4 Органы управления
Органы управления автомобиля по своему функциональному назначению делятся на две группы. К первой группе относятся органы, с помощью которых изменяются направление и скорость движения автомобиля: рулевое колесо, рычаг переключения передач, педаль сцепления, педаль управления дроссельной заслонкой или подачей топлива, тормозная педаль и рукоятка стояночного тормоза. Вторая группа включает органы управления вспомогательными устройствами: кнопку или педаль включения стартера, кнопку управления воздушной заслонкой карбюратора, включатель зажигания, ручной или ножной переключатель света, кнопку электрического сигнала, рычаг включения указателей поворота, органы, управляющие стеклоочистителем, отопителем, вентиляцией, кондиционером, освещением и др. На автомобилях высокой проходимости, кроме того, имеются рычаг переключения раздаточной коробки и рычаг включения переднего моста. Специальные автомобили оборудуются органами для управления дополнительными специальными механизмами [19,20].
В зависимости от частоты пользования органы управления можно разделить на постоянные и эпизодические. Рулевое колесо и педаль управления дроссельной заслонкой или педаль подачи топлива относятся к постоянным органам управления, а педаль сцепления, тормозная педаль, рычаг переключения передач, переключатель света, рычаг или кнопка переключателя указателей поворота, кнопка управления звуковым сигналом и рычаг ручного тормоза –к эпизодическим. Органы управления могут быть ручными или ножными.
Параметры органов управления автомобиля должны соответствовать психофизиологическим и анатомическим возможностям водителя и отвечать эстетическим требованиям. При этом нужно учитывать и принцип, встречной адаптации, т. е. оптимально возможного приспособления человека к автомобилю.
К конструкции органов управления предъявляются следующие требования:
высокий уровень автоматизации управления автомобилем;
малые время и усилия, необходимые для выполнения рабочих движений;
удобная траектория движения рук и органов управления;
травмобезопасная конструкция органов управления;
обеспечение информативности и удобная форма рукояток;
соответствие эстетическим требованиям.
Выполнение указанных выше требований достигается путем автоматизации переключения передач, совмещения нескольких операций в одном органе управления, применения гидравлических и пневматических приводов, размещения органов управления в оптимальных зонах рабочих движений водителя, применения тактильно-гностических и гигиенических форм рукояток.
Рулевое колесо. Рулевое колесо служит для изменения направления движения автомобиля через рулевой вал, рулевую передачу и рулевой привод. Тороидный обод колеса смещен относительно оси рулевого вала, вследствие этого усилие, приложенное к нему, действует на некотором плече, что обеспечивает небольшие усилия вращения. Кроме обода, рулевое колесо имеет спицы и ступицу. Размеры и расположение спиц могут быть разнообразными. Конусность рулевого колеса влияет на величину его смещения вдоль оси вала и зависит от радиуса рулевого колеса и расчетного усилия.
К рулевому колесу предъявляются два основных эргономических требования: прилагаемое усилие при его вращении не должно превышать 30…50 Н для одной руки и 100…110 Н для двух; его угловая скорость должна обеспечивать надежное управление автомобилем при любой скорости движения.
Легкость вращения рулевого колеса зависит от передаточного числа рулевого механизма и диаметра обода. У большинства современных автомобилей передаточное число рулевых механизмов находится в пределах 15…40, а диаметр обода – 300…500 мм. Диаметр обода рулевого колеса тяжелых грузовых автомобилей выбирают ближе к верхнему; пределу, а для легковых и особенно спортивных –ближе к нижнему пределу.
На некоторых автомобилях устанавливается гидроусилитель рулевого управления, служащий для уменьшения усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу, что позволяет точнее управлять автомобилем и быстрее реагировать на дорожные ситуации, а также уменьшает утомляемость водителя и повышает безопасность движения. Гидроусилитель частично гасит колебания кузова, вызываемые неровностями дороги, не мешая водителю чувствовать ее. При небольших углах поворота рулевого колеса управление осуществляется без участия гидроусилителя, так как для корректировки движения требуются небольшие усилия. При возникновении значительных возмущающих внешних сил, которые действуют на колеса автомобиля, водитель при наличии гидроусилителя небольшим усилием может удержать ведомые колеса в нужном положении, что особенно важно при выходе из строя шины одного из передних колес. Применение гидроусилителя, благодаря которому уменьшается усилие, прилагаемое к рулевому колесу, дает возможность уменьшить диаметр его обода, что позволяет улучшить обзорность.
