电动汽车驾驶座中置方案研究

电动汽车驾驶座中置方案研究石华山霍威雄郑立楷（江门市地尔汉宇电器股份有限公司）【摘要】提出电动汽车驾驶座中置的布局方式，从视野、盲区和行车安全等方面与目前的左置布局方式进行比较，分析了中置方案的安全性和可行性。该布局颇有实用价值，值得继续深入研究。主题词：驾驶座；布置；电动汽车；视野分布；标准Studyofcenter-driveelectricalvehicledesignShiHuashan,HuoWeixiong,ZhengLikai（JiangmenIdear-HanYuElectricalJoint-Stockco.,Ltd,）【Abstract】Acenter-drivelayoutofelectricalvehicleisputforward,andcomparewiththecurrentleft-drivelayoutfromfieldofvision,blindareaandtrafficsafety.Byanalyzingsafetyandfeasibilityofthecenter-drivelayout,itisconsideredthatthisdesignisofcertainpracticalvalueandworthfurtherresearch.Keywords:driver’sseat,layout,electricalvehicle,fieldofvisiondistribution,standard在汽车总布置设计中，驾驶座在驾驶室内安放的位置与各国交通法规有关。我国交通法规中规定车辆靠右侧通行，驾驶座就相应地布置在驾驶室左侧。在一些规定车辆左侧通行的国家，驾驶座则布置在驾驶室右侧。然而，关于驾驶座的布置方式与交通规则之间的内在联系，对这方面的研究其实并不多，也缺乏文献资料，“左驾右行”或“右驾左行”的布置方法似乎只能算是一种约定俗成的习惯。1驾驶座左置的由来一百多年前，“汽车之父”卡尔·奔驰发明汽车时，车速只有15公里，无需刹车及排挡等装备，汽车为“三轮式”结构，驾驶座自然位于车身中央。随着车速的提高，需要为汽车配备排挡及刹车等设备，但凭借当时的技术这些机件都只能安装配置在车身外侧，用手来操控。依据人体工程学原理，大多数的人习惯使用右手，为了使驾驶员可以方便地使用排挡和刹车，设计师自然将驾驶座设定在右边。此时，沿袭马车时代的右行习惯，形成了“右驾右行”的布置方式。报道提及：20世纪初，随着汽车数量激增和速度继续提高，交通事故频繁发生，有的车厂研究发现，若右驾又右行，遇到超车，会影响视线，于是不约而同地出现左驾右行的新车款[1]。1908年，福特汽车公司推出首款转向盘左置的美国汽车——福特T型车[2]。该车共4个座位，驾驶员座在前排左侧，装有一个4气缸发动机，配有3个档位的变速器。该车虽然没有离合，而且档位通过踏板由脚来控制而油门则设在方向盘后用手来控制，与当代汽车的操纵方式截然不同，但这种“左驾”的整车布局方式已经与现代乘用车很接近。随着汽车技术的发展以及设计的不断改进，汽车的操纵方式也在不断优化，但“右行左驾”的布置方式却沿用至今。在我国右侧通行的交通规则下，靠右驾驶超车危险系数较高，仅此“左驾”相比“右驾”确实更安全，但“左驾”是否就是最优的布置方式？对此提出一种驾驶座中置的布置方案，与目前的左置方案进行比较。2驾驶座中置的安全性分析2.1视野范围及盲区分布汽车行驶过程中，驾驶员主要通过眼睛观察来收集汽车行驶状态、路面状况等信息，以此做出判断并采取相应的加速、减速、转向等措施。因此，驾驶员的视野对行车安全有直接、重要的影响。按照方向，驾驶员的视野可分为前方视野和后方视野。2.1.1前方视野前方视野属于直接视野，是驾驶员可直接观察到的范围。由图1（a）可以看出，左置方案中，视野原点即驾驶员的眼睛位置偏左，使得左侧视野的视距小，便于观察，而且驾驶员能直接看到车身左侧的轮廓，对车辆左侧安全距离的判断更为直观、精确。