龍 震，陳 創(chuàng)

（東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州545000）

在汽車設(shè)計過程中，三踏板的布置是相互關(guān)聯(lián)并相互影響的，加速踏板又是三踏板中使用最頻繁的，加速踏板的位置很大程度決定著加速員坐姿的人機舒適性，一般在三踏板的布置設(shè)計過程中，首先布置確定加速踏板，再根據(jù)加速踏板的位置和三踏板之間的關(guān)系確定制動和離合踏板的位置。本文通過介紹三踏板的布置及布置合理性驗證的方法，能夠有效縮短三踏板的布置及設(shè)計時間，提升汽車三踏板人機操作舒適性，為汽車設(shè)計師在布置三踏板時提供了一種參考和借鑒。

1　加速踏板的布置

1.1　加速踏板的布置要求

合理布置加速踏板的位置，需要了解加速踏板的操作要求以及駕駛員在駕駛操作過程中各個關(guān)鍵角度的舒適范圍。駕駛員人體坐姿（如圖1所示）各關(guān)鍵關(guān)節(jié)參數(shù)推薦范圍[1-2]如表1所示。

圖1　人體坐姿示意圖

表1　人體坐姿關(guān)鍵關(guān)節(jié)舒適范圍推薦值

為保證在加速操作過程中的腿部空間、加速安全和人機舒適性，加速踏板與周邊零部件的空間隙需要滿足下面表2要求。

表2　加速踏板周邊間隙要求推薦值

1.2　加速踏板的布置步驟

（1）確定加速踏板機構(gòu)的輸入，主要包括踏板完整數(shù)模（包含上下極限位置、旋轉(zhuǎn)軸等）以及周邊數(shù)模等條件。

（2）把加速踏板初步布置在前圍板上，如果有標桿車的，可以將初始踏板位置布置到標桿車踏板初始位置；保證整個包絡與周邊件的間隙滿足表2及表3推薦要求；踏板初始位置與右側(cè)的內(nèi)飾板（一般為副儀表板）間隙保證在40 mm以上。

表3　三踏板相互位置關(guān)系及周邊件間隙要求推薦值

（3）確定駕駛員H點位置：Y向位置參考競品車型或者同平臺其他車型駕駛員R點的Y向坐標進行定義；駛員坐姿高H30及駕駛員H點Z向坐標：綜合考慮整車高度目標值、頭部空間、前方視野、地板位置、競品車與標桿車坐姿高進行定義；駕駛員H點X向坐標用男性SAE95%分位的人體模型踵點定位在前地毯以下5 mm（或地毯厚度的1/3左右）的平面上，沿X向移動人體模型，直到人體模型的鞋底與油門踏板面接觸，從而確定駕駛員H點的X向位置。SAE95%分位人體各關(guān)節(jié)角度可通過H30，根據(jù)SAE法規(guī)推薦值計算出來，踝關(guān)節(jié)較定義為87°，這里不進行詳細說明。

（4）確定駕駛員踏板角[3]：根據(jù)SAE J1516標準，A47=78.96-0.15×(H30/10)-0.0173×(H30/10)2計算確定踏板角度，可以微調(diào)角度建議為±2°.

（5）驗證：將加速踏板從初始位置踩到極限位置的整個過程中，人體坐姿必須保證在人體坐姿舒適性范圍內(nèi)，且在整個踩踏過程中人體腳部與周邊（包括踏板臂、踏板安裝結(jié)構(gòu)本身）不能干涉。

2　制動踏板布置

2.1　制動踏板布置方法

根據(jù)加速踏板位置，進行制動踏板布置，步驟如下：

（1）確定制動踏板機構(gòu)的輸入，包括踏板臂、踏板的起始位置和下極限位置、旋轉(zhuǎn)軸心以及周邊數(shù)模等條件。

（2）根據(jù)踏板的旋轉(zhuǎn)軸心做出踏板的運動包絡。

（3）根據(jù)確定的加速踏板位置、制動踏板包絡、踏板周邊間距以及R點位置，調(diào)整踏板位置，使駕駛員在整個蹬踏過程中，人體軀干與大腿的關(guān)節(jié)角不應比初始位置時的角度大于10°，膝關(guān)節(jié)角不應超過170°，踝角不應超過 110°.

（4）若整個空間無法滿足布置要求，在滿足制動力的情況下，可適當調(diào)整總泵參數(shù)、踏板杠桿比，修改踏板臂等。

（5）自動變速器不需要離合踏板情況下，踏板側(cè)向間隙可以適當減小，但最小不能小于120 mm，制動踏板的寬度一般可增加到130 mm，同時也可以增加制動踏板與加速踏板之間的間距，但間距不能大于100 mm.

