基于某車型三踏板布置設(shè)計(jì)及改進(jìn)

陳龍姣 支希帆 李鋒

【摘 要】文章主要研究汽車三踏板的布置設(shè)計(jì)方法，分析影響三踏板的相關(guān)因素，文中以某款MPV車型為例，對(duì)三踏板進(jìn)行布置改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行Ramsis理論人機(jī)校核，同時(shí)改制樣件進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證，使不同百分位人體在駕駛時(shí)操作踏板更為合理和安全，提高人機(jī)舒適性。

【關(guān)鍵詞】三踏板；2D人體；布置設(shè)計(jì)；舒適性

【中圖分類號(hào)】U467 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）01-0022-03

駕駛員駕駛汽車時(shí)，頻繁進(jìn)行踩踏操作，若踏板設(shè)計(jì)布置不符合人機(jī)工程要求，將會(huì)造成駕駛員駕駛疲勞及操控不舒適性，這是影響駕駛員安全駕駛的主要因素之一[1]。因此，駕駛員在汽車駕駛艙內(nèi)經(jīng)常接觸的三踏板（離合踏板、制動(dòng)踏板和加速踏板）的布置一定要合理、操縱方便、安全舒適，需充分考慮人機(jī)工程學(xué)的一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。同時(shí)，踏板布置在汽車前期研發(fā)過程中是非常重要的環(huán)節(jié)，完善的前期研發(fā)過程不僅能夠打造一個(gè)成熟的汽車平臺(tái)架構(gòu)，而且能夠減少后期的重復(fù)更改，規(guī)避較大的成本風(fēng)險(xiǎn)。

本文以某款MPV車型為例，從人機(jī)工程的角度出發(fā)，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的推薦值及項(xiàng)目開發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)值，對(duì)踏板進(jìn)行布置設(shè)計(jì)分析，優(yōu)化和改進(jìn)踏板布置設(shè)計(jì)，改善駕駛員操縱踏板的舒適性和方便性，降低駕駛員的駕駛疲勞感，提高車輛的乘坐舒適和駕駛安全性。

1 三踏板布置設(shè)計(jì)參數(shù)

三踏板布置從左到右依次為離合器踏板、制動(dòng)踏板和加速踏板，布置在地板凸包與車身內(nèi)側(cè)壁之間。在布置三踏板之前，需定義駕駛員舒適坐姿。

1.1 駕駛員坐姿人體參數(shù)確定

本文采用95百分位人體，人體模型的姿態(tài)可以由以下6個(gè)參數(shù)確定：A47[2]、A46[2]、H30[2]、H17[2]、A40[2]、Xswc-bof（如圖1所示）。

A47表示駕駛員踩在加速踏板起始位置中心線的鞋面與水平面形成的銳角，加速踏板面的位置設(shè)計(jì)通常需要考慮這個(gè)參數(shù)。

A46表示裸腳腳底與小腿的夾角，統(tǒng)計(jì)表明，此值在85°～110°時(shí)，人體舒適性最佳。

H30表示H點(diǎn)到AHP點(diǎn)的垂直距離，簡稱坐高。SAE標(biāo)準(zhǔn)中，將汽車劃分為A、B兩類，其中A類車的H30值范圍為127～405 mm，B類車的H30范圍為405～530 mm。

H17表示SWC點(diǎn)（以人體手部抓握點(diǎn)計(jì)算）與AHP點(diǎn)的垂直距離。

Xswc-bof表示SWC點(diǎn)和BOF點(diǎn)的水平距離，和H17參數(shù)一起可以確定方向盤相對(duì)于人體模型的位置。

A40表示人體的背部后仰角度，與H30相關(guān)。一般而言，H30越大，背部后仰角度越小，越方便駕駛。

1.2 駕駛員坐姿舒適性

人體布置以達(dá)到舒適性要求為主要目標(biāo)，并兼顧如頭部空間、肩部空間、臀部空間、視野等設(shè)計(jì)要求，綜合考慮整車高度、高度利用率和車型定義的要求[3]。人體坐姿和關(guān)節(jié)角度與駕駛舒適和疲勞程度直接相關(guān)[4]。人體坐姿隨車型的不同而有所變化，其駕駛姿態(tài)下的關(guān)節(jié)角度只有在推薦的舒適性范圍內(nèi)，才能保證駕駛員在操控過程中的坐姿舒適性。人體坐姿如圖2所示，舒適性關(guān)節(jié)角度見表1。

駕駛員舒適姿態(tài)確定后，可開始定義踏板布置設(shè)計(jì)參數(shù)，如踏板行程、踏板橫向間距、踏板與周邊零件的間距及踩踏時(shí)腳部和腿部空間，并確保操縱時(shí)腿與儀表板、中控臺(tái)、方向盤、副儀表板的間隙，滿足駕駛的舒適性、安全性和方便性要求。

2 三踏板布置設(shè)計(jì)要求

2.1 三踏板基本布置要求

布置踏板所需空間受凸包外廓和車身內(nèi)側(cè)壁二者寬度的限制。離合器踏板左側(cè)應(yīng)留出位置容納司機(jī)的左腳，因此輪罩最好不凸出于乘客室內(nèi)。加速踏板右側(cè)應(yīng)留出容納駕駛員右腳踩踏腳部空間，加速踏板一般比制動(dòng)踏板稍低，要求加速踏板與制動(dòng)踏板之間留有大于一只完整鞋底寬度60 mm的距離。為操縱方便，從駕駛員方向看，加速踏板往往布置成朝右轉(zhuǎn)。

