轎車駕駛室操縱裝置的分析設(shè)計(jì)

吳則旭

摘 要 本文運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)基本理論對(duì)操縱裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，減少駕駛員操作的疲勞性，提高轎車的主動(dòng)安全性，使得駕駛員操作方便、舒適、安全。

關(guān)鍵詞 駕駛室設(shè)計(jì) 人機(jī)分析 安全

中圖分類號(hào)：U463.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

駕駛室設(shè)計(jì)是轎車設(shè)計(jì)中非常重要的部分，設(shè)計(jì)是否合理直接影響到駕駛員的安全、效率、舒適和健康。本文運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)基本理論對(duì)操縱裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，減少駕駛員操作的疲勞性，提高轎車的主動(dòng)安全性，使得駕駛員操作方便、舒適、安全。

1變速桿

對(duì)于變速桿的人機(jī)分析，主要針對(duì)它的高低、前后的位置、手握部分的形狀以及操縱的角度、位移等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。

1.1位置

變速桿是駕駛員通過(guò)前后推拉和左右推拉進(jìn)行控制，用以改變汽車速度的一種控制桿，它需要較大的力來(lái)進(jìn)行操縱。當(dāng)人在進(jìn)行前后推拉或者左右推拉的時(shí)候，其施力大小會(huì)有所不同。在操縱桿的設(shè)計(jì)中，為使操作者能有一個(gè)較為舒適的控制過(guò)程，應(yīng)盡可能的將操縱桿設(shè)置在人能夠有較大施力的位置，并且對(duì)于需要使用較大力量操縱的控制桿。考慮到在不同方式和位置下施力的大小，對(duì)控制桿的阻撓力大小進(jìn)行相應(yīng)的改變，這樣能減小駕駛員操縱的疲勞度。

1.2形狀

駕駛員在對(duì)變速桿進(jìn)行控制時(shí)，是通過(guò)手握住來(lái)進(jìn)行操縱。因此，要求變速桿的手握部分的形狀應(yīng)符合手的生理特點(diǎn)，以使駕駛員手握舒適、施力方便、不產(chǎn)生滑動(dòng)。從手掌的解剖特征來(lái)看，指球肌、大、小魚際是手掌上肌肉最豐富的部位，是手部的天然減震器，而掌心是肌肉最少的部位，指骨間肌和手指部分則是布滿神經(jīng)末梢的部位。因此，操縱器的手柄形狀應(yīng)使手柄被握住的部位與掌心和指骨間肌之間留有間隙，以改善掌心和指骨間肌集中受力狀態(tài)，保證手掌血液循環(huán)良好，神經(jīng)不受過(guò)強(qiáng)壓迫。

用手對(duì)操縱器抓握進(jìn)行控制，有著各種不同的方式，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)各自特點(diǎn)并結(jié)合手掌的解剖特征來(lái)進(jìn)行考慮。對(duì)于轎車的變速桿，駕駛員一般較多的手的抓握方式。針對(duì)這種抓握方式的操縱器的手握部分，可以考慮將它的頂面設(shè)計(jì)或平面或接近平面的弧面，這樣能夠使它與掌心間留有一定的間隙，從而可以避免對(duì)肌肉較少的掌心部位的壓迫。

此外，為了防止操作過(guò)程中手的滑動(dòng)，手握部分不能設(shè)計(jì)的太光滑，最好能有一定的紋理，這樣可產(chǎn)生一定的摩擦阻力，有利于操作和防止手滑動(dòng)，但須注意紋理不能過(guò)分粗糙，以免影響駕駛員操作時(shí)的手感和舒適度。

1.3 操縱角度

在對(duì)操縱器的設(shè)計(jì)中，除了要對(duì)它的位置、形狀進(jìn)行考慮外，還要對(duì)控制桿的操縱角度和位移量進(jìn)行考慮。操縱器的操縱角度和位移量不能太大，因?yàn)檫@樣不僅會(huì)占用較大的操作空間，而且會(huì)使操作者在進(jìn)行操縱時(shí)由于運(yùn)動(dòng)消耗量增大而加快產(chǎn)生疲勞的速度。所以，控制稈的操縱角度和位移量應(yīng)在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)。對(duì)于控制桿的操縱角度，以300～600為宜，一般不超過(guò)900。

2腳踏板的設(shè)計(jì)與分析

汽車的腳控裝置的作用是在汽車啟動(dòng)、變速、制動(dòng)時(shí)進(jìn)行不同功能操作。對(duì)汽車腳控操縱裝置進(jìn)行分析和研究，最主要的是對(duì)它們的位置述行考慮。

踏板設(shè)計(jì)應(yīng)以人體下肢尺寸和力學(xué)參數(shù)為基礎(chǔ)。汽車制動(dòng)踏板一般為腳懸空式，形狀多采用矩形或橢圓形平面板，其表面應(yīng)與腳掌充分接觸并具有齒紋，以免蹬踩時(shí)滑腳。對(duì)轎車來(lái)說(shuō)，踏板與地面的最優(yōu)傾角為300～600，操作時(shí)腳掌與小腿的舒適角應(yīng)為900～950，大、小腿間夾角以950～1350為宜，以1200為最佳。腳踏板適宜的操縱力為80～400N，它的起動(dòng)阻力一般為35～45N，蹬踏力消除后腳踏板應(yīng)能自動(dòng)復(fù)位。制動(dòng)踏板應(yīng)布置在右腳操縱區(qū)域，以滿足操縱力大、速度快和準(zhǔn)確性高的操作要求。

加速踏板的位置是由總體布置確定的，在進(jìn)行駕駛室設(shè)計(jì)時(shí)，主要是確定加速踏板的傾斜角度，即踏板裝置角 。它直接影響到駕駛員腳的踏平面與水平面的夾角，即踏平面角 （如圖1）。后者決定了駕駛員對(duì)加速踏板的控制能力，以及對(duì)駕駛員腳部的生理結(jié)構(gòu)是否產(chǎn)生損害。

理想的踏平面角 是由人體踝關(guān)節(jié)處的生理結(jié)構(gòu)和座椅的位置決定的，應(yīng)當(dāng)使駕駛員既能操作舒適，又便于用力。通過(guò)對(duì)在設(shè)計(jì)良好的汽車上獲得的大量的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并用回歸算法進(jìn)行計(jì)算，得出了踏平面角的經(jīng)驗(yàn)公式：

=78.96-0.015Z-0.0000173Z2，座椅高度在200～500mm范圍內(nèi)時(shí)， 的值在65～75度之間，因此可以把加速踏板的設(shè)計(jì)角度定位70度。

綜上所述，此次設(shè)計(jì)研究是從人—機(jī)關(guān)系和人—環(huán)境關(guān)系兩個(gè)方面對(duì)轎車駕駛室操縱裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，充分考慮人的因素，減少駕駛疲勞，，從而使轎車駕駛室的人一機(jī)一環(huán)境系統(tǒng)總體性能達(dá)到最優(yōu)。

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