基于Ramsis的汽車駕駛員視野分析

武麗軍

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于Ramsis的汽車駕駛員視野分析

武麗軍

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

∶文章基于某款車型，運(yùn)RAMSIS軟件對(duì)其駕駛員視野進(jìn)行分析并在分析后對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)不滿足要求的的地方提出改進(jìn)意見,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)其進(jìn)行修正，保證某款車型的駕駛員視野達(dá)到最佳效果，推進(jìn)項(xiàng)目順利進(jìn)行。同時(shí)對(duì)不足之處進(jìn)行總結(jié)，化作設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)用于后續(xù)開發(fā)設(shè)計(jì)之中。

∶RAMSIS；車身布置；視野分析

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.042

CLC NO.: U471Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-116-06

引言

人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用在汽車設(shè)計(jì)中，具體表現(xiàn)為：駕駛員視野分析、乘員姿態(tài)分析、操縱件操縱方便性分析、上下車方便性分析、乘員約束系統(tǒng)舒適性以及碰撞安全性分析等。作為人機(jī)工程分析的重要組成部分，汽車視野分析與汽車的安全性有著很大的關(guān)系，對(duì)汽車的主動(dòng)安全性能提升有著良好的效果，經(jīng)過實(shí)踐證明，好的汽車視野設(shè)計(jì)能顯著減少交通事故的發(fā)生頻率。因此在汽車發(fā)展的過程中，對(duì)汽車的視野的重視程度也在不斷增加。如今，在汽車項(xiàng)目啟動(dòng)初期，汽車視野的分析已經(jīng)列入各個(gè)汽車廠商的設(shè)計(jì)要求中，成為一個(gè)重要的研究課題。

1、汽車視野法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)概述

車企常用的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)有SAE International（國(guó)際汽車工程師學(xué)會(huì)）制定的SAE標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(Economic Commission for Europe簡(jiǎn)稱ECE)制定的ECE汽車標(biāo)準(zhǔn)，以及歐洲經(jīng)濟(jì)共同體(European Economic Community，簡(jiǎn)稱EEC)制定的EEC/EC汽車技術(shù)指令，再加上美國(guó)制定的汽車安全技術(shù)法規(guī)FMVSS和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織 (International Organiza -tion for Standardization)制定的ISO標(biāo)準(zhǔn)。下面對(duì)以上幾種法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中與視野分析密切相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

2、乘用車視野分析一般方法

現(xiàn)在各大廠商使用的主流CAD輔助軟件基本上是UG、CATIA等軟件，乘用車駕駛員視野分析是基于UG/CATIA等軟件，建立二維人體模型和視野模點(diǎn)模型，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)進(jìn)行分析的方法，下面對(duì)此分析過程進(jìn)行說明。

2.1座椅位置布置

座椅是承載駕駛員及乘員的重要支撐，座椅的結(jié)構(gòu)、尺寸等決定乘員的舒適性，因此座椅的布置是總布置模塊的重要環(huán)節(jié)。同時(shí)駕駛員座椅的位置設(shè)計(jì)也關(guān)系到駕駛員視野的優(yōu)劣。其中，座椅參考點(diǎn)（SgRP點(diǎn)）是汽車設(shè)計(jì)廠家定義的汽車設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)點(diǎn)，也是駕駛員視野分析的基石。座椅參考點(diǎn)（SgRP點(diǎn)）與H點(diǎn)一致，H點(diǎn)是H點(diǎn)裝置上定義的軀干線與大腿線的交點(diǎn)。因此座椅參考點(diǎn)（SgRP點(diǎn)）的位置可以參照標(biāo)準(zhǔn)SAE J1517中3.1.1條的公式2.1確定，定義公式如下：

其中：Xi：加速踏板中心點(diǎn)與第i百分位座椅參考點(diǎn)（SgRP點(diǎn)）間的X向距離，見圖1；

Z：踵點(diǎn)與座椅參考點(diǎn)（SgRP點(diǎn)）間的Z向距離，即座椅高度（H30），見圖1。

圖1　座椅高度與踏板、座椅縱向距離的相對(duì)關(guān)系[10]

