基于某车型三踏板布置设计及改进

陈龙姣 支希帆 李锋

【摘 要】文章主要研究汽车三踏板的布置设计方法，分析影响三踏板的相关因素，文中以某款MPV车型为例，对三踏板进行布置改进和优化设计，进行Ramsis理论人机校核，同时改制样件进行实车验证，使不同百分位人体在驾驶时操作踏板更为合理和安全，提高人机舒适性。

【关键词】三踏板；2D人体；布置设计；舒适性

【中图分类号】U467 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）01-0022-03

驾驶员驾驶汽车时，频繁进行踩踏操作，若踏板设计布置不符合人机工程要求，将会造成驾驶员驾驶疲劳及操控不舒适性，这是影响驾驶员安全驾驶的主要因素之一[1]。因此，驾驶员在汽车驾驶舱内经常接触的三踏板（离合踏板、制动踏板和加速踏板）的布置一定要合理、操纵方便、安全舒适，需充分考虑人机工程学的一些相关标准和规定。同时，踏板布置在汽车前期研发过程中是非常重要的环节，完善的前期研发过程不仅能够打造一个成熟的汽车平台架构，而且能够减少后期的重复更改，规避较大的成本风险。

本文以某款MPV车型为例，从人机工程的角度出发，参考相关标准规定的推荐值及项目开发中的经验值，对踏板进行布置设计分析，优化和改进踏板布置设计，改善驾驶员操纵踏板的舒适性和方便性，降低驾驶员的驾驶疲劳感，提高车辆的乘坐舒适和驾驶安全性。

1 三踏板布置设计参数

三踏板布置从左到右依次为离合器踏板、制动踏板和加速踏板，布置在地板凸包与车身内侧壁之间。在布置三踏板之前，需定义驾驶员舒适坐姿。

1.1 驾驶员坐姿人体参数确定

本文采用95百分位人体，人体模型的姿态可以由以下6个参数确定：A47[2]、A46[2]、H30[2]、H17[2]、A40[2]、Xswc-bof（如图1所示）。

A47表示驾驶员踩在加速踏板起始位置中心线的鞋面与水平面形成的锐角，加速踏板面的位置设计通常需要考虑这个参数。

A46表示裸脚脚底与小腿的夹角，统计表明，此值在85°～110°时，人体舒适性最佳。

H30表示H点到AHP点的垂直距离，简称坐高。SAE标准中，将汽车划分为A、B两类，其中A类车的H30值范围为127～405 mm，B类车的H30范围为405～530 mm。

H17表示SWC点（以人体手部抓握点计算）与AHP点的垂直距离。

Xswc-bof表示SWC点和BOF点的水平距离，和H17参数一起可以确定方向盘相对于人体模型的位置。

A40表示人体的背部后仰角度，与H30相关。一般而言，H30越大，背部后仰角度越小，越方便驾驶。

1.2 驾驶员坐姿舒适性

人体布置以达到舒适性要求为主要目标，并兼顾如头部空间、肩部空间、臀部空间、视野等设计要求，综合考虑整车高度、高度利用率和車型定义的要求[3]。人体坐姿和关节角度与驾驶舒适和疲劳程度直接相关[4]。人体坐姿随车型的不同而有所变化，其驾驶姿态下的关节角度只有在推荐的舒适性范围内，才能保证驾驶员在操控过程中的坐姿舒适性。人体坐姿如图2所示，舒适性关节角度见表1。

驾驶员舒适姿态确定后，可开始定义踏板布置设计参数，如踏板行程、踏板横向间距、踏板与周边零件的间距及踩踏时脚部和腿部空间，并确保操纵时腿与仪表板、中控台、方向盘、副仪表板的间隙，满足驾驶的舒适性、安全性和方便性要求。

2 三踏板布置设计要求

2.1 三踏板基本布置要求

布置踏板所需空间受凸包外廓和车身内侧壁二者宽度的限制。离合器踏板左侧应留出位置容纳司机的左脚，因此轮罩最好不凸出于乘客室内。加速踏板右侧应留出容纳驾驶员右脚踩踏脚部空间，加速踏板一般比制动踏板稍低，要求加速踏板与制动踏板之间留有大于一只完整鞋底宽度60 mm的距离。为操纵方便，从驾驶员方向看，加速踏板往往布置成朝右转。

