基于人機工程的風琴式加速踏板布置研究

支希帆

摘要：為了研究風琴式加速踏板的人機工程，并且更好的運用到實際的布置中，本研究通過對比風琴式加速踏板與懸吊式加速踏板的基礎結構、使用方法等，發(fā)現(xiàn)風琴式加速踏板在操作舒適性上有明顯的優(yōu)勢。風琴式加速踏板更加適用于偏運動和經(jīng)常長途駕駛的車輛上。然后通過踏板角度定義、踏板高度定義、踏板左右位置定義、踏板與周邊件的布置關系等定義明確了其布置要求，最后結合人機分析軟件和人機柔性實驗臺架驗證其合理性。

關鍵詞：人機工程;風琴式;加速踏板

中圖分類號：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0011-02

0? 引言

加速踏板是汽車上最重要的操縱裝置，是人和車溝通最直接的載體，我們通過踩踏加速踏板來控制汽車的加速。同時加速踏板是使用頻率最高的踏板，因此踏板的舒適性對于駕駛疲勞度的影響至關重要，如果布置不合理很容易引起客戶抱怨。一般來說，運動型車型會更傾向于選擇風琴式加速踏板。這種踏板的旋轉(zhuǎn)軸在地板上，踏板面向前傾斜成一個角度，踏板長度比懸吊式加速踏板長，配置這種車的乘用車品牌有馬自達、寶馬、雷克薩斯等車型。

1? 風琴式加速踏板優(yōu)勢分析

經(jīng)過商品性評價認定，風琴式加速踏板比懸吊式加速踏板在操作舒適度上有很大優(yōu)勢，使用風琴式加速踏板代替懸吊式加速踏板可以增加商品性評價評分。通過操作動作分析發(fā)現(xiàn)：由于懸吊式加速踏板在踩踏的過程中腳面與踏板面的接觸點發(fā)生變化，變化到一定程度之后會產(chǎn)生接觸點不在最優(yōu)腳掌舒適區(qū)及發(fā)力區(qū)，因此腳跟腳面需要隨著踏板面一起前移，腳跟需要克服較大的地毯摩擦力。并且盡管初始設計位置的舒適性沒有問題，但是腳跟腳面前移之后腳步與腿部舒適度發(fā)生變化，因此對于固定駕駛姿勢來說，無法保證整個腳步運動范圍的舒適性。并且由于在整個踩踏過程中由于腳掌支撐面積較小，小腿肌肉需要長時間保持繃緊狀態(tài)，很容易造成小腿疲勞。 但是對于風琴式加速踏板而言，在整個踩踏過程中，腳跟不動，只是單純改變腳面的角度即可完成整個踩踏動作，并且比起懸吊式加速踏板的線接觸，風琴式加速踏板與腳面的接觸為面接觸，因此腳步舒適性大大提高，并且對于踏板人機布置要求相對較低。

2? 風琴式加速踏板布置分析

該分析基于某款MPV車型進行，踏板的布置分為三步進行，首先定義踏板角度、然后定義踏板上下位置、最后定義踏板左右位置，中間使用人機分析軟件輔助分析。（圖1）

2.1 參數(shù)定義

2.1.1 APA：踏板角度

踏板角度指踏板面與地毯面的夾角。

2.1.2 AHP：踵點

踵點指腳跟點。

2.1.3 Hh

H點與AHP點在垂直方向上高度差。

2.1.4 H點

H點指人體軀干與臀部相交的旋轉(zhuǎn)點。

2.2 APA設計

APA設計是依據(jù)駕駛姿勢及踵點及腳面設計角度來設計的。

首先根據(jù)如下公式計算加速踏板角度（APA），該角度根據(jù)Hh來設計，對于轎車類（Hh：200～300mm）：

對于MPV類（Hh：300～400mm）：

對于某MPV車型Hh=330，通過公式計算得出APA=56.9±2°，并且通過與競品車坐姿高度及H點與踵點前后位置對比，最終定義APA為56.5°。

經(jīng)過人機分析軟件Ramsis分析發(fā)現(xiàn)踏板角度向上旋轉(zhuǎn)5°腳步舒適度變差，并且向下旋轉(zhuǎn)5°后腳步舒適度無變化，因此該踏板角度符合設計要求。（圖2）