駕駛員對(duì)加速踏板的頻繁踩踏是造成操作疲勞的主要原因，因此要求設(shè)計(jì)加速踏板時(shí)，保證踏板踩下時(shí)輕便。駕駛員應(yīng)當(dāng)用腳后跟支靠在地板上，腳踩踏時(shí)僅通過改變踝關(guān)節(jié)角度來實(shí)現(xiàn)踩踏。因此，加速踏板布置的初始位置和極限位置都應(yīng)該使人體處在舒適的駕駛姿勢上。在踏板整個(gè)行程中，須保證踏板面與鞋底有較大的面接觸，保證作用踏板力的傳遞，也避免鞋底與踏板的不舒適滑動(dòng)而產(chǎn)生踏板打滑。

2.2 三踏板布置橫向間距及高度差設(shè)計(jì)要求

踏板布置時(shí)，兩踏板的橫向間距須設(shè)計(jì)合理，保證駕駛員不會(huì)在踩踏時(shí)產(chǎn)生誤踩。踏板最小間距是指加速踏板與制動(dòng)踏板、制動(dòng)踏板與離合踏板之間的最小距離。參考行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)比各類車數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)值，三踏板尺寸和橫向間距設(shè)計(jì)要求如圖3所示。

A、B、C分別指加速踏板、制動(dòng)踏板、離合踏板，H pt指駕駛員人體中心線，F(xiàn)oot Rest指歇腳踏板。歇腳踏板尺寸推薦為100 mm，歇腳與離合踏板橫向間距推薦為70～80 mm，離合、制動(dòng)踏板橫向尺寸推薦為55 mm左右，離合與制動(dòng)踏板橫向間距推薦為70～80 mm，加速踏板橫向尺寸推薦為40 mm左右，加速與制動(dòng)踏板橫向間距推薦為65～70 mm，加速踏板與右側(cè)周邊零件最小間隙推薦為25 mm，離合、制動(dòng)踏板中心線與駕駛員人體中心線橫向間距分別推薦為70～80 mm、50～60 mm，加速踏板中心線與駕駛員人體中心線最小橫向間距推薦為165 mm。以上數(shù)據(jù)均為推薦值，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整數(shù)值。

制動(dòng)踏板與加速踏板位置相鄰，踏板之間高度差要適當(dāng)，避免從加速踏板移至制動(dòng)踏板時(shí)誤踩，制動(dòng)與加速高度差PL1推薦為20～50 mm來設(shè)計(jì)（如圖4所示）。此外，踏板在行程極限位置時(shí)，保證踏板下邊緣有足夠的安全離地間隙，建議踏板離地高度≥25 mm。

3 三踏板布置改進(jìn)、人機(jī)校核分析及實(shí)車驗(yàn)證

3.1 踏板布置改進(jìn)、人機(jī)校核

對(duì)某款MPV乘用車踏板布置進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，離合與制動(dòng)踏板間距偏小，其值為60 mm，小于推薦值70～80 mm；制動(dòng)與加速踏板間距偏小，其值為60 mm，小于推薦值65～70 mm；加速踏板踩踏過程中與右側(cè)零件間隙偏小，斜踩時(shí)或大尺寸腳部會(huì)與周邊干涉（如圖5所示）。通過優(yōu)化、改進(jìn)離合踏板懸臂，更改加速踏板安裝點(diǎn)，優(yōu)化前地毯和隔熱墊，離合與制動(dòng)踏板間距達(dá)到80 mm，制動(dòng)與加速踏板間距達(dá)到70 mm，不同百分位人體、不同踩踏加速踏板習(xí)慣，都不會(huì)碰腳，改進(jìn)設(shè)計(jì)如圖6所示。

踏板間距及隔熱墊優(yōu)化、改進(jìn)后，通過Ramsis軟件進(jìn)行人機(jī)校核分析，滿足操縱舒適性、方便性要求。

3.2 實(shí)車驗(yàn)證

對(duì)更改后的踏板及隔熱墊進(jìn)行試制樣件制作，裝在實(shí)車上，通過不同百分比人體進(jìn)行多次駕駛、踩踏操縱驗(yàn)證，得出更改后的設(shè)計(jì)方案合理，具有可行性，能明顯改善駕駛員踏板操作方便性，提高駕駛安全性和舒適性。

4 結(jié)束語

通過對(duì)該款MPV車型三踏板布置進(jìn)行分析、更改及優(yōu)化設(shè)計(jì)，更加深刻地認(rèn)識(shí)到汽車總布置人機(jī)工程在前期開發(fā)設(shè)計(jì)階段的重要性。因此，在今后的開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮人—機(jī)因素，依托相關(guān)推薦標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)值，結(jié)合車型的具體情況，多對(duì)標(biāo)多方案做總結(jié)，改善人機(jī)舒適性，提高產(chǎn)品競爭力，縮短開發(fā)周期，降低成本。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]周一鳴，毛恩榮.車輛人機(jī)工程學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1999.

[2]SAE J1100—2009，Motor Vehicle Dimensions[S].

[3]馮慶，陳龍姣，王彥平.汽車前期開發(fā)中的人體模型布置[J].裝備制造技術(shù)，2013（10）：114-116.

[4]溫吾凡.汽車人體工程學(xué)[M].長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]