而右侧视野的视距大，增加观察难度，驾驶员对车身右侧安全距离的判断也会更容易产生误差。另外，右A柱距离远，形成的盲区较小、位置比较靠后，对驾驶员造成的影响轻微；左A柱距离近，形成的盲区较大，且更靠前，驾驶员经常要摆动头部观察才能减少其带来的影响。对于中置方案，如图1（b）所示，视野和盲区都呈左右对称，两侧A柱盲区的分布方向与直前方向有较大夹角，驾驶员会有较为开阔的正前方视野，但车身两侧的轮廓都不在视野范围内，相比左置方案，对两侧的安全距离的判断，右侧改善，左侧变差。（a）左置方案（b）中置方案图1汽车前方视野及盲区分布2.1.2后方视野后方视野属于间接视野，是驾驶员通过后视镜观察到的范围。由于后视镜角度可调，驾驶员在两种布置方案中通过后视镜观察到的后方视野在范围上并无差别。但左置方案中，左后视镜距离近，靠近正前方，视野清晰而且方便观察，驾驶员转动眼睛就看到；右后视镜距离远，观察时驾驶员的眼睛和头部都要转动大角度。而中置方案中，两侧后视镜位置左右对称，距离和观察摆角适中。总体而言，左置方案能提供良好的左侧视野，但却忽略了右侧视野需求，而驾驶座中置则是折中方案，能同时兼顾两侧视野，尤其符合基于木桶原理的安全设计理念。2.2A柱盲区及车身强度的综合安全分析A柱的外形大小同时影响着车身强度和盲区大小。A柱要足够粗，才能使车身达到一定的强度，满足相应的碰撞防护要求；但A柱越粗造成的盲区也越大，会严重遮挡驾驶员的前方视野。国家标准GB11562-2014《汽车驾驶员前方视野及测量方法》规定了A柱的双目障碍角不得超过6°[3]，因此需综合考虑强度和视野来求取A柱尺寸的最优值。在两侧A柱外形左右对称一致的情况下，左置方案中的驾驶员离左侧A柱近而离右侧A柱远，两侧盲区分布不对称，A柱的最大双目障碍角出现在左侧。若将驾驶座改成中置，驾驶员与两A柱距离相等，且与左A柱的距离增大，此时两侧A柱的双目障碍角相等且均比左置方案中的左A柱的双目障碍角小。亦即在A柱的外形大小不变的情况下，相比驾驶座左置，采用中置方案能降低A柱的最大双目障碍角，改善驾驶员的视野条件。若加粗中置方案中的A柱，令其双目障碍角与左置方案中未加粗的左A柱的双目障碍角相等，则可以得到结论：在A柱的最大双目障碍角不变的情况下，相比驾驶座左置，采用中置方案能选取更大的A柱外形尺寸，使A柱更粗，车身强度更高，有利于提高车辆的被动安全性。2.3复杂交通状况下的行车安全分析在面对复杂的交通状况时，驾驶座中置和左置的视野条件的差异会对行车安全产生不同影响。在双向车道会车时，特别是在没有中央隔离带的情况下，驾驶员主要依靠左侧视野来判断与对向来车的安全距离，靠左驾驶更利于驾驶员观察对向车辆的行驶状态。超车时，驾驶员要观察左侧超车道上的前、后方车辆来判断超车时机，同时依靠右侧视野来与被超车辆保持安全距离。由于前方被超车辆的遮挡，在观察超车道前方交通状况时，靠左驾驶只需要比前车向左突出约四分之一车宽的距离，而中间驾驶则需要比前车向左突出约二分之一车宽的距离。虽然中置方案不便于驾驶员观察超车道前方情况，但能让驾驶员在加速超车时更准确地与被超车辆保持安全距离。向左并线，驾驶员依靠左前和左后侧视野与左侧车道的前、后车保持安全距离，向右并线则反之。驾驶座左置在向左并线时，能提供良好的视野，但不利于向右并线。中置方案能提供两侧对称的视野条件，向左并线时不及左置方案，向右并线时比左置方案更安全。由于非机动车道和行人道设置在机动车道右侧，中置方案相比左置方案更利于汽车避让非机动车和行人。由此可见，驾驶员需要从不同的视野方向收集信息来应对复杂的交通路况。左置方案左侧视野清晰，会车时更安全，但右侧容易因视野不良引发交通事故。中置方案凭借左右对称分布的视野，更有助于驾驶员应对各种复杂交通状况。2.4行车线路的控制在控制行车路线时，许多驾驶员（特别是初学者）都习惯以自身位置进行路线的定位，当驾驶员座位置不与汽车纵轴线重合时，行车路线就会出现偏差。