浅谈乘用车开发过程中三踏板的布置方法

2018-04-02龙震，陈创

装备制造技术 2018年1期

龙震，陈创

（东风柳州汽车有限公司，广西柳州545000）

在汽车设计过程中，三踏板的布置是相互关联并相互影响的，加速踏板又是三踏板中使用最频繁的，加速踏板的位置很大程度决定着加速员坐姿的人机舒适性，一般在三踏板的布置设计过程中，首先布置确定加速踏板，再根据加速踏板的位置和三踏板之间的关系确定制动和离合踏板的位置。本文通过介绍三踏板的布置及布置合理性验证的方法，能够有效缩短三踏板的布置及设计时间，提升汽车三踏板人机操作舒适性，为汽车设计师在布置三踏板时提供了一种参考和借鉴。

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驾驶员在驾驶操作过程中各个关键角度的舒适范围。驾驶员人体坐姿（如图1所示）各关键关节参数推荐范围[1-2]如表1所示。

图1　人体坐姿示意图

表1　人体坐姿关键关节舒适范围推荐值

为保证在加速操作过程中的腿部空间、加速安全和人机舒适性，加速踏板与周边零部件的空间隙需要满足下面表2要求。

表2　加速踏板周边间隙要求推荐值

1.2　加速踏板的布置步骤

（1）确定加速踏板机构的输入，主要包括踏板完整数模（包含上下极限位置、旋转轴等）以及周边数模等条件。

（2）把加速踏板初步布置在前围板上，如果有标杆车的，可以将初始踏板位置布置到标杆车踏板初始位置；保证整个包络与周边件的间隙满足表2及表3推荐要求；踏板初始位置与右侧的内饰板（一般为副仪表板）间隙保证在40 mm以上。

表3　三踏板相互位置关系及周边件间隙要求推荐值

（3）确定驾驶员H点位置：Y向位置参考竞品车型或者同平台其他车型驾驶员R点的Y向坐标进行定义；驶员坐姿高H30及驾驶员H点Z向坐标：综合考虑整车高度目标值、头部空间、前方视野、地板位置、竞品车与标杆车坐姿高进行定义；驾驶员H点X向坐标用男性SAE95%分位的人体模型踵点定位在前地毯以下5 mm（或地毯厚度的1/3左右）的平面上，沿X向移动人体模型，直到人体模型的鞋底与油门踏板面接触，从而确定驾驶员H点的X向位置。SAE95%分位人体各关节角度可通过H30，根据SAE法规推荐值计算出来，踝关节较定义为87°，这里不进行详细说明。

（4）确定驾驶员踏板角[3]：根据SAE J1516标准，A47=78.96-0.15×(H30/10)-0.0173×(H30/10)2计算确定踏板角度，可以微调角度建议为±2°.

（5）验证：将加速踏板从初始位置踩到极限位置的整个过程中，人体坐姿必须保证在人体坐姿舒适性范围内，且在整个踩踏过程中人体脚部与周边（包括踏板臂、踏板安装结构本身）不能干涉。

2　制动踏板布置

2.1　制动踏板布置方法

根据加速踏板位置，进行制动踏板布置，步骤如下：

（1）确定制动踏板机构的输入，包括踏板臂、踏板的起始位置和下极限位置、旋转轴心以及周边数模等条件。

（2）根据踏板的旋转轴心做出踏板的运动包络。

（3）根据确定的加速踏板位置、制动踏板包络、踏板周边间距以及R点位置，调整踏板位置，使驾驶员在整个蹬踏过程中，人体躯干与大腿的关节角不应比初始位置时的角度大于10°，膝关节角不应超过170°，踝角不应超过 110°.

（4）若整个空间无法满足布置要求，在满足制动力的情况下，可适当调整总泵参数、踏板杠杆比，修改踏板臂等。

（5）自动变速器不需要离合踏板情况下，踏板侧向间隙可以适当减小，但最小不能小于120 mm，制动踏板的宽度一般可增加到130 mm，同时也可以增加制动踏板与加速踏板之间的间距，但间距不能大于100 mm.

2.2　制动踏板的校核

根据确定好的加速踏板及三踏板直接的位置关系、三踏板与周边零部件的位置关系，校核制动踏板（离合踏板）的布置是否满足要求。

3　离合踏板布置

离合踏板布置方法和要求基本与制动踏板布置一致。当三踏板布置后，根据踏板位置空间大小，在满足周边间距的条件下，可适当调整三踏板在侧向上的位置，使三个踏板位置之间、加速踏板与右侧件间距、离合踏板与左侧件间距更加合理。同时可与同类车型的间距进行对比，确保三踏板布置合理。由于客户买到车后，一般都喜欢在地毯上再加一层踩脚垫，设计的时候要充分考虑到客户的使用习惯，在三踏板的极限位置到地毯之间留够足够的间隙，以免造成客户抱怨，甚至是造成安全隐患。

4　三踏板的人机舒适性校核验证

三踏板是驾驶汽车过程中使用最频繁和时间最久的部件之一，其布置位置是否符合人机操作要求，是评判其布置是否成功合理的关键性因素。因此，三踏板的人机舒适性校核，是三踏板布置设计过程中必不可缺的一个重要环节。Ramsis是德国Human solution公司的产品，拥有汽车界最好最完善的人体模型数据库。其人体模型由Human Solutions和德国汽车业联合开发，用于对汽车内部设计进行人机工程学分析和设计，目前，超过70%的汽车生产商均在使用该模型进行人机舒适性校核。Ramsis人体模型建立在高度准确、经统计验证的实体数据基础上，适合于各个国家或特殊用户的人体数据库，能为整个身体提供运动学和姿态计算，使用户可以对人机作业进行准确有效的模拟和设计。

目前国内进行汽车产品设计的时候，与人相关的因素大部分是基于SAE男性95%的人体模型下进行设计布置，但在汽车设计时需要满足大部分人群操作舒适性的产品，因此设计是否合理，需要校核不同身材人体的操作舒适性。在Ramsis中，一般选择SAE男性95%人体，中国男性50%人体，中国女性5%人体进行校核[2]。

4.1　校核过程

首先，需要把校核需要用到的三踏板仪表台、方向盘驾驶员座椅等相关的数据处理导入Ramsis软件中；然后，导入SAE人体和人体皮肤点；再利用人体皮肤点，模拟驾驶操作时驾驶员的乘坐位置，手、脚的操作位置和动作，将驾驶员身体的各相应部分和三踏板、方向盘、座椅等数据约束好；最后，计算不舒适性，模拟得出驾驶员操作加速踏板时身体各部位及总体的不舒适性、疲劳性，从而验证布置设计人机舒适性是否能达到要求。Ramsis软件对驾驶姿态的不舒适度评分结果分成多个等级，评分越高，驾驶员姿态越不舒适，反之评分越低，驾驶员姿态舒适性越好。一般进行驾驶员姿态评估时，不舒适性低于3是非常好的设计，3～5分是可以接受的范围，大于5分则需要进一步评估，大于6分时一般是不允许的。同时还可以将需要对比车型的参数也一起导入计算，将设计车型的舒适性和竞品车型进行对比，更好更客观地了解产品设计水平。Ramsis不舒适性分析分析结果如图2所示。