基于人機(jī)工程的風(fēng)琴式加速踏板布置研究

支希帆

摘要：為了研究風(fēng)琴式加速踏板的人機(jī)工程，并且更好的運(yùn)用到實(shí)際的布置中，本研究通過(guò)對(duì)比風(fēng)琴式加速踏板與懸吊式加速踏板的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、使用方法等，發(fā)現(xiàn)風(fēng)琴式加速踏板在操作舒適性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。風(fēng)琴式加速踏板更加適用于偏運(yùn)動(dòng)和經(jīng)常長(zhǎng)途駕駛的車(chē)輛上。然后通過(guò)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(guān)系等定義明確了其布置要求，最后結(jié)合人機(jī)分析軟件和人機(jī)柔性實(shí)驗(yàn)臺(tái)架驗(yàn)證其合理性。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程;風(fēng)琴式;加速踏板

中圖分類號(hào)：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）12-0011-02

0? 引言

加速踏板是汽車(chē)上最重要的操縱裝置，是人和車(chē)溝通最直接的載體，我們通過(guò)踩踏加速踏板來(lái)控制汽車(chē)的加速。同時(shí)加速踏板是使用頻率最高的踏板，因此踏板的舒適性對(duì)于駕駛疲勞度的影響至關(guān)重要，如果布置不合理很容易引起客戶抱怨。一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)型車(chē)型會(huì)更傾向于選擇風(fēng)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(gè)角度，踏板長(zhǎng)度比懸吊式加速踏板長(zhǎng)，配置這種車(chē)的乘用車(chē)品牌有馬自達(dá)、寶馬、雷克薩斯等車(chē)型。

1? 風(fēng)琴式加速踏板優(yōu)勢(shì)分析

經(jīng)過(guò)商品性評(píng)價(jià)認(rèn)定，風(fēng)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(shì)，使用風(fēng)琴式加速踏板代替懸吊式加速踏板可以增加商品性評(píng)價(jià)評(píng)分。通過(guò)操作動(dòng)作分析發(fā)現(xiàn)：由于懸吊式加速踏板在踩踏的過(guò)程中腳面與踏板面的接觸點(diǎn)發(fā)生變化，變化到一定程度之后會(huì)產(chǎn)生接觸點(diǎn)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(shè)計(jì)位置的舒適性沒(méi)有問(wèn)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(duì)于固定駕駛姿勢(shì)來(lái)說(shuō)，無(wú)法保證整個(gè)腳步運(yùn)動(dòng)范圍的舒適性。并且由于在整個(gè)踩踏過(guò)程中由于腳掌支撐面積較小，小腿肌肉需要長(zhǎng)時(shí)間保持繃緊狀態(tài)，很容易造成小腿疲勞。 但是對(duì)于風(fēng)琴式加速踏板而言，在整個(gè)踩踏過(guò)程中，腳跟不動(dòng)，只是單純改變腳面的角度即可完成整個(gè)踩踏動(dòng)作，并且比起懸吊式加速踏板的線接觸，風(fēng)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(duì)于踏板人機(jī)布置要求相對(duì)較低。

2? 風(fēng)琴式加速踏板布置分析

該分析基于某款MPV車(chē)型進(jìn)行，踏板的布置分為三步進(jìn)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(jī)分析軟件輔助分析。

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(diǎn)

踵點(diǎn)指腳跟點(diǎn)。

2.1.3 Hh

H點(diǎn)與AHP點(diǎn)在垂直方向上高度差。

2.1.4 H點(diǎn)

H點(diǎn)指人體軀干與臀部相交的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。

2.2 APA設(shè)計(jì)

APA設(shè)計(jì)是依據(jù)駕駛姿勢(shì)及踵點(diǎn)及腳面設(shè)計(jì)角度來(lái)設(shè)計(jì)的。

首先根據(jù)如下公式計(jì)算加速踏板角度（APA），該角度根據(jù)Hh來(lái)設(shè)計(jì)，對(duì)于轎車(chē)類（Hh：200～300mm）：

