约束

对于传统的球头式换挡机构，例如手动挡或自动挡，包括现在的电子换挡等车型，主要的布置约束就是人机操作的方便性。如图20所示，以人体的SgRP点为基准点，分别对换挡球头的位置进行了约束，一般推荐值：A-180mm（会根据车型的不同，人体坐姿的高度不同进行微调）；B-200mm；C-270mm；D-80mm。在满足以上布置条件后，换挡球头最终的位置建议在模型上做最后的评价确认。

后来出现的旋钮式换挡，按键式换挡，因为使用模式的改变，对高度布局没有太多的要求，主要是随着面板及扶手的高度，但是前后方向的位置还是要满足触及的要求，同时综合考虑中控其他零部件的布置。

1.2.3相对布置关系的优缺点探讨

传统的球头式换挡机构与杯托的布置关系一般有以下几种情况：

a）杯托在前，换挡机构在后，如图21所示；

b）换挡机构在前，杯托在后，如图22所示；

c）换挡机构在左，杯托在右，如图23所示。

对于方案a不推荐，中控屏幕、按键及出风口等部件使用频次较高，且放置水杯时对驾驶员的操作带来困扰，存在一定的安全隐患；对于方案b，可以通过降低杯托位置，使放置水杯时也不超过扶手的高度，如图24示例中，将杯托与扶手箱集成，尽量降低杯托的位置，使其放置水杯时也能正常使用中控扶手；对于方案c，如图25中所示，控制球头到杯托盖的尺寸a和杯托盖打开时的凸起高度b，就能在放置水杯同时，也不对换挡操作产生影响。建议a≥30mm，10mm≤b≤15mm。

对于方案c，如图25中所示，控制球头到杯托盖的尺寸a和杯托盖打开时的凸起高度b，就能在放置水杯同时，也不对换挡操作产生影响。建议a≥30mm，10mm≤b≤15mm。距离来适应小体量人群的手肘支撑性，这样L1也可以适当放宽，只需要滑动后的距离能满足下图所示即可。

1.3中央扶手、面板的布置

1.3.1中央扶手布置的约束

中央扶手的工程约束主要是人机舒适性方面的，考虑到前排乘员身高尺寸[3-4]及使用的舒适性，从高度和长度方面做了一个约束，如图26。对于常规式的扶手一般推荐值如下：h—160mm，△—20mm，L1—115mm，L2—175mm。也有一些例外的情况：①采用棘轮式铰链的扶手，可以在多角度位置悬停来适应不同体量人群的手肘支撑性，这样设计位置的扶手高度就不用严格参考h的值；②扶手前后翻转开启，且可以前后滑动的，可以通过往前滑动一段距离来适应小体量人群的手肘支撑性，这样L1也可以适当放宽，只需要滑动后的距离能满足下图所示即可。

1.3.2面板的布置

随着换挡形式的发展，从最初的手动挡、自动挡、线控换挡等机械式换挡，到旋钮式换挡、按键式换挡、怀挡等电子式换挡，对中控面板的约束越来越小，面板的设计自由度也越来越大，两者之间有很紧密的联系。如最初的手动挡和自动挡车型，中控面板都是低矮型，与中控扶手有较大落差，如图27所示。主要原因是因为换挡操作的行程较大，如果将面板布置太高，换挡开口会过大，而杯托也无法实现和换挡的并排左右布置。而电子式换挡，摒弃了传统的机械式传动机构，占用的空间更小，对于整个中控面板的布置而言，自由度更大，中控面板能做到基本与中央扶手齐平，整体设计感更强，同时能够有效利用中控面板下部区域进行储物，如图28所示。

2、结束语

中国汽车工业的发展正在迎来百年来的大机遇，新能源车的大力发展、5G技术的应用、万物互联的智能驾驶时代将为汽车发展带来颠覆性的技术革命。汽车正在经历由一个传统的机械代步工具向可定制化、智能化、情感化陪伴的“家”的方向进化。操控形式也由以前的单一机械命令式输入变成了语音交互、手势识别、自主学习等为主的输入形式。映射到汽车设计那就是大屏化、操作简洁化、使用场景化。更加普及的智能语音交互，更加智能的电子出风口以及更加先进的自动驾驶技术，将会使整个中控区域越来越简洁。放眼望去，车内除了一个集成操作及娱乐的中控屏，其余部分就是储物及纯粹的装饰了。

参考文献

[1] SAE. Driver Hand Control Reach: SAE J 287-2007[S].Warrendale: SAE, 2007.

[2] SAE. Motor Vehicle Drivers’ Eye Locations: SAE J 941-2002[S].Warrendale: SAE, 2002.

[3] 国家技术监督局. 中国成年人人体尺寸: GB 10000—88[S].北京: 中国标准出版社, 1988.

[4] SAE. Human Physical Dimensions: SAE J 833 -2003 [S].Warrendale: SAE, 2003.

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