驾驶员对加速踏板的频繁踩踏是造成操作疲劳的主要原因，因此要求设计加速踏板时，保证踏板踩下时轻便。驾驶员应当用脚后跟支靠在地板上，脚踩踏时仅通过改变踝关节角度来实现踩踏。因此，加速踏板布置的初始位置和极限位置都应该使人体处在舒适的驾驶姿势上。在踏板整个行程中，须保证踏板面与鞋底有较大的面接触，保证作用踏板力的传递，也避免鞋底与踏板的不舒适滑动而产生踏板打滑。

2.2 三踏板布置横向间距及高度差设计要求

踏板布置时，两踏板的横向间距须设计合理，保证驾驶员不会在踩踏时产生误踩。踏板最小间距是指加速踏板与制动踏板、制动踏板与离合踏板之间的最小距离。参考行业相关标准、对比各类车数据及经验值，三踏板尺寸和横向间距设计要求如图3所示。

A、B、C分别指加速踏板、制动踏板、离合踏板，H pt指驾驶员人体中心线，Foot Rest指歇脚踏板。歇脚踏板尺寸推荐为100 mm，歇脚与离合踏板横向间距推荐为70～80 mm，离合、制动踏板横向尺寸推荐为55 mm左右，离合与制动踏板横向间距推荐为70～80 mm，加速踏板横向尺寸推荐为40 mm左右，加速与制动踏板横向间距推荐为65～70 mm，加速踏板与右侧周边零件最小间隙推荐为25 mm，离合、制动踏板中心线与驾驶员人体中心线横向间距分别推荐为70～80 mm、50～60 mm，加速踏板中心线与驾驶员人体中心线最小横向间距推荐为165 mm。以上数据均为推荐值，可根据实际情况调整数值。

制动踏板与加速踏板位置相邻，踏板之间高度差要适当，避免从加速踏板移至制动踏板时误踩，制动与加速高度差PL1推荐为20～50 mm来设计（如图4所示）。此外，踏板在行程极限位置时，保证踏板下边缘有足够的安全离地间隙，建议踏板离地高度≥25 mm。

3 三踏板布置改进、人机校核分析及实车验证

3.1 踏板布置改进、人机校核

对某款MPV乘用车踏板布置进行分析发现，离合与制动踏板间距偏小，其值为60 mm，小于推荐值70～80 mm；制动与加速踏板间距偏小，其值为60 mm，小于推荐值65～70 mm；加速踏板踩踏过程中与右侧零件间隙偏小，斜踩时或大尺寸脚部会与周边干涉（如图5所示）。通过优化、改进离合踏板悬臂，更改加速踏板安装点，优化前地毯和隔热垫，离合与制动踏板间距达到80 mm，制动与加速踏板间距达到70 mm，不同百分位人体、不同踩踏加速踏板习惯，都不会碰脚，改进设计如图6所示。

踏板间距及隔热垫优化、改进后，通过Ramsis软件进行人机校核分析，满足操纵舒适性、方便性要求。

3.2 实车验证

对更改后的踏板及隔热垫进行试制样件制作，装在实车上，通过不同百分比人体进行多次驾驶、踩踏操纵验证，得出更改后的设计方案合理，具有可行性，能明显改善驾驶员踏板操作方便性，提高驾驶安全性和舒适性。

4 结束语

通过对该款MPV车型三踏板布置进行分析、更改及优化设计，更加深刻地认识到汽车总布置人机工程在前期开发设计阶段的重要性。因此，在今后的开发设计过程中，应充分考虑人—机因素，依托相关推荐标准和经验值，结合车型的具体情况，多对标多方案做总结，改善人机舒适性，提高产品竞争力，缩短开发周期，降低成本。

参 考 文 献

[1]周一鸣，毛恩荣.车辆人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，1999.

[2]SAE J1100—2009，Motor Vehicle Dimensions[S].

[3]冯庆，陈龙姣，王彦平.汽车前期开发中的人体模型布置[J].装备制造技术，2013（10）：114-116.

[4]温吾凡.汽车人体工程学[M].长春：吉林科学技术出版社，1991.

[责任编辑：钟声贤]