APA=（-0.0002×Hh2+0.0009×Hh+63.383）±2°

對(duì)于MPV類（Hh：300～400mm）：

APA=（-0.0001×Hh2-0.0043×Hh+69.218）±2°

對(duì)于某MPV車(chē)型Hh=330，通過(guò)公式計(jì)算得出APA=56.9±2°，并且通過(guò)與競(jìng)品車(chē)坐姿高度及H點(diǎn)與踵點(diǎn)前后位置對(duì)比，最終定義APA為56.5°。

經(jīng)過(guò)人機(jī)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(wú)變化，因此該踏板角度符合設(shè)計(jì)要求。

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(diǎn)與地毯面干涉1mm設(shè)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(diǎn)確定，一般的設(shè)計(jì)要求踵點(diǎn)與地毯面干涉5mm，或者按照干涉量為地毯總厚度的30%設(shè)計(jì)。

風(fēng)琴式加速踏板，在加速踏板腳踩踏參考平面上測(cè)量，風(fēng)琴式加速踏板長(zhǎng)度建議在踵點(diǎn)以上250mm。這個(gè)尺寸可以使大腳在其中間有效點(diǎn)上接觸到踏板。在加速踏板腳踩踏參考平面上測(cè)量，為了使大腳在其BOF點(diǎn)上接觸到踏板，踏板面必須在踵點(diǎn)以上至少217mm。風(fēng)琴式加速踏板的設(shè)計(jì)建議是基于95%男性人體穿大尺寸鞋子來(lái)定義的。

通過(guò)布置要求和對(duì)標(biāo)車(chē)踏板長(zhǎng)度尺寸對(duì)比，同時(shí)為了防止大尺寸鞋子腳掌踩空或者接觸面積不夠，踏板長(zhǎng)度定義為240mm。

2.4 踏板左右位置定義

風(fēng)琴式加速踏板的建議寬度是50mm，最小寬度是25mm。這個(gè)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(jìng)爭(zhēng)車(chē)的加速踏板寬度變化范圍為30-77mm。軍用標(biāo)準(zhǔn)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(duì)標(biāo)車(chē)風(fēng)琴式加速踏板寬度對(duì)比，加速踏板寬度目標(biāo)值定義為40-50mm，最終選定的踏板寬度為46mm，可以滿足人機(jī)工程要求。

風(fēng)琴式加速踏板一般都會(huì)向右上方傾斜一個(gè)角度，這是因?yàn)椴忍び烷T(mén)踏板時(shí)腳步會(huì)向右上傾斜一個(gè)角度，傾斜角度建議定義為0-15°范圍內(nèi)。現(xiàn)有的GM車(chē)加速踏板向右傾斜角度為5-15°。競(jìng)爭(zhēng)車(chē)加速踏板傾斜角度在向右0-14°到向左0-11°的范圍。當(dāng)前的踏板傾斜角度為8°，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

由于加速踏板踏點(diǎn)與H點(diǎn)Y向距離對(duì)于駕駛員的腳步舒適度影響不敏感，因此該距離參照競(jìng)品車(chē)設(shè)定，由于之前布置懸吊式踏板的距離為190mm，相對(duì)競(jìng)品車(chē)偏大，因此把該值修正為160mm。

2.5 加速踏板與制動(dòng)踏板的位置關(guān)系定義

為了使加速踏板與制動(dòng)踏板之間的切換較為便利，并且防止誤踩發(fā)生，通過(guò)人機(jī)臺(tái)架的驗(yàn)證，把加速踏板與制動(dòng)踏板Y向間隙設(shè)定為64mm，加速踏板與制動(dòng)踏板之間的高度差定義為30mm。

3? 總結(jié)

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

踩踏風(fēng)琴式加速踏板時(shí)，腳掌是整個(gè)貼在踏板上的，在踩踏行程較大的時(shí)候，也可以非常精準(zhǔn)地控制油門(mén)大小，所以寶馬和馬自達(dá)這類偏重駕駛性的汽車(chē)會(huì)選擇風(fēng)琴式加速踏板。由于運(yùn)動(dòng)型車(chē)輛坐姿較低，采用風(fēng)琴式加速踏板駕駛姿勢(shì)會(huì)更加合理。

本文結(jié)合人機(jī)工程及經(jīng)驗(yàn)要求，完善了風(fēng)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(guò)人機(jī)工程分析軟件和人機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架驗(yàn)證滿足操作舒適性目標(biāo)。

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