基于RAMSIS仿真的換檔操作舒適性設(shè)計(jì)

王甫瑞 趙麗芬 劉輝

摘 要：目前換檔大多數(shù)利用相對(duì)R點(diǎn)的推薦區(qū)域進(jìn)行布置，此方法難以體現(xiàn)車型差異帶來的方向盤、三踏板等不同位置對(duì)舒適區(qū)域的影響。本文針對(duì)具體車型，利用RAMSIS軟件，選用中國人體，首先對(duì)某車型 MT換檔操作舒適性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該車型存在換檔操作略微不舒適的問題;通過對(duì)布置位置的調(diào)整及各位置換檔操作舒適性分析，得到基于方向盤及三踏板位置的舒適位置，進(jìn)而給出了該車型MT換檔球頭的推薦改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：姿勢舒適性 RAMSIS 人機(jī)工程 換檔舒適性

1 引言

換檔是駕駛過程中頻繁操作的動(dòng)作，換檔操作的舒適度直接影響駕駛員的操作感受，是人機(jī)布置中重要考慮對(duì)象。目前主流的布置方法是根據(jù)相對(duì)R點(diǎn)推薦區(qū)域進(jìn)行布置，此方法簡單易行，但難以體現(xiàn)不同車型方向盤、三踏板等不同位置對(duì)舒適區(qū)域的影響。

RAMSIS是一種乘員仿真的軟件，可以實(shí)現(xiàn)在數(shù)模中模擬真人駕駛姿勢，并對(duì)各種操作姿勢進(jìn)行舒適性分析評(píng)價(jià)。本文針對(duì)某車型MT車型，利用RAMSIS軟件對(duì)其換檔操作舒適性進(jìn)行分析，并對(duì)布置位置進(jìn)行調(diào)整，得到基于方向盤及三踏板位置的舒適位置，進(jìn)而給出了該車型MT換檔球頭的推薦改進(jìn)方案。

2 某車型MT換檔操作舒適性分析

人們駕駛習(xí)慣通常是上車以后根據(jù)方向盤及踏板位置，調(diào)節(jié)座椅找到舒適駕駛位置，駕駛過程中一般不會(huì)再次調(diào)節(jié)座椅位置，本文中將此駕駛姿態(tài)稱為初始駕駛姿態(tài)，換檔各動(dòng)作在此姿勢基礎(chǔ)上通過軀干及手臂的活動(dòng)完成。因此本分析步驟為：

（1）選取不同身高的一組人體;

（2）根據(jù)方向盤、加速踏板等環(huán)境件位置，建立約束條件，確定各人體初始駕駛姿態(tài)對(duì)應(yīng)的位置;

（3）將人體固定在初始駕駛姿態(tài)位置上，變化約束條件，得到各檔位的換檔姿勢;

（4）對(duì)各姿勢進(jìn)行操作舒適性評(píng)價(jià)。

2.1 人體模型選擇

該車型主要面對(duì)中國市場，本文選取中國95%男性、50%男性和5%女性，腰圍中等，坐高中等，年齡段18-60，根據(jù)車型上市后的使用時(shí)間選擇參考年度為2017年。

2.2 初始駕駛姿態(tài)H點(diǎn)確定

在RAMSIS分析中，設(shè)置的重要部分就是將人體與周圍環(huán)境模型建立約束關(guān)系，但若加過多的約束會(huì)增加計(jì)算的難度，甚至?xí)谷梭w模型的姿態(tài)失真，因此在本車型的駕駛員姿勢舒適性分析中，應(yīng)根據(jù)姿勢需要盡可能少的選取約束關(guān)系。初始駕駛姿態(tài)約束設(shè)置具體如下：

（1）人體H點(diǎn)約束在座椅行程框圍成的平面內(nèi);

（2）左腳踵點(diǎn)與地毯壓縮平面約束;

（3）左腳踏點(diǎn)與擱腳板平面約束;

（4）右腳踵點(diǎn)與地毯壓縮平面約束;

（5）右腳踏點(diǎn)與踏板約束：此車型的仿真分析中，95%男性、50%男性選取踏板中心點(diǎn)，由于女性腳長較小，踏點(diǎn)和踵點(diǎn)距離小于踏板中心線點(diǎn)到地毯面的距離，選取踏板縱向中心線與右腳踏點(diǎn)約束。

（6）左右手與方向盤約束;

（7）雙手輕抓握姿態(tài)。

2.3 換檔姿勢選擇及約束條件變換

MT一般有6個(gè)檔位，但舒適性分析一般選取行程的極限位置的換擋姿勢，本文選取5檔（最前）、空檔（中間）和2檔（最后）3個(gè)位置。相應(yīng)約束條件變化為：

（1）人體H點(diǎn)約束在通過方向盤、加速踏板確定的初始駕駛姿態(tài)的H點(diǎn)上;

（2）左右手皮膚點(diǎn)的約束。

左手仍與方向盤約束。右手皮膚點(diǎn)約束對(duì)象分別選取5檔（最前）換檔手柄中心點(diǎn)、空檔（中間）換檔球頭中心點(diǎn)和2檔（最后）換檔手柄中心點(diǎn)。

2.4 換檔操作舒適性分析結(jié)果

操作舒適性通過不舒適度數(shù)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中不舒適度包括總體不舒適度以及頸部、肩部、背部、腹部、左右腿、左右臂等8個(gè)關(guān)節(jié)部位不舒適度。結(jié)果的呈現(xiàn)采用數(shù)值形式，條數(shù)值越大，舒適度越差，反之越好。一般來講，不舒適度分析數(shù)值小于2.5是非常理想的結(jié)果，2.5～5.5之間認(rèn)為是可以接受的，高于5.5則是明顯不舒適甚至對(duì)人體有害的[4]。三個(gè)檔位總體不舒適度值>4可認(rèn)為存在略微不舒適。

某車型MT分析結(jié)果表明，目前布置方案50%中國人體在5檔和2檔得分均>4.5分。95%、50%、5%人體各檔位總體不舒適度值均值分別為3.93、4.63、4.03，說明此布置方案存在略微不舒適。

3 換檔布置位置調(diào)整及推薦方案選擇

某車型MT球頭現(xiàn)方案布置在競品中已處于較高位置，因此本次換擋位置調(diào)整方向?yàn)閆向向下調(diào)整，調(diào)節(jié)量分別取沿Z軸-30mm、-60mm、-90mm，其各檔位總體不舒適均值如下圖2所示，圖中結(jié)果顯示，在目前方案及Z向-90mm區(qū)間內(nèi)，總體不舒適度均值變化為V型趨勢，Z向調(diào)整-60mm在四個(gè)位置中最小，為推薦改進(jìn)方案，具體布置時(shí)須根據(jù)環(huán)境件適當(dāng)在Z向-30mm及-60mm調(diào)整。

4 結(jié)語

鑒于現(xiàn)有換檔布置方法的不足及RAMSIS軟件舒適性評(píng)價(jià)的優(yōu)勢，對(duì)某車型 MT換檔操作舒適性進(jìn)行了分析，并基于分析結(jié)果給出了推薦方案，此方法對(duì)其他車型開發(fā)中換擋舒適位置的布置，同時(shí)具有較大的借鑒意義。

貴州省科技廳聯(lián)合基金項(xiàng)目。項(xiàng)目編號(hào)：黔科合LH字[2017]7322號(hào)。

參考文獻(xiàn)：

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[4]朱煒昱，陳昌明，沈浩.RAMSIS在汽車人機(jī)工程學(xué)中的應(yīng)用[J].中國科技信息，2007，08.