基于人機工程學(xué)的巴哈賽車參數(shù)設(shè)計

姜德富 高雷 姜芳

摘 要：人機系統(tǒng)的設(shè)計是保證賽車手安全的關(guān)鍵，同時對于整車的動力性、操縱性至關(guān)重要，人機系統(tǒng)的參數(shù)直接影響賽車的總體設(shè)計，重要系統(tǒng)的方案選取和關(guān)鍵參數(shù)的選取，所以做好足夠的人機系統(tǒng)的設(shè)計，對于整車的性能至關(guān)重要。以巴哈賽車的人機系統(tǒng)基本參數(shù)為基礎(chǔ)，對座椅、踏板、方向盤、儀表四個部分進行了人機交互設(shè)計分析說明，實驗證明初步設(shè)計可以滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：巴哈賽車;設(shè)計說明;可行性

0 引言

巴哈賽車如何實現(xiàn)整車的運動協(xié)調(diào)并且不會出現(xiàn)干涉，整車在各個工況下都能發(fā)揮良好的性能，離不開賽車的總體設(shè)計，整體方案的確立，直接關(guān)系到整車是否具有優(yōu)良的車況。

人機系統(tǒng)的設(shè)計是保證賽車手安全的關(guān)鍵，同時對于整車的動力性、操縱性至關(guān)重要，人機系統(tǒng)的參數(shù)直接影響賽車的總體設(shè)計，重要系統(tǒng)的方案選取和關(guān)鍵參數(shù)的選取，所以做好足夠的人機系統(tǒng)的設(shè)計，對于整車的性能至關(guān)重要。

1 人機參數(shù)

賽車手是賽車的直接駕駛者，為保證賽車手的駕駛舒適性，發(fā)揮賽車良好的動力性和靈活的操縱性，人機參數(shù)能提供大量的測試數(shù)據(jù)，是整車系統(tǒng)設(shè)計人機系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，是獲得更好駕駛體驗和性能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

獲得參數(shù)的第一步就是進行測量，為了完成巴哈賽事的比賽，一支車隊需要至少兩名以上的車手，需要對所有車手的人及參數(shù)進行測量，根據(jù)各車手數(shù)據(jù)簡化出一套人體模型繪制草圖。

通過搭建的人及參數(shù)測量平臺獲得更為精準的人及參數(shù)具體包括：方向盤位置、轉(zhuǎn)向柱角度、踏板位置、踏板角度、駕駛艙空間等，對參數(shù)進行匯總整理后得到人機模型的數(shù)據(jù)庫，搭建起最初的人機模型。作為總體設(shè)計的基礎(chǔ)，為后續(xù)整車參數(shù)的確定做準備。

2 人機交互設(shè)計

人機交互設(shè)計主要包括：座椅、踏板、方向盤、儀表設(shè)計四個部分，人機交互系統(tǒng)是車手與賽車的連接樞紐，擔負著車手的操作指令能否順利傳達到賽車之中，同時也擔負著賽車的作業(yè)工況能否快速準確的傳遞給車手的任務(wù)，以便車手作出相應(yīng)的調(diào)整。

（1）座椅設(shè)計：賽車手與賽車的座椅、方向盤、踏板三個部分直接接觸，座椅作為賽車手在賽車中最主要的接觸部分，可以最直接的將賽車的狀態(tài)反饋給賽車手。好座椅能夠?qū)愜囀痔峁┝己玫陌Ч?，座椅與車手的身體契合良好，能給車手提供良好的縱向和側(cè)向支撐，確保車手在進行加速、轉(zhuǎn)向等工況時，提供良好駕駛姿態(tài)的保證。座椅材料的軟硬度選擇合適，既能保證支撐，又能提高車手的駕駛舒適性。此外，還需要對座椅的強度和剛度進行分析計算，輕量化的設(shè)計也需要考慮，確保極限工況下座椅的強度和剛度，不出現(xiàn)大的變形。（2）踏板設(shè)計：踏板是車手做出加速和制動信號的傳播中介，直接影響賽車的操控性能，同時作為人機交互系統(tǒng)的一部分，利用人機工程學(xué)設(shè)計，使踏板具有良好的駕駛舒適性和精準操作性，踏板的設(shè)計也直接與系統(tǒng)的選型及設(shè)計有關(guān)。踏板在設(shè)計上要滿足賽車規(guī)則對于踏板的要求，還要滿足功能，制動踏板要有合理的傳遞比，將車手腳部的壓力轉(zhuǎn)化成合適的主缸壓力，進而推動制動卡鉗產(chǎn)生制動效果。油門踏板也要滿足壓縮行程，確保工作時的響應(yīng)穩(wěn)定迅速;除此之外踏板還需要結(jié)合人機系統(tǒng)的參數(shù)合理設(shè)計角度，壓縮行程，回彈力度等，保證車手操作時的舒適性，對于不同車手，人及參數(shù)不同的現(xiàn)象可以設(shè)計可調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)踏板的縱向位置和踏板的角度，使踏板能夠更適合車手的駕駛習慣;另外設(shè)計時還要考慮到，相關(guān)連接系統(tǒng)的布置，確保不出現(xiàn)干涉的現(xiàn)象，還需要對踏板的材料、輕量化等方面進行考慮。（3）方向盤：方向盤作為車手操縱賽車轉(zhuǎn)向的直接部件是人機交互系統(tǒng)中最重要的一部分，需要保證其結(jié)實耐用的同時又要兼顧輕量化。根據(jù)人機測量平臺獲得的數(shù)據(jù)，合理的選擇方向盤的直徑和轉(zhuǎn)角，保證車手在駕駛時有合適的轉(zhuǎn)向手力和操作空間。目前國內(nèi)車隊的方向盤主要通過購買以及自制的方式，購買件結(jié)構(gòu)強度高，但是安裝點固定，操作空間狹窄，自制件可以根據(jù)需要設(shè)計安裝點和形狀，確保操作空間良好，通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和材料的改進可以更好的實現(xiàn)輕量化。（4）儀表：儀表作為車手觀察賽車狀態(tài)最直接的途徑，實時反映車輛的關(guān)鍵參數(shù)，但車手在駕駛中，始終是處于高度緊張的狀態(tài)，難以分出更多的精力來看儀表數(shù)據(jù)，所以在儀表的設(shè)計中，要盡量的將內(nèi)容精簡，顯示盡可能直觀，可以在設(shè)計中將數(shù)字簡化，例如可以將轉(zhuǎn)速或輪速的大小以儀表中LED燈點亮的數(shù)目進行顯示，便于車手在駕駛過程中了解車輛的狀態(tài)。另外方向盤布置的過程中要考慮到車手駕駛過程中的視線問題，如果將儀表直接集成到方向盤上，車手在駕駛中如果去看儀表盤上的數(shù)據(jù)，需要刻意的低頭，這是駕駛過程中的安全隱患，所以在設(shè)計中要通過人機參數(shù)確定合理的儀表安裝位置，保證車手獲得信息的方便性以及駕駛過程中的安全性。

3 結(jié)束語

通過對巴哈賽車的人機工程整機結(jié)構(gòu)參數(shù)、座椅、踏板、方向盤、儀表部分進行了設(shè)計分析說明，并進行了分析研究與選型確定，經(jīng)試制樣機與試驗，初步設(shè)計可以滿足使用要求。

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作者簡介：姜德富（1962-），男，山東青州人，工學(xué)學(xué)士，副教授，高級工程師，研究方向：車輛工程。