基于方程式赛车坐姿下的踏板力及踏板行程的研究

1、 基于方程式赛车坐姿下的踏板力及踏板行程的研究 董远志+李珞+张彭朋摘 要：在符合FSC赛事规则的条件下，满足5到95百分位身高的成年大学生驾驶员为基础，深入分析现有的踏板布置位置及踏板行程和阻力标准数据，以大学生为统计样本，重新通过统计学原理计算出合适的数据，优化赛车的人机工程，设计出专门为大学生方程式赛车坐姿准备的合适踏板布置位置、踏板力和行程。使其在人机工程效能方面得到提高。Key：FSC；车辆工程；踏板力；踏板行程驾驶汽车最重要的操控方式包括手操控和脚操控，合理的安排操纵施力方式与负荷可以有效降低操纵负荷。以脚操控为例，脚操控主要是脚对加速踏板、制动踏板的控制人脚发出力的大小与人的姿态

2、，脚的位置等有关，因此踏板的布置位置和阻力大小需要對此做针对性优化。方程式赛车坐姿比大部分乘用车都要低矮赛车界通行的办法是专车专用踏板总成，但大部分新入学校并无预算与相关经验，本课题在深入分析了现有的踏板布置位置及踏板行程和阻力标准数据的基础上，拟统计出专门为大学生方程式赛车坐姿准备的通用踏板布置位置、踏板力和行程。1数据采集实验设计由于各车队踏板布置方式不尽相同，故对FSC方程式赛车坐姿下踏板力及踏板行程的研究主要分两方面进行。一方面是制动踏板，方程式赛车制动踏板操作逻辑相对简单，大多数情况下是频繁的猛踩刹车减速，因此制动踏板踏板力的关键数据是驾驶员猛踩刹车时能达到的峰值作用力，而踏板行程则

3、是达到峰值作用力时的踏板行程。综上，在赤骥车队2015年度赛车上进行制动踏板力和踏板行程相应数据的收集工作的主要方法是通过在制动油压系统中加装压力传感器，一分钟内6次随机要求驾驶员猛踩制动踏板模拟制动减速操作，测量6次油压系统内部压力并求平均值，再反向计算平均踏板力，以及通过在踏板与车架之间加装滑轨位移传感器测定踏板受力点水平方向的平均行程。另一方面是油门和离合踏板，此处仅考虑传统的既有油门踏板又有离合踏板的情况。在方程式赛车上，油门和离合踏板操作逻辑和自身结构比较类似，两种踏板最舒适的踏板布置应是保证操纵轻便的同时保持一定的力反馈和较长行程，使驾驶员对操纵量能有主观的判断。在赤骥车队2015

4、年度赛车上进行油门和离合踏板力和踏板行程相应数据的收集工作的主要方法是将油门踏板上的油门拉线拆除，安装滑轨和位移传感器以及测量油门踏板力的弹簧式测力计，测量驾驶员每10秒踩一次踏板每次7秒，重复20次操作时去掉极值的平均踏板力与踏板行程。2数据采集实验条件为保证收集数据可靠，且可直接流用，故将实验条件标准化，既保证各个体数据测量条件基本相同，又可为使用该数据成果的后来者提供设计参考。由于本课题研究主要为踏板总成，跟驾驶员下半身姿态关系较为紧密，要得到使驾驶员舒适的踏板力和踏板行程，其前提即是确定使驾驶员下肢舒适的H点位置，根据FSC规则规定车手座椅的最低点必须不低于车架底部管件的下表面以及汽车

5、人机工程学中推荐H点位置，将H点距车架底面垂直距离选为120mm，踏板受力点与车架底面垂直距离同样默认120mm。踏板水平方向布置方式如图所示，取油门踏板在HP点右侧180mm，制动踏板在HP点右侧90mm，离合踏板位于HP点左侧100mm.踏板纵向布置根据FSC规则规定，取H点到任意踏板面距离至少能达到915mm。3数据采集与分析代入数据可得t=1.11t0.97599=1.982可以接受假设H0：?4=46.9即在显著性水平0.05下，可以认为全部大学生感觉舒适的油门踏板行程平均值为46.9毫米。4结论综上，在H点距踏板面915mm，H点高度120mm，油门踏板在HP点右侧180mm，制动踏板在HP点右侧90mm，离合踏板位于HP点左侧100mm情况下，制动踏板最大行程400mm最大踏板力509.6N，油门及离合踏板80.36N，行程46.9mm最符合大学生方程式赛车人机工程要求，能够使大多数大学生车手感到舒适，有效提高人机工程效能。Reference：1任金东.汽车人机工程M.北京：北京大学