基于方程式賽車(chē)坐姿下的踏板力及踏板行程的研究

董遠(yuǎn)志+李珞+張彭朋

摘 要：在符合FSC賽事規(guī)則的條件下，滿足5到95百分位身高的成年大學(xué)生駕駛員為基礎(chǔ)，深入分析現(xiàn)有的踏板布置位置及踏板行程和阻力標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以大學(xué)生為統(tǒng)計(jì)樣本，重新通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理計(jì)算出合適的數(shù)據(jù)，優(yōu)化賽車(chē)的人機(jī)工程，設(shè)計(jì)出專門(mén)為大學(xué)生方程式賽車(chē)坐姿準(zhǔn)備的合適踏板布置位置、踏板力和行程。使其在人機(jī)工程效能方面得到提高。

關(guān)鍵詞：FSC；車(chē)輛工程；踏板力；踏板行程

駕駛汽車(chē)最重要的操控方式包括手操控和腳操控，合理的安排操縱施力方式與負(fù)荷可以有效降低操縱負(fù)荷。以腳操控為例，腳操控主要是腳對(duì)加速踏板、制動(dòng)踏板的控制人腳發(fā)出力的大小與人的姿態(tài)，腳的位置等有關(guān)，因此踏板的布置位置和阻力大小需要對(duì)此做針對(duì)性優(yōu)化。方程式賽車(chē)坐姿比大部分乘用車(chē)都要低矮賽車(chē)界通行的辦法是專車(chē)專用踏板總成，但大部分新入學(xué)校并無(wú)預(yù)算與相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，本課題在深入分析了現(xiàn)有的踏板布置位置及踏板行程和阻力標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，擬統(tǒng)計(jì)出專門(mén)為大學(xué)生方程式賽車(chē)坐姿準(zhǔn)備的通用踏板布置位置、踏板力和行程。

1數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

由于各車(chē)隊(duì)踏板布置方式不盡相同，故對(duì)FSC方程式賽車(chē)坐姿下踏板力及踏板行程的研究主要分兩方面進(jìn)行。

一方面是制動(dòng)踏板，方程式賽車(chē)制動(dòng)踏板操作邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單，大多數(shù)情況下是頻繁的猛踩剎車(chē)減速，因此制動(dòng)踏板踏板力的關(guān)鍵數(shù)據(jù)是駕駛員猛踩剎車(chē)時(shí)能達(dá)到的峰值作用力，而踏板行程則是達(dá)到峰值作用力時(shí)的踏板行程。綜上，在赤驥車(chē)隊(duì)2015年度賽車(chē)上進(jìn)行制動(dòng)踏板力和踏板行程相應(yīng)數(shù)據(jù)的收集工作的主要方法是通過(guò)在制動(dòng)油壓系統(tǒng)中加裝壓力傳感器，一分鐘內(nèi)6次隨機(jī)要求駕駛員猛踩制動(dòng)踏板模擬制動(dòng)減速操作，測(cè)量6次油壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力并求平均值，再反向計(jì)算平均踏板力，以及通過(guò)在踏板與車(chē)架之間加裝滑軌位移傳感器測(cè)定踏板受力點(diǎn)水平方向的平均行程。

另一方面是油門(mén)和離合踏板，此處僅考慮傳統(tǒng)的既有油門(mén)踏板又有離合踏板的情況。在方程式賽車(chē)上，油門(mén)和離合踏板操作邏輯和自身結(jié)構(gòu)比較類(lèi)似，兩種踏板最舒適的踏板布置應(yīng)是保證操縱輕便的同時(shí)保持一定的力反饋和較長(zhǎng)行程，使駕駛員對(duì)操縱量能有主觀的判斷。在赤驥車(chē)隊(duì)2015年度賽車(chē)上進(jìn)行油門(mén)和離合踏板力和踏板行程相應(yīng)數(shù)據(jù)的收集工作的主要方法是將油門(mén)踏板上的油門(mén)拉線拆除，安裝滑軌和位移傳感器以及測(cè)量油門(mén)踏板力的彈簧式測(cè)力計(jì)，測(cè)量駕駛員每10秒踩一次踏板每次7秒，重復(fù)20次操作時(shí)去掉極值的平均踏板力與踏板行程。

2數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)條件

為保證收集數(shù)據(jù)可靠，且可直接流用，故將實(shí)驗(yàn)條件標(biāo)準(zhǔn)化，既保證各個(gè)體數(shù)據(jù)測(cè)量條件基本相同，又可為使用該數(shù)據(jù)成果的后來(lái)者提供設(shè)計(jì)參考。

由于本課題研究主要為踏板總成，跟駕駛員下半身姿態(tài)關(guān)系較為緊密，要得到使駕駛員舒適的踏板力和踏板行程，其前提即是確定使駕駛員下肢舒適的H點(diǎn)位置，根據(jù)FSC規(guī)則規(guī)定車(chē)手座椅的最低點(diǎn)必須不低于車(chē)架底部管件的下表面以及《汽車(chē)人機(jī)工程學(xué)》中推薦H點(diǎn)位置，將H點(diǎn)距車(chē)架底面垂直距離選為120mm，踏板受力點(diǎn)與車(chē)架底面垂直距離同樣默認(rèn)120mm。

踏板水平方向布置方式如圖所示，取油門(mén)踏板在HP點(diǎn)右側(cè)180mm，制動(dòng)踏板在HP點(diǎn)右側(cè)90mm，離合踏板位于HP點(diǎn)左側(cè)100mm.

踏板縱向布置根據(jù)FSC規(guī)則規(guī)定，取H點(diǎn)到任意踏板面距離至少能達(dá)到915mm。

3數(shù)據(jù)采集與分析

代入數(shù)據(jù)可得[t]=1.11<[t0.97599]=1.982

可以接受假設(shè)H0：?4=46.9即在顯著性水平0.05下，可以認(rèn)為全部大學(xué)生感覺(jué)舒適的油門(mén)踏板行程平均值為46.9毫米。

4結(jié)論

綜上，在H點(diǎn)距踏板面915mm，H點(diǎn)高度120mm，油門(mén)踏板在HP點(diǎn)右側(cè)180mm，制動(dòng)踏板在HP點(diǎn)右側(cè)90mm，離合踏板位于HP點(diǎn)左側(cè)100mm情況下，制動(dòng)踏板最大行程400mm最大踏板力509.6N，油門(mén)及離合踏板80.36N，行程46.9mm最符合大學(xué)生方程式賽車(chē)人機(jī)工程要求，能夠使大多數(shù)大學(xué)生車(chē)手感到舒適，有效提高人機(jī)工程效能。

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