基于人机工程的风琴式加速踏板布置研究

2021-09-10支希帆

内燃机与配件 2021年12期

支希帆

摘要：为了研究风琴式加速踏板的人机工程，并且更好的运用到实际的布置中，本研究通过对比风琴式加速踏板与悬吊式加速踏板的基础结构、使用方法等，发现风琴式加速踏板在操作舒适性上有明显的优势。风琴式加速踏板更加适用于偏运动和经常长途驾驶的车辆上。然后通过踏板角度定义、踏板高度定义、踏板左右位置定义、踏板与周边件的布置关系等定义明确了其布置要求，最后结合人机分析软件和人机柔性实验台架验证其合理性。

关键词：人机工程;风琴式;加速踏板

中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）12-0011-02

0 引言

加速踏板是汽车上最重要的操纵装置，是人和车沟通最直接的载体，我们通过踩踏加速踏板来控制汽车的加速。同时加速踏板是使用频率最高的踏板，因此踏板的舒适性对于驾驶疲劳度的影响至关重要，如果布置不合理很容易引起客户抱怨。一般来说，运动型车型会更倾向于选择风琴式加速踏板。这种踏板的旋转轴在地板上，踏板面向前倾斜成一个角度，踏板长度比悬吊式加速踏板长，配置这种车的乘用车品牌有马自达、宝马、雷克萨斯等车型。

1 风琴式加速踏板优势分析

经过商品性评价认定，风琴式加速踏板比悬吊式加速踏板在操作舒适度上有很大优势，使用风琴式加速踏板代替悬吊式加速踏板可以增加商品性评价评分。通过操作动作分析发现：由于悬吊式加速踏板在踩踏的过程中脚面与踏板面的接触点发生变化，变化到一定程度之后会产生接触点不在最优脚掌舒适区及发力区，因此脚跟脚面需要随着踏板面一起前移，脚跟需要克服较大的地毯摩擦力。并且尽管初始设计位置的舒适性没有问题，但是脚跟脚面前移之后脚步与腿部舒适度发生变化，因此对于固定驾驶姿势来说，无法保证整个脚步运动范围的舒适性。并且由于在整个踩踏过程中由于脚掌支撑面积较小，小腿肌肉需要长时间保持绷紧状态，很容易造成小腿疲劳。但是对于风琴式加速踏板而言，在整个踩踏过程中，脚跟不动，只是单纯改变脚面的角度即可完成整个踩踏动作，并且比起悬吊式加速踏板的线接触，风琴式加速踏板与脚面的接触为面接触，因此脚步舒适性大大提高，并且对于踏板人机布置要求相对较低。

2 風琴式加速踏板布置分析

该分析基于某款MPV车型进行，踏板的布置分为三步进行，首先定义踏板角度、然后定义踏板上下位置、最后定义踏板左右位置，中间使用人机分析软件辅助分析。（图1）

2.1 参数定义

2.1.1 APA：踏板角度

踏板角度指踏板面与地毯面的夹角。

2.1.2 AHP：踵点

踵点指脚跟点。

2.1.3 Hh

H点与AHP点在垂直方向上高度差。

2.1.4 H点

H点指人体躯干与臀部相交的旋转点。

2.2 APA设计

APA设计是依据驾驶姿势及踵点及脚面设计角度来设计的。

首先根据如下公式计算加速踏板角度（APA），该角度根据Hh来设计，对于轿车类（Hh：200～300mm）：

对于MPV类（Hh：300～400mm）：

对于某MPV车型Hh=330，通过公式计算得出APA=56.9±2°，并且通过与竞品车坐姿高度及H点与踵点前后位置对比，最终定义APA为56.5°。

经过人机分析软件Ramsis分析发现踏板角度向上旋转5°脚步舒适度变差，并且向下旋转5°后脚步舒适度无变化，因此该踏板角度符合设计要求。（图2）

2.3 踏板上下位置定义

踏板上下位置由地毯面决定。为了使踏板周边外观效果更好，按照踏板底座最低点与地毯面干涉1mm设定，并且踏板与地毯毛毡的重叠量至少10mm。地毯面依据踵点确定，一般的设计要求踵点与地毯面干涉5mm，或者按照干涉量为地毯总厚度的30%设计。

风琴式加速踏板，在加速踏板脚踩踏参考平面上测量，风琴式加速踏板长度建议在踵点以上250mm。这个尺寸可以使大脚在其中间有效点上接触到踏板。在加速踏板脚踩踏参考平面上测量，为了使大脚在其BOF点上接触到踏板，踏板面必须在踵点以上至少217mm。风琴式加速踏板的设计建议是基于95%男性人体穿大尺寸鞋子来定义的。（图3）

通过布置要求和对标车踏板长度尺寸对比，同时为了防止大尺寸鞋子脚掌踩空或者接触面积不够，踏板长度定义为240mm。（表2）

2.4 踏板左右位置定义

风琴式加速踏板的建议宽度是50mm，最小宽度是25mm。这个值与现有的GM加速踏板宽度在40-60mm范围内是一致的，而竞争车的加速踏板宽度变化范围为30-77mm。军用标准特定的最小踏板宽度为75m。Anacapa Science（1987）建议加速踏板宽度做到50mm，而Chapanis（1972）建议加速踏板的宽度不小于22mm。综合上述以及与对标车风琴式加速踏板宽度对比，加速踏板宽度目标值定义为40-50mm，最终选定的踏板宽度为46mm，可以满足人机工程要求。

风琴式加速踏板一般都会向右上方倾斜一个角度，这是因为踩踏油门踏板时脚步会向右上倾斜一个角度，倾斜角度建议定义为0-15°范围内。现有的GM车加速踏板向右倾斜角度为5-15°。竞争车加速踏板倾斜角度在向右0-14°到向左0-11°的范围。当前的踏板倾斜角度为8°，在设计范围内。

由于加速踏板踏点与H点Y向距离对于驾驶员的脚步舒适度影响不敏感，因此该距离参照竞品车设定，由于之前布置悬吊式踏板的距离为190mm，相对竞品车偏大，因此把该值修正为160mm。（表3）

2.5 加速踏板与制动踏板的位置关系定义

为了使加速踏板与制动踏板之间的切换较为便利，并且防止误踩发生，通过人机台架的验证，把加速踏板与制动踏板Y向间隙设定为64mm，加速踏板与制动踏板之间的高度差定义为30mm。

3 总结

风琴式加速踏板对于脚掌的支撑性更好，脚可以很放松地放在油门上，大大减轻了长途驾驶的疲劳感，而且踩踏板时，整个脚掌都是很均匀的发力，所以整体感觉比较轻盈。所以长途驾驶的客车，一般都采用风琴式加速踏板。

踩踏风琴式加速踏板时，脚掌是整个贴在踏板上的，在踩踏行程较大的时候，也可以非常精准地控制油门大小，所以宝马和马自达这类偏重驾驶性的汽车会选择风琴式加速踏板。由于运动型车辆坐姿较低，采用风琴式加速踏板驾驶姿势会更加合理。

本文结合人机工程及经验要求，完善了风琴式加速踏板的布置方法，使踏板布置更加合理舒适，并且经过人机工程分析软件和人机试验台架验证满足操作舒适性目标。

参考文献：

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[2]戴旭东，曹海燕.汽车设计中的人机工程学[J].汽车与驾驶维修（维修版），2017（04）：118.

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