基于人機工程的風琴式加速踏板布置研究

支希帆

摘要：為了研究風琴式加速踏板的人機工程，并且更好的運用到實際的布置中，本研究通過對比風琴式加速踏板與懸吊式加速踏板的基礎結構、使用方法等，發現風琴式加速踏板在操作舒適性上有明顯的優勢。風琴式加速踏板更加適用于偏運動和經常長途駕駛的車輛上。然后通過踏板角度定義、踏板高度定義、踏板左右位置定義、踏板與周邊件的布置關系等定義明確了其布置要求，最后結合人機分析軟件和人機柔性實驗臺架驗證其合理性。

關鍵詞：人機工程;風琴式;加速踏板

中圖分類號：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0011-02

0? 引言

加速踏板是汽車上最重要的操縱裝置，是人和車溝通最直接的載體，我們通過踩踏加速踏板來控制汽車的加速。同時加速踏板是使用頻率最高的踏板，因此踏板的舒適性對于駕駛疲勞度的影響至關重要，如果布置不合理很容易引起客戶抱怨。一般來說，運動型車型會更傾向于選擇風琴式加速踏板。這種踏板的旋轉軸在地板上，踏板面向前傾斜成一個角度，踏板長度比懸吊式加速踏板長，配置這種車的乘用車品牌有馬自達、寶馬、雷克薩斯等車型。

1? 風琴式加速踏板優勢分析

經過商品性評價認定，風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勢，使用風琴式加速踏板代替懸吊式加速踏板可以增加商品性評價評分。通過操作動作分析發現：由于懸吊式加速踏板在踩踏的過程中腳面與踏板面的接觸點發生變化，變化到一定程度之后會產生接觸點不在最優腳掌舒適區及發力區，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。并且盡管初始設計位置的舒適性沒有問題，但是腳跟腳面前移之后腳步與腿部舒適度發生變化，因此對于固定駕駛姿勢來說，無法保證整個腳步運動范圍的舒適性。并且由于在整個踩踏過程中由于腳掌支撐面積較小，小腿肌肉需要長時間保持繃緊狀態，很容易造成小腿疲勞。 但是對于風琴式加速踏板而言，在整個踩踏過程中，腳跟不動，只是單純改變腳面的角度即可完成整個踩踏動作，并且比起懸吊式加速踏板的線接觸，風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，并且對于踏板人機布置要求相對較低。

2? 風琴式加速踏板布置分析

該分析基于某款MPV車型進行，踏板的布置分為三步進行，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，中間使用人機分析軟件輔助分析。（圖1）

2.1 參數定義

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

踵點指腳跟點。

2.1.3 Hh

H點與AHP點在垂直方向上高度差。

2.1.4 H點

H點指人體軀干與臀部相交的旋轉點。

2.2 APA設計

APA設計是依據駕駛姿勢及踵點及腳面設計角度來設計的。

首先根據如下公式計算加速踏板角度（APA），該角度根據Hh來設計，對于轎車類（Hh：200～300mm）：

對于MPV類（Hh：300～400mm）：

對于某MPV車型Hh=330，通過公式計算得出APA=56.9±2°，并且通過與競品車坐姿高度及H點與踵點前后位置對比，最終定義APA為56.5°。

經過人機分析軟件Ramsis分析發現踏板角度向上旋轉5°腳步舒適度變差，并且向下旋轉5°后腳步舒適度無變化，因此該踏板角度符合設計要求。（圖2）

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與地毯面干涉1mm設定，并且踏板與地毯毛氈的重疊量至少10mm。地毯面依據踵點確定，一般的設計要求踵點與地毯面干涉5mm，或者按照干涉量為地毯總厚度的30%設計。

風琴式加速踏板，在加速踏板腳踩踏參考平面上測量，風琴式加速踏板長度建議在踵點以上250mm。這個尺寸可以使大腳在其中間有效點上接觸到踏板。在加速踏板腳踩踏參考平面上測量，為了使大腳在其BOF點上接觸到踏板，踏板面必須在踵點以上至少217mm。風琴式加速踏板的設計建議是基于95%男性人體穿大尺寸鞋子來定義的。（圖3）

通過布置要求和對標車踏板長度尺寸對比，同時為了防止大尺寸鞋子腳掌踩空或者接觸面積不夠，踏板長度定義為240mm。（表2）

2.4 踏板左右位置定義

風琴式加速踏板的建議寬度是50mm，最小寬度是25mm。這個值與現有的GM加速踏板寬度在40-60mm范圍內是一致的，而競爭車的加速踏板寬度變化范圍為30-77mm。軍用標準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。綜合上述以及與對標車風琴式加速踏板寬度對比，加速踏板寬度目標值定義為40-50mm，最終選定的踏板寬度為46mm，可以滿足人機工程要求。

風琴式加速踏板一般都會向右上方傾斜一個角度，這是因為踩踏油門踏板時腳步會向右上傾斜一個角度，傾斜角度建議定義為0-15°范圍內。現有的GM車加速踏板向右傾斜角度為5-15°。競爭車加速踏板傾斜角度在向右0-14°到向左0-11°的范圍。當前的踏板傾斜角度為8°，在設計范圍內。

由于加速踏板踏點與H點Y向距離對于駕駛員的腳步舒適度影響不敏感，因此該距離參照競品車設定，由于之前布置懸吊式踏板的距離為190mm，相對競品車偏大，因此把該值修正為160mm。（表3）

2.5 加速踏板與制動踏板的位置關系定義

為了使加速踏板與制動踏板之間的切換較為便利，并且防止誤踩發生，通過人機臺架的驗證，把加速踏板與制動踏板Y向間隙設定為64mm，加速踏板與制動踏板之間的高度差定義為30mm。

3? 總結

風琴式加速踏板對于腳掌的支撐性更好，腳可以很放松地放在油門上，大大減輕了長途駕駛的疲勞感，而且踩踏板時，整個腳掌都是很均勻的發力，所以整體感覺比較輕盈。所以長途駕駛的客車，一般都采用風琴式加速踏板。

踩踏風琴式加速踏板時，腳掌是整個貼在踏板上的，在踩踏行程較大的時候，也可以非常精準地控制油門大小，所以寶馬和馬自達這類偏重駕駛性的汽車會選擇風琴式加速踏板。由于運動型車輛坐姿較低，采用風琴式加速踏板駕駛姿勢會更加合理。

本文結合人機工程及經驗要求，完善了風琴式加速踏板的布置方法，使踏板布置更加合理舒適，并且經過人機工程分析軟件和人機試驗臺架驗證滿足操作舒適性目標。

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