為了檢測(cè)方便，座椅參考點(diǎn)（SgRP點(diǎn)）基本上定義為座椅行程中最后最下位置，但隨著時(shí)代的發(fā)展，客戶對(duì)汽車舒適性、操縱方便性的要求，以及人體尺寸的不斷提升，座椅行程的定義需要更加人性化?，F(xiàn)在座椅參考點(diǎn)（SgRP點(diǎn)）的定義要求座椅在SgRP點(diǎn)的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行上下、前后調(diào)節(jié)。

2.2人體尺寸概述

人體尺寸和人體模型是需要研究的兩個(gè)方面。人體尺寸根據(jù)區(qū)域不同主要有歐美人體尺寸、日韓人體尺寸及中國(guó)人體尺寸等。

歐美人體尺寸自1962年統(tǒng)計(jì)的人體物理尺寸標(biāo)準(zhǔn)《SAE J833人體物理尺寸》開始一直進(jìn)行更新，并在2003年5月取消，被《SAE J826 H點(diǎn)機(jī)械和設(shè)計(jì)工具規(guī)程和規(guī)格》替代，現(xiàn)在歐美尺寸運(yùn)用SAE J826中的三維H點(diǎn)裝置及二維H點(diǎn)模板進(jìn)行人機(jī)工程分析。

日韓尺寸是日韓人群的普查尺寸，在某種程度上可代表亞洲人群的人體物理尺寸。中國(guó)在1988年頒布一版人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 10000-88 中國(guó)成年人人體尺寸》，見表2.1。這對(duì)我國(guó)人機(jī)工程學(xué)的研究起到一些推動(dòng)作用，但我國(guó)的人體測(cè)量數(shù)據(jù)沒有隨著時(shí)間的變化和社會(huì)的發(fā)展得到及時(shí)的更新，其中的某些數(shù)據(jù)已經(jīng)不適合當(dāng)今社會(huì)人體尺寸的實(shí)際情況。根據(jù)本文所需，表1列出歐美、日韓、中國(guó)的人體尺寸對(duì)比情況。

由表1可知，歐美人體尺寸比亞洲人體尺寸整體要大。在車輛設(shè)計(jì)過程中，考慮到車輛設(shè)計(jì)的最優(yōu)化，普遍使用歐美人體尺寸，即使用《SAE J826 H點(diǎn)機(jī)械和設(shè)計(jì)工具規(guī)程和規(guī)格》中定義的人體模板。

表1　人體物理尺寸對(duì)比表

2.3視野點(diǎn)模型建立

視野點(diǎn)模型有兩種，一種是根據(jù)歐標(biāo)ECE R125或國(guó)標(biāo)GB 11562建立的模型（圖2），一種是根據(jù)SAE標(biāo)準(zhǔn)SAE J941建立的眼橢圓模型（圖3）。經(jīng)過實(shí)踐證明，兩種模型的分析結(jié)果沒有很大的差異，選擇任何一種都是可行的，在本文中，根據(jù)公司一貫的視野分析流程，選擇第一種：歐標(biāo)視野點(diǎn)模型。

圖2　EEC視野點(diǎn)模型

圖3　SAE眼橢圓模型

2.4視野分析主要內(nèi)容

駕駛員視野可分為直接視野和間接視野，直接視野又分為前視野、A柱盲區(qū)視野、儀表盲區(qū)校核、顯示屏光反射等，間接視野分為內(nèi)后視鏡視野和外后視鏡視野等，見圖4。

圖4　駕駛員視野分析內(nèi)容

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，同時(shí)參考本公司設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出對(duì)駕駛員視野的分析方法和基本要求。

3、RAMSIS軟件簡(jiǎn)介

RAMSIS軟件與UG/CATIA等軟件一樣，都可以在設(shè)計(jì)進(jìn)程的初期階段進(jìn)行人機(jī)工程分析。并提供了與所有CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能，能夠完全嵌入到數(shù)字化設(shè)計(jì)進(jìn)程中。但與其它的CAD系統(tǒng)相比，RAMSIS有其自身的特征和優(yōu)勢(shì)。