2.3 踏板上下位置定義

踏板上下位置由地毯面決定。為了使踏板周邊外觀效果更好，按照踏板底座最低點與地毯面干涉1mm設定，并且踏板與地毯毛氈的重疊量至少10mm。地毯面依據(jù)踵點確定，一般的設計要求踵點與地毯面干涉5mm，或者按照干涉量為地毯總厚度的30%設計。

風琴式加速踏板，在加速踏板腳踩踏參考平面上測量，風琴式加速踏板長度建議在踵點以上250mm。這個尺寸可以使大腳在其中間有效點上接觸到踏板。在加速踏板腳踩踏參考平面上測量，為了使大腳在其BOF點上接觸到踏板，踏板面必須在踵點以上至少217mm。風琴式加速踏板的設計建議是基于95%男性人體穿大尺寸鞋子來定義的。（圖3）

通過布置要求和對標車踏板長度尺寸對比，同時為了防止大尺寸鞋子腳掌踩空或者接觸面積不夠，踏板長度定義為240mm。（表2）

2.4 踏板左右位置定義

風琴式加速踏板的建議寬度是50mm，最小寬度是25mm。這個值與現(xiàn)有的GM加速踏板寬度在40-60mm范圍內(nèi)是一致的，而競爭車的加速踏板寬度變化范圍為30-77mm。軍用標準特定的最小踏板寬度為75m。Anacapa Science（1987）建議加速踏板寬度做到50mm，而Chapanis（1972）建議加速踏板的寬度不小于22mm。綜合上述以及與對標車風琴式加速踏板寬度對比，加速踏板寬度目標值定義為40-50mm，最終選定的踏板寬度為46mm，可以滿足人機工程要求。

風琴式加速踏板一般都會向右上方傾斜一個角度，這是因為踩踏油門踏板時腳步會向右上傾斜一個角度，傾斜角度建議定義為0-15°范圍內(nèi)?，F(xiàn)有的GM車加速踏板向右傾斜角度為5-15°。競爭車加速踏板傾斜角度在向右0-14°到向左0-11°的范圍。當前的踏板傾斜角度為8°，在設計范圍內(nèi)。

由于加速踏板踏點與H點Y向距離對于駕駛員的腳步舒適度影響不敏感，因此該距離參照競品車設定，由于之前布置懸吊式踏板的距離為190mm，相對競品車偏大，因此把該值修正為160mm。（表3）

2.5 加速踏板與制動踏板的位置關系定義

為了使加速踏板與制動踏板之間的切換較為便利，并且防止誤踩發(fā)生，通過人機臺架的驗證，把加速踏板與制動踏板Y向間隙設定為64mm，加速踏板與制動踏板之間的高度差定義為30mm。

3? 總結

風琴式加速踏板對于腳掌的支撐性更好，腳可以很放松地放在油門上，大大減輕了長途駕駛的疲勞感，而且踩踏板時，整個腳掌都是很均勻的發(fā)力，所以整體感覺比較輕盈。所以長途駕駛的客車，一般都采用風琴式加速踏板。

踩踏風琴式加速踏板時，腳掌是整個貼在踏板上的，在踩踏行程較大的時候，也可以非常精準地控制油門大小，所以寶馬和馬自達這類偏重駕駛性的汽車會選擇風琴式加速踏板。由于運動型車輛坐姿較低，采用風琴式加速踏板駕駛姿勢會更加合理。

本文結合人機工程及經(jīng)驗要求，完善了風琴式加速踏板的布置方法，使踏板布置更加合理舒適，并且經(jīng)過人機工程分析軟件和人機試驗臺架驗證滿足操作舒適性目標。

參考文獻：

[1]楊玉輝，劉剛.客車駕駛員主要操縱人機解析[J].裝備制造技術，2017（05）：152-155.

[2]戴旭東，曹海燕.汽車設計中的人機工程學[J].汽車與駕駛維修（維修版），2017（04）：118.

[3]朱衛(wèi)鋼.基于人機工程學的汽車布置方法研究[D].浙江工業(yè)大學，2016.

[4]王望予.汽車設計[M].四版.北京：機械工業(yè)出版社，2005：39.

[5]王吉.基于人機工程學的工程機械駕駛室優(yōu)化設計[D].石家莊鐵道大學，2016.

[6]鄧麗.艙室人機界面布局設計與評估優(yōu)化方法研究[D].西北工業(yè)大學，2016.

[7]中國汽車技術研究中心標準化研究所.GB/T 17346-1998，轎車腳踏板的側向間距[S].北京：中國標準出版社，1998：1.