新型司控台在低地板车辆上的应用

■ 周飞

周飞：南车南京浦镇车辆有限公司动车设计部，助理工程师，江苏 南京，210031

低地板车辆以其方便旅客乘降、编组多样、运行灵活、投资少、建设速度快、与现有公交站台和路面资源共享等特点，非常适应大城市的支线交通和中小城市干线交通的需求，有着广阔的市场前景。作为安装与车辆驾驶密切相关设备的司控台，对整车牵引、制动、空调、车门和广播等系统进行控制，同时检测列车运行信息，以保证列车安全稳定运行。

1 司控台轻量化设计

低地板车辆发展的趋势在于轻量化、适合小半径曲线及适应不同运量。轻量化设计的理念在于低成本、低消耗。传统经验设计及相对落后的评价手段已不能适应快速变化的市场需求。因此，在满足相应法律及规范的同时，运用这一理论设计符合低地板车辆的司控台，主要从材质选型和造型结构两方面进行考虑。

司控台材质选型方面，采用玻璃钢即GRP，一种以高分子环氧树脂为基体，玻璃纤维或碳纤维等为增强体，经过复合工艺制成的复合材料，密度在1.5～2 g/cm3，只有普通碳钢的1/5～1/4，比铝还要轻1/3左右，机械强度却很高。玻璃钢有良好的热性能，其比热是金属的2～3倍，但导热系数较低，只是金属材料的1/1 000～1/100。由于玻璃钢耐腐蚀，机械强度较高，具有一定的绝缘性，且生产加工产品时采用木质模具，可进行简单调整而保证模具不报废，成型工艺简单，费用较低，可制作曲面较多、形状复杂的部件，故被选作低地板车辆司控台的制造材料。

司控台结构造型方面，以往司控台设计采用宽大台面，司控台侧面及后部与内装墙板、挡风玻璃窗台、侧护板存在搭接关系，结构约束多，增加了设计难度。无锡2号线司控台整体结构见图1。

由于司控台需要搭靠周边内装，必然带来部分空间的浪费，即司控台两侧、部分台面及宽厚的尾部空间，整体感觉很笨重。新型司控台摒弃传统台面，采用部分类T字形外形设计，强调司控台框架紧扣设备，无多余感，在其内部预埋的布线支架尽可能开满方孔，进一步降低司控台整体的质量（见图2）。

司控台造型的突破对其整体质量的减轻起决定性作用。目前南车南京浦镇车辆有限公司（简称公司）生产的无锡2号线、东莞R2线等项目的车辆司控台仍沿用传统造型，结构笨重、空间多余；而苏州有轨电车1号线采用新型司控台的外观设计，整体质量减轻至31.3 kg。表1是公司最新项目且主材质采用玻璃钢的司控台框架质量统计。可见，运用在低地板车辆苏州有轨电车1号线上的新型司控台在质量上比其他项目司控台轻1/3～1/2。

2 司控台造型及布置的设计与分析

司控台作为列车运行时的人机界面，是各系统设备的集中反映，其布置是否科学合理关系到司机驾驶时的舒适性和可操作性，这对司机能否全面、准确完成驾驶职能具有重大影响，直接关系到列车的运行安全与稳定。

图1 无锡2号线司控台整体

图2 低地板司控台整体

从人机工程学出发，司机是操作中心，司控台布置必须首先满足驾驶人员坐于座椅上时对操纵设备的可操作性，然后要使驾驶人员在操作过程中感觉舒适，这就要对司控台结构尺寸及台上设备的位置、形状、大小等进行规划与设计，通过人机之间的配合，使得不同人体测量参数的司机与司控台、设备布局之间达到最佳配合。新型司控台设计时运用CATIA软件中的人机工程学设计与分析模块，对司控台进行人机模拟。由于软件中缺乏我国人体数据，采用相近的韩国人体进行分析。