如图2（a）所示，左置方案中这种偏差表现为实际的行车路线向右偏离，车辆处于跨车道行驶状态，容易诱发事故。如图2（b），当驾驶员座与纵轴线重合则不会产生这样的偏差，故中置方案能令驾驶员更准确地控制行车路线；初学者对此体会最深。（a）左置方案（b）中置方案图2行车线路示意图2.5不同通行规则道路上的行车安全分析驾驶座左置车辆由于视野左右不对称，更适合在右行道路上行驶，行驶于港澳地区等左行道路上会因右侧视野欠佳而增加风险。同样地，香港的“右舵”车辆更适合左行道路，不太适合在大陆右行道路上行驶。这正是目前粤港两地通车值得改善的安全问题。对香港地区按大陆右行的规则进行道路交通改革则成本过高，保持“一国两向”则安全状况欠佳，该问题至今未得到彻底解决。而驾驶座中置的车辆视野左右对称，无论在左行还是右行道路上行驶，视野条件无差别，在目前不能统一两地行车方向的现状下，用作两地跨境来往的专用车辆就最合适。2.6右行非左驾汽车实际使用的安全状况我国目前允许驾驶座中置的机动三轮车上路。此外，在广东地区一直允许港澳右驾车辆驶入右行车道，俄罗斯（车辆同样靠右行驶）远东地区的道路上亦行驶着大量“右舵”车，但未听说因此导致安全事故增加。这些情况说明右行非左驾汽车即使并非最安全，也符合最低限度的安全。3驾驶座中置的可行性分析3.1驾驶舱布置当驾驶座中置时，由于车内空间有限，驾驶舱的布置是一大难题。图3（a）所示，驾驶座两侧依然设置副驾驶座，那么前排三座的设计就显得非常拥挤，副驾驶员会对驾驶员造成严重干扰，影响行车安全。图3（b）所示，如果去除两侧副驾驶座，采用前排单座的设计，整车的空间利用率就会大大降低，失去实用性。图3（c）所示，前排依然是三座，但两侧副驾驶座向后错开一段距离，能够在避免驾驶员受到干扰的前提下，更高效地利用车内空间。显然，驾驶座中置的汽车更适合采用图3（c）的设计。（a）前排三座（b）前排单座（c）前排三座并错开图3驾驶舱布置方案近几年发展起来的电动汽车，其动力系统采用的是紧凑得多的电动机，相比传统燃油汽车庞大、沉重的发动机系统，布置上受到的限制大大减少。特别是采用轮毂电机的电动汽车，其驱动电机、传动系统和制动系统合为一体，安装在车轮内，大大简化了底盘结构[4]。凭借结构简单、整车布置更灵活的特点，在电动汽车上进行驾驶座中置的设计，应已不存在传统燃油汽车布局设计上的局限，即电动汽车为具有实用优势的驾驶座中置设计造就了条件。此外，一些车载摄像设备等很便于在电动汽车上使用的新技术开发，也可以很好补救前述驾驶座中置的不足[5]。3.2相关法律法规国家强制性标准GB7258-2012《机动车运行安全技术条件》的6.1及GB17675-1999《汽车转向系基本要求》的3.1的规定方向盘必须左置，驾驶座中置的方案明显不符合该二标准的规定[6][7]。然而，安全标准规定的应是最低限度的安全要求，而目前并没有证据显示只有“左驾”才能满足“右行”的最低安全要求。标准制定的三大原则之一是适宜性，即要给技术发展留有最大的余地。另外，我国汽车行业的标准制定基本采用国际标准，对国际上通用的基础标准以及具有世界先进水平的方法标准都尽可能等同采用。但纵观欧、日、美等主流的国外、国际汽车标准法规，都没有对方向盘或驾驶座左右布置的相关规定，只提出了对直接视野和间接视野的要求。例如，前文提及的GB17675-1999标明的是等效采用欧盟法规70/311/EEC《各成员国关于汽车及其挂车转向机构的协议》，而后者却并没有对方向盘的位置进行规定[8]。可见，我国标准对方向盘位置限制的规定并不合理，建议有关部门对此进行研究调查、权衡利弊，对有关标准条款作相应修订，以促进新技术的发展。4结束语在现行交通规则下，驾驶座中置的方案相比左置方案应能更好兼顾复杂路况，尤其适用于交通规则不同的国家或地区间的行车互通。以上虽然只是推理性的分析，且最好有定量的交通事故频率的比较，但已给出中置方案的潜在价值，值得继续深入研究。此外，无论如何，应让标准为该设计和研究的发展留有余地而非成为障碍。参考