RAMSIS軟件的主要性能和功能有以下幾個(gè)方面：

1.人體模型創(chuàng)建

2.任務(wù)模擬

3.操作力

4.人體肢體可到達(dá)性分析

5.視野分析

6.運(yùn)動(dòng)模擬仿真

7.人體與幾何體約束關(guān)系

在本文中，主要運(yùn)用其中的第1、第2、第3、第7四個(gè)方面。其中最主要的是人體模型創(chuàng)建和視野分析兩個(gè)方面。

用戶可以運(yùn)用RAMSIS軟件中的國(guó)際數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)根據(jù)身材、比例、胖瘦等來建立人體模型，見圖5。同時(shí)用戶也可根據(jù)個(gè)體參數(shù)定義需要的特殊人體模型，具體見4.4.1節(jié)。

圖5　不同國(guó)籍、年代、年齡的人體模型

4、基于RAMSIS軟件某車型的視野分析

4.1開發(fā)車型簡(jiǎn)介

本文研究的是一款中級(jí)SUV車型，兩廂五座，五門一蓋，車身外形重新設(shè)計(jì)，底盤平臺(tái)借用成熟車型，內(nèi)部關(guān)鍵硬點(diǎn)參考標(biāo)桿車型。外形參數(shù)見表2。

表2　開發(fā)車型參數(shù)

圖6　開發(fā)車型座椅、踏板相對(duì)關(guān)系

整車的硬點(diǎn)位置與標(biāo)桿車型一致。經(jīng)分析，標(biāo)桿車型的座椅參考點(diǎn)處于舒適區(qū)域（圖6），座椅高度H30與踏板、座椅縱向距離滿足公式2.1，因此座椅、方向盤、踏板、地板的相對(duì)位置可與標(biāo)桿車保持一致。視野、空間尺寸的目標(biāo)值定義是不能比標(biāo)桿車差，因此視野相關(guān)部件的布置可參考標(biāo)桿車位置。

4.2視野分析準(zhǔn)備

RAMSIS軟件版本為RAMSIS stand-alone，它與其他CAD軟件相獨(dú)立，需要通過其內(nèi)嵌的IGES轉(zhuǎn)換器來與其他軟件交換數(shù)據(jù)。因此進(jìn)行駕駛員視野分析之前，需要準(zhǔn)備相關(guān)的要素，具體見表3。

表3　駕駛員視野分析所需要素

4.3RAMSIS軟件視野分析流程

本文采用的RAMSIS standalone版本，需要導(dǎo)入視野分析的相關(guān)部件，分析過程見圖7。

圖7　RAMSIS軟件視野分析流程

4.4人體模型的建立

4.4.1人體模型參數(shù)的輸入

圖8　RAMSIS人體模型尺寸標(biāo)注

由于此車型的面向市場(chǎng)主要為中國(guó)市場(chǎng)，同時(shí)考慮北美市場(chǎng)，因此人體模型需建立95%與5%日韓人體模型、95%與5%SAE人體模型，中國(guó)的人體尺寸由于比較老舊而舍棄。人體模型參數(shù)見圖8和表1。

4.4.2 人體模型的建立結(jié)果

圖9　人體模型

4.4.3人體模型姿態(tài)的調(diào)整

打開任務(wù)編輯面板，將人體模型調(diào)整到駕駛狀態(tài)，人體模型H點(diǎn)放置在座椅H點(diǎn)區(qū)域，雙手扶方向盤，右腳踩加速踏板，左腳踩擱腳板，自動(dòng)生成駕駛員當(dāng)前最舒適姿態(tài)。編輯任務(wù)內(nèi)容見表3。

表3　人體模型姿態(tài)調(diào)整任務(wù)內(nèi)容

4.5人體模型的姿態(tài)分析

之后對(duì)人體模型姿態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，包括手掌形狀、模型關(guān)節(jié)點(diǎn)等，把人體模型的姿態(tài)調(diào)整到所需要的最佳狀態(tài)，并對(duì)駕駛員的姿態(tài)舒適性進(jìn)行分析，見圖10（a）～（d）。舒適度要求不大于5，最好小于3.5。