2.2　制動踏板的校核

根據(jù)確定好的加速踏板及三踏板直接的位置關(guān)系、三踏板與周邊零部件的位置關(guān)系，校核制動踏板（離合踏板）的布置是否滿足要求。

3　離合踏板布置

離合踏板布置方法和要求基本與制動踏板布置一致。當三踏板布置后，根據(jù)踏板位置空間大小，在滿足周邊間距的條件下，可適當調(diào)整三踏板在側(cè)向上的位置，使三個踏板位置之間、加速踏板與右側(cè)件間距、離合踏板與左側(cè)件間距更加合理。同時可與同類車型的間距進行對比，確保三踏板布置合理。由于客戶買到車后，一般都喜歡在地毯上再加一層踩腳墊，設(shè)計的時候要充分考慮到客戶的使用習慣，在三踏板的極限位置到地毯之間留夠足夠的間隙，以免造成客戶抱怨，甚至是造成安全隱患。

4　三踏板的人機舒適性校核驗證

三踏板是駕駛汽車過程中使用最頻繁和時間最久的部件之一，其布置位置是否符合人機操作要求，是評判其布置是否成功合理的關(guān)鍵性因素。因此，三踏板的人機舒適性校核，是三踏板布置設(shè)計過程中必不可缺的一個重要環(huán)節(jié)。Ramsis是德國Human solution公司的產(chǎn)品，擁有汽車界最好最完善的人體模型數(shù)據(jù)庫。其人體模型由Human Solutions和德國汽車業(yè)聯(lián)合開發(fā)，用于對汽車內(nèi)部設(shè)計進行人機工程學分析和設(shè)計，目前，超過70%的汽車生產(chǎn)商均在使用該模型進行人機舒適性校核。Ramsis人體模型建立在高度準確、經(jīng)統(tǒng)計驗證的實體數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，適合于各個國家或特殊用戶的人體數(shù)據(jù)庫，能為整個身體提供運動學和姿態(tài)計算，使用戶可以對人機作業(yè)進行準確有效的模擬和設(shè)計。

目前國內(nèi)進行汽車產(chǎn)品設(shè)計的時候，與人相關(guān)的因素大部分是基于SAE男性95%的人體模型下進行設(shè)計布置，但在汽車設(shè)計時需要滿足大部分人群操作舒適性的產(chǎn)品，因此設(shè)計是否合理，需要校核不同身材人體的操作舒適性。在Ramsis中，一般選擇SAE男性95%人體，中國男性50%人體，中國女性5%人體進行校核[2]。

4.1　校核過程

首先，需要把校核需要用到的三踏板儀表臺、方向盤駕駛員座椅等相關(guān)的數(shù)據(jù)處理導入Ramsis軟件中；然后，導入SAE人體和人體皮膚點；再利用人體皮膚點，模擬駕駛操作時駕駛員的乘坐位置，手、腳的操作位置和動作，將駕駛員身體的各相應部分和三踏板、方向盤、座椅等數(shù)據(jù)約束好；最后，計算不舒適性，模擬得出駕駛員操作加速踏板時身體各部位及總體的不舒適性、疲勞性，從而驗證布置設(shè)計人機舒適性是否能達到要求。Ramsis軟件對駕駛姿態(tài)的不舒適度評分結(jié)果分成多個等級，評分越高，駕駛員姿態(tài)越不舒適，反之評分越低，駕駛員姿態(tài)舒適性越好。一般進行駕駛員姿態(tài)評估時，不舒適性低于3是非常好的設(shè)計，3～5分是可以接受的范圍，大于5分則需要進一步評估，大于6分時一般是不允許的。同時還可以將需要對比車型的參數(shù)也一起導入計算，將設(shè)計車型的舒適性和競品車型進行對比，更好更客觀地了解產(chǎn)品設(shè)計水平。Ramsis不舒適性分析分析結(jié)果如圖2所示。

圖2　Ramsis不舒適性分析分析結(jié)果

5　結(jié)束語

通過上述三踏板布置方法的介紹和人機校核軟件Ramsis的運用，使三踏板布置在設(shè)計階段就能夠充分合理的驗證，縮短了產(chǎn)品設(shè)計和驗證的周期，提高了產(chǎn)品的設(shè)計效率和品質(zhì)，是值得大家借鑒的一種開發(fā)方法和模式。

參考文獻：

[1]智淑亞.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[2]朱茂桃，智淑亞.汽車車身現(xiàn)代設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.

[3]Vivek D.Bhise.汽車設(shè)計中的人機工程學[M].李惠彬，劉亞茹，等.譯.北京：機械工業(yè)出版社，2014.