人机工程学设计与分析结果显示：人在脊椎几乎不弯曲的坐姿下，可以达到对司控台上设备全覆盖，充分发挥人体机能，最大范围减轻司机驾驶时的疲劳程度，使司机能够更方便舒适地操作各类设备。由于没有传统的驾驶台面，司控器布置在座椅左扶手上，肘部撑着座椅扶手的同时兼顾驾驶，便捷、舒适。车辆运行时，司机需要在坐姿状态下完成一系列列车驾驶操作，因此，充裕的腿部活动空间尤为重要。传统司控台设计让司机腿部处于下柜体框架之间，活动范围狭小；新型司控台由于采用了台体突出下柜体框架边界的设计，整体操作空间宽敞，身体活动自由（见图3），腿部活动几乎无遮挡，为司机提供了一个舒适、便捷的工作环境。

3 司控台造型的防水、散热处理

防水处理方面，司控台的凹槽结构和柜体突出的挡水板能够有效防止水顺着框架流入柜体内部，避免司控台与柜体上部平板周边打胶，保证了整体美观性，方便司控台的拆装（见图4）。

散热方面，新型司控台采用层叠的前后罩，后罩伸入前罩，间隔12 mm（见图5），结合台上现有设备散热要求，能够很好满足其散热，避免在司控台上部开孔安装散热格栅，影响整体美观。

防眩方面，为防止光线照射在显示器画面上形成反射，设计帽檐结构用以遮光，将危害降至最低。

4 新型司控台造型的通用性设计与分析

为了减少设计周期，降低成本，在不改变司控台外形结构的前提下，只对司控台的开孔尺寸相应调整，以满足设备的机械及电气接口，这是司控台设计必须考虑的问题，即司控台的通用性。

从设备安装接口的角度出发，随着触摸屏时代的到来，解决了传统硬件不方便调整的缺陷，更好适应客户的需求，需要设计一个能够最大化满足触摸屏安装要求的司控台。首先，对司控台安装设备面的纵向尺寸进行设计，这就要对市场上现有的网络、信号等系统显示屏统计分析，得出装在司控台上的屏尺寸主要分为12.1寸和10.4寸两种规格，且显示屏的长宽比例集中在4∶3～16∶9，取较大的12.1寸屏和最小长宽比4∶3计算，得出触摸区域最宽尺寸为12.1×25.4×3/5=184 mm。考虑设备带有边框，结合设备供应商，其设备外边框上下宽度小于35 mm，得出设备所需最大宽度小于184+35+35=254 mm。留出设备合理的安装空间，给出司控台安装设备面的纵向设计尺寸为270 mm。然后，对司控台安装设备面的横向尺寸进行设计，取12.1寸屏和长宽比16∶9计算，得出屏最长尺寸为267 mm，12.1寸屏外边框左右宽度小于45 mm，得出设备所需最大长度小于267+45+45=357 mm，留出设备合理的安装空间，给出司控台横向各面最小设计长度365 mm。这样，可以任意调整设备间的位置，以满足国内外不同客户的使用需求和操作习惯。

表1 司控台框架质量统计

图3 司机腿部空间

图4 内部防水结构

图5 司控台前后罩截面

从司控台本身安装接口的角度出发，传统司控台造型靠后的设计与内装墙板、侧护板及挡风玻璃窗台存在搭接关系（见图6），约束多，影响自身的造型结构及设计周期。

新型司控台通过座椅位置的调整，根据UIC 651里司控台和座椅的其他推荐尺寸设计，伸出下柜体框架的边界，避开与周边内装的搭接，独立成型，减小了造型变化的概率，且以司机为中心，流线型环绕结构给人浑然一体的整体感（见图7）。

图6 无锡2号线司控台与周边内装搭接关系

图7 新型司控台

新型司控台由于与周边内装护板、挡风玻璃窗台等不存在搭接关系，单独成型，能够满足设备间位置任意调整，且不改变整体造型结构，对于快速发展的低地板车辆司控台具有一定通用性。

5 结束语

新型司控台质量更轻；运用CATIA软件人机工程学设计与分析，驾驶更舒适；造型容错率高，在低地板项目上具有一定的通用性；为公司搭建了一个成熟的低地板司控台产品设计平台，应用在100%低地板苏州有轨电车1号线。南京河西、麒麟有轨电车项目及自主研发的70%低地板项目司控台都是依托此平台，该平台的形成不但缩短了设计周期，降低了成本，还增加了产品的质量可靠性，降低了新产品研发的风险。

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