新型司控臺在低地板車輛上的應用

■ 周飛

周飛：南車南京浦鎮車輛有限公司動車設計部，助理工程師，江蘇 南京，210031

低地板車輛以其方便旅客乘降、編組多樣、運行靈活、投資少、建設速度快、與現有公交站臺和路面資源共享等特點，非常適應大城市的支線交通和中小城市干線交通的需求，有著廣闊的市場前景。作為安裝與車輛駕駛密切相關設備的司控臺，對整車牽引、制動、空調、車門和廣播等系統進行控制，同時檢測列車運行信息，以保證列車安全穩定運行。

1 司控臺輕量化設計

低地板車輛發展的趨勢在于輕量化、適合小半徑曲線及適應不同運量。輕量化設計的理念在于低成本、低消耗。傳統經驗設計及相對落后的評價手段已不能適應快速變化的市場需求。因此，在滿足相應法律及規范的同時，運用這一理論設計符合低地板車輛的司控臺，主要從材質選型和造型結構兩方面進行考慮。

司控臺材質選型方面，采用玻璃鋼即GRP，一種以高分子環氧樹脂為基體，玻璃纖維或碳纖維等為增強體，經過復合工藝制成的復合材料，密度在1.5～2 g/cm3，只有普通碳鋼的1/5～1/4，比鋁還要輕1/3左右，機械強度卻很高。玻璃鋼有良好的熱性能，其比熱是金屬的2～3倍，但導熱系數較低，只是金屬材料的1/1 000～1/100。由于玻璃鋼耐腐蝕，機械強度較高，具有一定的絕緣性，且生產加工產品時采用木質模具，可進行簡單調整而保證模具不報廢，成型工藝簡單，費用較低，可制作曲面較多、形狀復雜的部件，故被選作低地板車輛司控臺的制造材料。

司控臺結構造型方面，以往司控臺設計采用寬大臺面，司控臺側面及后部與內裝墻板、擋風玻璃窗臺、側護板存在搭接關系，結構約束多，增加了設計難度。無錫2號線司控臺整體結構見圖1。

由于司控臺需要搭靠周邊內裝，必然帶來部分空間的浪費，即司控臺兩側、部分臺面及寬厚的尾部空間，整體感覺很笨重。新型司控臺摒棄傳統臺面，采用部分類T字形外形設計，強調司控臺框架緊扣設備，無多余感，在其內部預埋的布線支架盡可能開滿方孔，進一步降低司控臺整體的質量（見圖2）。

司控臺造型的突破對其整體質量的減輕起決定性作用。目前南車南京浦鎮車輛有限公司（簡稱公司）生產的無錫2號線、東莞R2線等項目的車輛司控臺仍沿用傳統造型，結構笨重、空間多余；而蘇州有軌電車1號線采用新型司控臺的外觀設計，整體質量減輕至31.3 kg。表1是公司最新項目且主材質采用玻璃鋼的司控臺框架質量統計。可見，運用在低地板車輛蘇州有軌電車1號線上的新型司控臺在質量上比其他項目司控臺輕1/3～1/2。

2 司控臺造型及布置的設計與分析

司控臺作為列車運行時的人機界面，是各系統設備的集中反映，其布置是否科學合理關系到司機駕駛時的舒適性和可操作性，這對司機能否全面、準確完成駕駛職能具有重大影響，直接關系到列車的運行安全與穩定。

圖1 無錫2號線司控臺整體

圖2 低地板司控臺整體

從人機工程學出發，司機是操作中心，司控臺布置必須首先滿足駕駛人員坐于座椅上時對操縱設備的可操作性，然后要使駕駛人員在操作過程中感覺舒適，這就要對司控臺結構尺寸及臺上設備的位置、形狀、大小等進行規劃與設計，通過人機之間的配合，使得不同人體測量參數的司機與司控臺、設備布局之間達到最佳配合。新型司控臺設計時運用CATIA軟件中的人機工程學設計與分析模塊，對司控臺進行人機模擬。由于軟件中缺乏我國人體數據，采用相近的韓國人體進行分析。

人機工程學設計與分析結果顯示：人在脊椎幾乎不彎曲的坐姿下，可以達到對司控臺上設備全覆蓋，充分發揮人體機能，最大范圍減輕司機駕駛時的疲勞程度，使司機能夠更方便舒適地操作各類設備。由于沒有傳統的駕駛臺面，司控器布置在座椅左扶手上，肘部撐著座椅扶手的同時兼顧駕駛，便捷、舒適。車輛運行時，司機需要在坐姿狀態下完成一系列列車駕駛操作，因此，充裕的腿部活動空間尤為重要。傳統司控臺設計讓司機腿部處于下柜體框架之間，活動范圍狹小；新型司控臺由于采用了臺體突出下柜體框架邊界的設計，整體操作空間寬敞，身體活動自由（見圖3），腿部活動幾乎無遮擋，為司機提供了一個舒適、便捷的工作環境。

