■ 周飛

周飛：南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司動車設(shè)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(shè)速度快、與現(xiàn)有公交站臺和路面資源共享等特點，非常適應(yīng)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(guān)設(shè)備的司控臺，對整車牽引、制動、空調(diào)、車門和廣播等系統(tǒng)進行控制，同時檢測列車運行信息，以保證列車安全穩(wěn)定運行。

1 司控臺輕量化設(shè)計

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

司控臺材質(zhì)選型方面，采用玻璃鋼即GRP，一種以高分子環(huán)氧樹脂為基體，玻璃纖維或碳纖維等為增強體，經(jīng)過復(fù)合工藝制成的復(fù)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(dǎo)熱系數(shù)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(chǎn)加工產(chǎn)品時采用木質(zhì)模具，可進行簡單調(diào)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(fù)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(jié)構(gòu)造型方面，以往司控臺設(shè)計采用寬大臺面，司控臺側(cè)面及后部與內(nèi)裝墻板、擋風(fēng)玻璃窗臺、側(cè)護板存在搭接關(guān)系，結(jié)構(gòu)約束多，增加了設(shè)計難度。無錫2號線司控臺整體結(jié)構(gòu)見圖1。

由于司控臺需要搭靠周邊內(nèi)裝，必然帶來部分空間的浪費，即司控臺兩側(cè)、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(tǒng)臺面，采用部分類T字形外形設(shè)計，強調(diào)司控臺框架緊扣設(shè)備，無多余感，在其內(nèi)部預(yù)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(zhì)量（見圖2）。

司控臺造型的突破對其整體質(zhì)量的減輕起決定性作用。目前南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司（簡稱公司）生產(chǎn)的無錫2號線、東莞R2線等項目的車輛司控臺仍沿用傳統(tǒng)造型，結(jié)構(gòu)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(shè)計，整體質(zhì)量減輕至31.3 kg。表1是公司最新項目且主材質(zhì)采用玻璃鋼的司控臺框架質(zhì)量統(tǒng)計?？梢?，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(zhì)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(shè)計與分析

司控臺作為列車運行時的人機界面，是各系統(tǒng)設(shè)備的集中反映，其布置是否科學(xué)合理關(guān)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(zhǔn)確完成駕駛職能具有重大影響，直接關(guān)系到列車的運行安全與穩(wěn)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(xué)出發(fā)，司機是操作中心，司控臺布置必須首先滿足駕駛?cè)藛T坐于座椅上時對操縱設(shè)備的可操作性，然后要使駕駛?cè)藛T在操作過程中感覺舒適，這就要對司控臺結(jié)構(gòu)尺寸及臺上設(shè)備的位置、形狀、大小等進行規(guī)劃與設(shè)計，通過人機之間的配合，使得不同人體測量參數(shù)的司機與司控臺、設(shè)備布局之間達到最佳配合。新型司控臺設(shè)計時運用CATIA軟件中的人機工程學(xué)設(shè)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(shù)據(jù)，采用相近的韓國人體進行分析。

人機工程學(xué)設(shè)計與分析結(jié)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(shè)備全覆蓋，充分發(fā)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(shè)備。由于沒有傳統(tǒng)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(tài)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(tǒng)司控臺設(shè)計讓司機腿部處于下柜體框架之間，活動范圍狹??；新型司控臺由于采用了臺體突出下柜體框架邊界的設(shè)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(huán)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)合臺上現(xiàn)有設(shè)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(shè)計帽檐結(jié)構(gòu)用以遮光，將危害降至最低。

4 新型司控臺造型的通用性設(shè)計與分析

為了減少設(shè)計周期，降低成本，在不改變司控臺外形結(jié)構(gòu)的前提下，只對司控臺的開孔尺寸相應(yīng)調(diào)整，以滿足設(shè)備的機械及電氣接口，這是司控臺設(shè)計必須考慮的問題，即司控臺的通用性。

從設(shè)備安裝接口的角度出發(fā)，隨著觸摸屏?xí)r代的到來，解決了傳統(tǒng)硬件不方便調(diào)整的缺陷，更好適應(yīng)客戶的需求，需要設(shè)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(shè)備面的縱向尺寸進行設(shè)計，這就要對市場上現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)、信號等系統(tǒng)顯示屏統(tǒng)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(guī)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(qū)域最寬尺寸為12.1×25.4×3/5=184 mm?？紤]設(shè)備帶有邊框，結(jié)合設(shè)備供應(yīng)商，其設(shè)備外邊框上下寬度小于35 mm，得出設(shè)備所需最大寬度小于184+35+35=254 mm。留出設(shè)備合理的安裝空間，給出司控臺安裝設(shè)備面的縱向設(shè)計尺寸為270 mm。然后，對司控臺安裝設(shè)備面的橫向尺寸進行設(shè)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(shè)備所需最大長度小于267+45+45=357 mm，留出設(shè)備合理的安裝空間，給出司控臺橫向各面最小設(shè)計長度365 mm。這樣，可以任意調(diào)整設(shè)備間的位置，以滿足國內(nèi)外不同客戶的使用需求和操作習(xí)慣。

表1 司控臺框架質(zhì)量統(tǒng)計

圖3 司機腿部空間

圖4 內(nèi)部防水結(jié)構(gòu)

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(fā)，傳統(tǒng)司控臺造型靠后的設(shè)計與內(nèi)裝墻板、側(cè)護板及擋風(fēng)玻璃窗臺存在搭接關(guān)系（見圖6），約束多，影響自身的造型結(jié)構(gòu)及設(shè)計周期。

新型司控臺通過座椅位置的調(diào)整，根據(jù)UIC 651里司控臺和座椅的其他推薦尺寸設(shè)計，伸出下柜體框架的邊界，避開與周邊內(nèi)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(huán)繞結(jié)構(gòu)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(nèi)裝搭接關(guān)系

圖7 新型司控臺

新型司控臺由于與周邊內(nèi)裝護板、擋風(fēng)玻璃窗臺等不存在搭接關(guān)系，單獨成型，能夠滿足設(shè)備間位置任意調(diào)整，且不改變整體造型結(jié)構(gòu)，對于快速發(fā)展的低地板車輛司控臺具有一定通用性。

5 結(jié)束語

新型司控臺質(zhì)量更輕；運用CATIA軟件人機工程學(xué)設(shè)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(chǎn)品設(shè)計平臺，應(yīng)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(fā)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(shè)計周期，降低了成本，還增加了產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性，降低了新產(chǎn)品研發(fā)的風(fēng)險。

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