圖10　人體模型駕駛狀態(tài)及舒適性分析

4.6汽車駕駛員的視野分析及結(jié)果評(píng)價(jià)優(yōu)化

4.6.1駕駛員前視野分析

4.6.1.1導(dǎo)入分析所需要的要素：駕駛座椅、前風(fēng)擋玻璃、刮水器、方向盤、踏板、地毯面、地面、交通燈等。如圖11所示。

圖11　視野分析所需要素

4.6.1.2創(chuàng)建人體模型，過程參考4.4。

4.6.1.3調(diào)整人體模型姿態(tài)，過程參考4.5。

4.6.1.4調(diào)整駕駛員視野方向，使駕駛員眼睛平視前方，觀察前方視野。

4.6.1.5對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行分析，要求達(dá)到如下目標(biāo)：

☆ 駕駛員能否看到車前方12m，高5m的交通燈。

☆ 駕駛員能否看到車前方5～8m的地面。

☆ 駕駛員看不到雨刮刮片。

分析結(jié)果見圖12（a）～（d）。

圖12　前視野分析結(jié)果

4.6.1.6分析結(jié)果評(píng)價(jià)及優(yōu)化

在人體模型處于最佳舒適度時(shí)，經(jīng)過分析校核可知：

☆ 尺寸較大的SAE95%的男性人體模型，看不見前方的交通燈；

☆ 尺寸較小的日韓5%女性人體模型，看不見車前方5～8m的地面。

對(duì)以上兩種情況進(jìn)行駕駛員姿態(tài)調(diào)整，發(fā)現(xiàn)：

☆ 尺寸較大的SAE95%的男性人體模型H點(diǎn)降低23mm，前方的交通燈可見，如圖13，此時(shí)人體模型姿態(tài)舒適度為3.9；

☆ 尺寸較小的日韓5%女性人體模型H點(diǎn)抬高40mm，車前方5～8m的地面可見，如圖14，此時(shí)人體模型姿態(tài)舒適度為4.3。

圖13　SAE95%的男性人體模型H點(diǎn)降低23mm

圖14　日韓5%女性人體模型H點(diǎn)抬高40mm

由于舒適度要求小于5，以上兩種情況的舒適度可以接受，并且以上兩種情況只占人群的一小部分，在物理模型、實(shí)車完成后，公司對(duì)其分別進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，此車型前方視野很好，因此建議接受此狀態(tài)，不需要進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。但在以后車型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)吸取此經(jīng)驗(yàn)，將頂棚（遮陽板）、儀表板等的位置進(jìn)行調(diào)整，以滿足所有人群的視野要求。

4.6.2內(nèi)后視鏡視野分析

4.6.2.1參考4.6.1條的4.6.1.1步驟。

4.6.2.2參考4.6.1條的4.6.1.2步驟。

4.6.2.3參考4.6.1條的4.6.1.3步驟。

4.6.2.4點(diǎn)擊Animate→Eye…，選擇內(nèi)后視鏡片，駕駛員頭部隨駕駛員視野調(diào)整，點(diǎn)擊應(yīng)用，使駕駛員眼睛直視內(nèi)后視鏡。

4.6.2.5點(diǎn)擊Analysis→Vision→Mirror…，打開后視鏡視野分析主面板。

選擇內(nèi)后視鏡參數(shù)，調(diào)整內(nèi)后視鏡，創(chuàng)建駕駛員從內(nèi)后視鏡從后風(fēng)窗內(nèi)觀測(cè)到的后方路面的視野路徑，顯示結(jié)果見圖15。