3 司控臺造型的防水、散熱處理

防水處理方面，司控臺的凹槽結構和柜體突出的擋水板能夠有效防止水順著框架流入柜體內部，避免司控臺與柜體上部平板周邊打膠，保證了整體美觀性，方便司控臺的拆裝（見圖4）。

散熱方面，新型司控臺采用層疊的前后罩，后罩伸入前罩，間隔12 mm（見圖5），結合臺上現有設備散熱要求，能夠很好滿足其散熱，避免在司控臺上部開孔安裝散熱格柵，影響整體美觀。

防眩方面，為防止光線照射在顯示器畫面上形成反射，設計帽檐結構用以遮光，將危害降至最低。

4 新型司控臺造型的通用性設計與分析

為了減少設計周期，降低成本，在不改變司控臺外形結構的前提下，只對司控臺的開孔尺寸相應調整，以滿足設備的機械及電氣接口，這是司控臺設計必須考慮的問題，即司控臺的通用性。

從設備安裝接口的角度出發，隨著觸摸屏時代的到來，解決了傳統硬件不方便調整的缺陷，更好適應客戶的需求，需要設計一個能夠最大化滿足觸摸屏安裝要求的司控臺。首先，對司控臺安裝設備面的縱向尺寸進行設計，這就要對市場上現有的網絡、信號等系統顯示屏統計分析，得出裝在司控臺上的屏尺寸主要分為12.1寸和10.4寸兩種規格，且顯示屏的長寬比例集中在4∶3～16∶9，取較大的12.1寸屏和最小長寬比4∶3計算，得出觸摸區域最寬尺寸為12.1×25.4×3/5=184 mm。考慮設備帶有邊框，結合設備供應商，其設備外邊框上下寬度小于35 mm，得出設備所需最大寬度小于184+35+35=254 mm。留出設備合理的安裝空間，給出司控臺安裝設備面的縱向設計尺寸為270 mm。然后，對司控臺安裝設備面的橫向尺寸進行設計，取12.1寸屏和長寬比16∶9計算，得出屏最長尺寸為267 mm，12.1寸屏外邊框左右寬度小于45 mm，得出設備所需最大長度小于267+45+45=357 mm，留出設備合理的安裝空間，給出司控臺橫向各面最小設計長度365 mm。這樣，可以任意調整設備間的位置，以滿足國內外不同客戶的使用需求和操作習慣。

表1 司控臺框架質量統計

圖3 司機腿部空間

圖4 內部防水結構

圖5 司控臺前后罩截面

從司控臺本身安裝接口的角度出發，傳統司控臺造型靠后的設計與內裝墻板、側護板及擋風玻璃窗臺存在搭接關系（見圖6），約束多，影響自身的造型結構及設計周期。

新型司控臺通過座椅位置的調整，根據UIC 651里司控臺和座椅的其他推薦尺寸設計，伸出下柜體框架的邊界，避開與周邊內裝的搭接，獨立成型，減小了造型變化的概率，且以司機為中心，流線型環繞結構給人渾然一體的整體感（見圖7）。

圖6 無錫2號線司控臺與周邊內裝搭接關系

圖7 新型司控臺

新型司控臺由于與周邊內裝護板、擋風玻璃窗臺等不存在搭接關系，單獨成型，能夠滿足設備間位置任意調整，且不改變整體造型結構，對于快速發展的低地板車輛司控臺具有一定通用性。

5 結束語

新型司控臺質量更輕；運用CATIA軟件人機工程學設計與分析，駕駛更舒適；造型容錯率高，在低地板項目上具有一定的通用性；為公司搭建了一個成熟的低地板司控臺產品設計平臺，應用在100%低地板蘇州有軌電車1號線。南京河西、麒麟有軌電車項目及自主研發的70%低地板項目司控臺都是依托此平臺，該平臺的形成不但縮短了設計周期，降低了成本，還增加了產品的質量可靠性，降低了新產品研發的風險。

[1]王忠杰，尹力明. “六軸五車體”100%低地板輕軌車輛技術方案[J]. 上海電氣技術，2011，4(4)：47-52.

[2]敖建安. 大連市快速軌道交通3號線車輛的研制開發[C]//全面建設小康社會. 中國科技工作者的歷史責任——中國科協2003年學術年會論文集（上），2003.

[3]中國玻璃鋼綜合信息網. 玻璃鋼的基本性能——力學性能，2003. http://www.cnfrp.net/news/echo.php?id=229.

[4]孟慶利，楊國紀. 城軌車輛司機室頭罩的結構功能以及造型分析[J]. 電力機車與城軌車輛，2011(1)：21-24.

[5]陳強，郭依超，黎煥先. SDA1型機車司機室人機工程學分析[J]. 電力機車與城軌車輛，2013，36(3)：9-12.

[6]UIC 651 機車、動車、動車組和駕駛拖車的司機室設計[S].