Рычаги и рукоятки. Удобство управления автомобилем во многом зависит от формы рычагов и рукояток органов управления, их размещения относительно тела водителя, удаленности друг от друга, направления перемещения, усилий, которые нужно прикладывать для их перемещения. Учитывая наличие различных по степени удобства зон в пределах моторных полей водителя, органы постоянного использования следует размещать в оптимальной рабочей зоне, а органы эпизодического использования в нормальных и максимальных зонах (рисунок 4.1). На рулевой колонке или рядом с ней располагают рычаги переключения передач и указатели поворота, кнопку или дужку звукового сигнала. На передней панели находятся ключ зажигания, рукоятки управления стеклоочистителем и омывателем стекол, воздушной заслонкой, включателем отопления, вентиляции и т. п.
Рисунок 4.1 Расположение рычагов и рулевого колеса грузового автомобиля относительно рабочих зон рук водителя (размеры указаны в см): а– расположение рычагов управления;б– расположение рулевого колеса; 1 – оптимальная рабочая зона; 2 – нормальная зона; 3 – максимальная зона
Рисунок 4.2 Зависимость максимального растягивающего усилия Fруки от расстоянияS0между рычагом ручного тормоза и серединой плеча водителя: 1 – дуга, радиус которой соответствует оптимальному расстоянию (с физиологической точки зрения) рычага от середины плеча водителя; 2 – дуга, радиус которой соответствует максимальному расстоянию (с анатомической точки зрения) рычага от середины плеча водителя.
Место расположения рычага переключения передач зависит, от усилия, необходимого для его перемещения. Вследствие этого рычаг следует располагать в оптимальной зоне рабочих движений водителя. Рукоятку стояночного тормоза размещают в этой же зоне с учетом усилия, прикладываемого к ней. Зависимость развиваемого водителем усилия от места расположения рычага показана на рисунке 4.2.
Ниже приведены некоторые рекомендации по органам управления. Полный ход рукоятки ручного тормоза, мм:
для легкового автомобиля…………………………………….….……..150
грузового……………………………………………………….….……..200
Предельные усилия, Н:
на тяге рукоятки стояночного тормоза………………………....….……18
на рукоятке переключения передач………………………….….….……..6
Основные расстояния, мм:
от рукояток рычагов переключения передач и стояночного тормоза в любом положении до других элементов кабины, не менее…..….….....40
от рукояток прочих рычагов до опорной поверхности сиденья….…230
между рулевым колесом и любыми деталями кабины, не менее….....100
Указанные выше величины рассчитаны для водителей среднего роста. Для учета отклонений в росте элементы рабочего места выполняют регулируемыми (сиденье, педали).
Педали управления. Удобство управления автомобилем и безопасность движения во многом определяются расположением педалей управления. При размещении педалей необходимо учитывать частоту и продолжительность пользования ими, величину прилагаемых усилий, обеспечение безопасности движения, а также анатомо-физиологические особенности водителя. Усилие, прокладываемое водителем к педалям, зависит от ее расположения (рисунок 4.3). Из графика следует, что нога человека развивает наибольшее усилие, если упор приходится на бедренную часть. Максимальное усилие, равное 1862 Н, достигается при отклонении упора от вертикального положения на 70°.
Опорная площадка любой педали должна быть расположена так, чтобы при положении ноги с опорой на пятку углы голеностопного, коленного и тазобедренного суставов имели оптимальные значения и составляли соответственно 90…100, 95…135 и 90…120°. Пространственное положение площадки педали должно соответствовать естественному положению ступни водителя.
Конструкция тормозных механизмов и механизма сцепления такова, что для воздействия на них требуется приложить большие усилия к педалям привода; Так, среднее усилие на тормозной педали автомобиля, обеспечивающее замедление 0,5×g, составляет 294…372,4 Н, максимальное усилие на педали сцепления достигает 294 Н. Величина усилия зависит от расположения педали по отношению к сиденью и от смещения площадки педали относительно тела водителя.
Рабочее место, оборудованное регулируемым блоком педалей при закрепленном сиденье или регулируемым сиденьем с регулируемым блоком педалей, дает возможность создавать оптимальные условия пользования педалями для водителей различного роста.
Рисунок 4.3 Зависимость максимального усилия F1, прикладываемого к педали, от расстоянияSппедали до горизонтальной плоскости сиденья и угла наклона педали к полу
Травмобезопасность рабочего места водителя. Важнейшая характеристика рабочего места водителя – его травмобезопасность. Травмобезопасность обеспечивается применением ряда конструктивных решений, касающихся компоновки автомобиля, его кузова, сидений, органов рулевого управления, рычагов, педалей, щитка приборов, ветрового стекла и ряда других деталей и устройств, составляющих интерьер автомобиля. Кроме того, для повышения травмобезопасности применяется ряд дополнительных устройств – ремни безопасности различных типов и конструкций, предохранительные пневматические подушки, подголовники и другие устройства.