基于人机工程学的巴哈赛车参数设计

姜德富 高雷 姜芳

摘 要：人机系统的设计是保证赛车手安全的关键，同时对于整车的动力性、操纵性至关重要，人机系统的参数直接影响赛车的总体设计，重要系统的方案选取和关键参数的选取，所以做好足够的人机系统的设计，对于整车的性能至关重要。以巴哈赛车的人机系统基本参数为基础，对座椅、踏板、方向盘、仪表四个部分进行了人机交互设计分析说明，实验证明初步设计可以满足使用要求。

关键词：巴哈赛车;设计说明;可行性

0 引言

巴哈赛车如何实现整车的运动协调并且不会出现干涉，整车在各个工况下都能发挥良好的性能，离不开赛车的总体设计，整体方案的确立，直接关系到整车是否具有优良的车况。

人机系统的设计是保证赛车手安全的关键，同时对于整车的动力性、操纵性至关重要，人机系统的参数直接影响赛车的总体设计，重要系统的方案选取和关键参数的选取，所以做好足够的人机系统的设计，对于整车的性能至关重要。

1 人机参数

赛车手是赛车的直接驾驶者，为保证赛车手的驾驶舒适性，发挥赛车良好的动力性和灵活的操纵性，人机参数能提供大量的測试数据，是整车系统设计人机系统相互协调，是获得更好驾驶体验和性能的基础数据。

获得参数的第一步就是进行测量，为了完成巴哈赛事的比赛，一支车队需要至少两名以上的车手，需要对所有车手的人及参数进行测量，根据各车手数据简化出一套人体模型绘制草图。

通过搭建的人及参数测量平台获得更为精准的人及参数具体包括：方向盘位置、转向柱角度、踏板位置、踏板角度、驾驶舱空间等，对参数进行汇总整理后得到人机模型的数据库，搭建起最初的人机模型。作为总体设计的基础，为后续整车参数的确定做准备。

2 人机交互设计

人机交互设计主要包括：座椅、踏板、方向盘、仪表设计四个部分，人机交互系统是车手与赛车的连接枢纽，担负着车手的操作指令能否顺利传达到赛车之中，同时也担负着赛车的作业工况能否快速准确的传递给车手的任务，以便车手作出相应的调整。

（1）座椅设计：赛车手与赛车的座椅、方向盘、踏板三个部分直接接触，座椅作为赛车手在赛车中最主要的接触部分，可以最直接的将赛车的状态反馈给赛车手。好座椅能够对赛车手提供良好的包裹效果，座椅与车手的身体契合良好，能给车手提供良好的纵向和侧向支撑，确保车手在进行加速、转向等工况时，提供良好驾驶姿态的保证。座椅材料的软硬度选择合适，既能保证支撑，又能提高车手的驾驶舒适性。此外，还需要对座椅的强度和刚度进行分析计算，轻量化的设计也需要考虑，确保极限工况下座椅的强度和刚度，不出现大的变形。（2）踏板设计：踏板是车手做出加速和制动信号的传播中介，直接影响赛车的操控性能，同时作为人机交互系统的一部分，利用人机工程学设计，使踏板具有良好的驾驶舒适性和精准操作性，踏板的设计也直接与系统的选型及设计有关。踏板在设计上要满足赛车规则对于踏板的要求，还要满足功能，制动踏板要有合理的传递比，将车手脚部的压力转化成合适的主缸压力，进而推动制动卡钳产生制动效果。油门踏板也要满足压缩行程，确保工作时的响应稳定迅速;除此之外踏板还需要结合人机系统的参数合理设计角度，压缩行程，回弹力度等，保证车手操作时的舒适性，对于不同车手，人及参数不同的现象可以设计可调节装置，调节踏板的纵向位置和踏板的角度，使踏板能够更适合车手的驾驶习惯;另外设计时还要考虑到，相关连接系统的布置，确保不出现干涉的现象，还需要对踏板的材料、轻量化等方面进行考虑。（3）方向盘：方向盘作为车手操纵赛车转向的直接部件是人机交互系统中最重要的一部分，需要保证其结实耐用的同时又要兼顾轻量化。根据人机测量平台获得的数据，合理的选择方向盘的直径和转角，保证车手在驾驶时有合适的转向手力和操作空间。目前国内车队的方向盘主要通过购买以及自制的方式，购买件结构强度高，但是安装点固定，操作空间狭窄，自制件可以根据需要设计安装点和形状，确保操作空间良好，通过结构的优化和材料的改进可以更好的实现轻量化。（4）仪表：仪表作为车手观察赛车状态最直接的途径，实时反映车辆的关键参数，但车手在驾驶中，始终是处于高度紧张的状态，难以分出更多的精力来看仪表数据，所以在仪表的设计中，要尽量的将内容精简，显示尽可能直观，可以在设计中将数字简化，例如可以将转速或轮速的大小以仪表中LED灯点亮的数目进行显示，便于车手在驾驶过程中了解车辆的状态。另外方向盘布置的过程中要考虑到车手驾驶过程中的视线问题，如果将仪表直接集成到方向盘上，车手在驾驶中如果去看仪表盘上的数据，需要刻意的低头，这是驾驶过程中的安全隐患，所以在设计中要通过人机参数确定合理的仪表安装位置，保证车手获得信息的方便性以及驾驶过程中的安全性。

3 结束语

通过对巴哈赛车的人机工程整机结构参数、座椅、踏板、方向盘、仪表部分进行了设计分析说明，并进行了分析研究与选型确定，经试制样机与试验，初步设计可以满足使用要求。

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作者简介：姜德富（1962-），男，山东青州人，工学学士，副教授，高级工程师，研究方向：车辆工程。