圖15　內(nèi)后視鏡視野分析結(jié)果

4.6.2.6確認(rèn)內(nèi)后視鏡視野是否滿足要求

要求駕駛員能看見眼點(diǎn)后方60 米處至少為20米寬的路面，見圖16。

圖16　內(nèi)后視鏡視野分析結(jié)果

4.6.2.7分析結(jié)果評(píng)價(jià)與優(yōu)化

經(jīng)過分析可知，某車型的內(nèi)后視鏡布置合理，內(nèi)后視鏡視野滿足各種人群的需要。

4.6.3外后視鏡視野

4.6.3.1參考4.6.1條的4.6.1.1步驟。

4.6.3.2參考4.6.1條的4.6.1.2步驟。

4.6.3.3參考4.6.1條的4.6.1.3步驟。

4.6.3.4參考4.6.2條的4.6.2.4步驟。

4.6.3.5參考4.6.2條的4.6.2.5步驟。

左側(cè)外后視鏡視野分析見圖17所示，右側(cè)外后視鏡視野分析見圖18所示。

圖17　左側(cè)外后視鏡視野分析

圖18　右側(cè)外后視鏡視野分析

4.6.3.6確認(rèn)外后視鏡視野是否滿足要求

圖19　外后視鏡視野分析結(jié)果

駕駛員通過左、右兩側(cè)外后視鏡能看見眼點(diǎn)后方4 米處至少為1米寬的路面和眼點(diǎn)后方20 米處至少為4米寬的路面，左側(cè)外后視鏡視野滿足要求，分析結(jié)果見圖19。

4.6.3.7分析結(jié)果評(píng)價(jià)與優(yōu)化

經(jīng)過分析可知，某車型的外后視鏡布置合理，外后視鏡視野滿足各種人群的需要。在某車型的物理模型、實(shí)車出來后，對(duì)其分別進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果同樣滿足要求。

4.6.4組合儀表板視野

4.6.4.1參考4.6.1條的4.6.1.1步驟。

4.6.4.2參考4.6.1條的4.6.1.2步驟。

4.6.4.3參考4.6.1條的4.6.1.3步驟。

4.6.4.4旋轉(zhuǎn)駕駛員頭部調(diào)整駕駛員視野方向，使駕駛員眼睛直視組合儀表視野，觀察組合儀表被方向盤遮擋情況；分析結(jié)果如圖20（a）～（d）所示。

圖20　組合儀表視野分析結(jié)果

4.6.4.5分析結(jié)果評(píng)價(jià)及優(yōu)化

在人體模型處于最佳舒適度時(shí)，經(jīng)過分析校核可知，尺寸較大的SAE95%的男性人體模型，看不見組合儀表上方的指示燈等裝置。為了解決此問題，有三個(gè)解決方法：

☆ 方案一：人體模型H點(diǎn)降低38mm。改動(dòng)后的校核結(jié)果見圖21，駕駛員舒適度降低為4.0，小于5，可以采用。

☆ 方案二：方向盤上移。由于此車型方向盤上移會(huì)影響駕駛員的前方下視野和駕駛員的舒適性，因而不建議采用。

☆ 方案三：組合儀表位置下移。經(jīng)過分析，組合儀表可以下移20mm，改動(dòng)后的校核結(jié)果與方案一一致，可以采用。

圖21　方案一視野分析結(jié)果

在某開發(fā)車型的物理模型、實(shí)車出來之后，公司對(duì)其分別進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示組合儀表不被方向盤遮擋，滿足要求，因此不對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。但在后期車型開發(fā)時(shí)要注意。

5、結(jié)論

RAMSIS能夠創(chuàng)建不同國(guó)家的人體樣本，用戶可以開發(fā)面向國(guó)際市場(chǎng)的汽車，以國(guó)際化目標(biāo)人群為中心開展人機(jī)分析，支持從跑車到卡車的所有車型的分析。除了文中介紹的人體模型建立、人體姿態(tài)分析及駕駛員視野分析，還包含空間分析、頭部包絡(luò)空間研究、可解觸分析、操作力研究、座椅行程分析、操作方便性分析、上下車方便性等各種涵蓋了汽車總布置設(shè)計(jì)中涉及到的分析內(nèi)容，為汽車總布置設(shè)計(jì)提供了極大的便利。

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Analysis of vehicle driver's field of vision based on Ramsis

Wu Lijun
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Abscract: Base on a SUV vehicle, analyse driver's vision and evaluate the analysis outcome by using RAMSIS, modify the inconsequential parts at the initial stages to ensure the driver's vision of this vehicle is on the best condition, impel the item favoringly. Simultaneity, sum up the experience to service next items.

RAMSIS; Package; Vision Analysis

∶U471

∶A

∶1671-7988 (2016)09-116-06

武麗軍（1984—），女，助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事車身總布置。