基于RAMSIS的轎跑車視野分析

摘要：介紹了汽車視野分析的基本方法，并基于RAMSIS軟件對某轎跑車視野進(jìn)行了分析，分析內(nèi)容主要包括儀表板盲區(qū)校核、A柱盲區(qū)校核、內(nèi)外后視鏡視野校核等，為同類車型的視野分析提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：RAMSIS；視野分析；轎跑車；后視鏡；眼點(diǎn)

中圖分類號：U462.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）04-0028-05

Visual Field Analysis Based on RAMSIS for Sport Sedan

LU Qi，SHU Chu-qi，ZHOU Quan，SHEN Si，CHEN Dan-hua

（Vehicle Engineering College ，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China）

Abstract： Visual field analysis method for vehicles was introduced in this paper.And the visual field analysis of a certain sport sedan was completed .It mainly includes dashboard dead zone checking，a pillar dead zone checking，interior and door mirrors checking and so on. This paper provided reference for visual field analysis of similar vehicle.

Keywords： RAMSIS；visual field analysis ；sport sedan ；back mirror；eyespot

隨著汽車保有量的日益增多，人們對汽車安全性的要求也越來越高。汽車視野性能與汽車的行駛安全性有著很大的關(guān)系，好的汽車視野設(shè)計(jì)能顯著減少交通事故發(fā)生的頻率。近年來，為了滿足消費(fèi)者對舒適性和安全性的需求，國內(nèi)各大汽車制造商在設(shè)計(jì)汽車時(shí)越來越重視人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用，而人機(jī)工程學(xué)的重要組成部分——汽車視野的設(shè)計(jì)則顯得尤為重要。作為目前世界上最先進(jìn)的人機(jī)工程分析軟件，RAMSIS能給汽車設(shè)計(jì)人員提供一整套系統(tǒng)的人機(jī)解決方案，目前已被全球80%以上的轎車制造商所采用。RAMSIS提供的汽車前后視野分析功能，將大大簡化傳統(tǒng)的汽車視野校核方法，也使校核分析更加直觀、科學(xué)。

1 基于RAMSIS軟件的視野分析

1.1 汽車駕駛員視野分析概況

汽車的視野分析主要分為前視野校核和后視野校核：前視野校核內(nèi)容主要包括風(fēng)窗玻璃透明區(qū)校核、A柱盲區(qū)校核、信號燈及路面視野校核、儀表板盲區(qū)校核；后視野校核內(nèi)容主要包括內(nèi)后視鏡視野校核、內(nèi)后視鏡調(diào)節(jié)校核、駕駛員側(cè)外后視鏡視野校核和乘員側(cè)外后視鏡視野校核［2］。

在進(jìn)行汽車視野分析時(shí)，一般都會采用某種人體模型，目前用的最多的是SAE二維人體模型。根據(jù)加速踏板的位置和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定出座椅參考點(diǎn)R點(diǎn)的位置，由R點(diǎn)得出駕駛員眼點(diǎn)的位置，再根據(jù)眼點(diǎn)就可以按照法規(guī)要求進(jìn)行汽車的前后視野分析。國內(nèi)外法規(guī)對于汽車前后視野的校核都有非常明確的規(guī)定，這里主要依據(jù)中國國標(biāo)進(jìn)行校核。

1.2 RAMSIS人體模型姿態(tài)確定

在RAMSIS中按照中國人體尺寸建立人體模型，通過對手腳等身體部位的約束得到不同人體的舒適駕駛姿勢，確定駕駛員眼點(diǎn)位置，進(jìn)而可以對汽車的前后視野進(jìn)行校核。RAMSIS中確定眼點(diǎn)及校核的方法與傳統(tǒng)的方法不同。傳統(tǒng)的視野校核方法是：首先確定地板平面（一般設(shè)計(jì)成水平線），采用SAE95%男性人體模型，以放在加速踏板上的踵點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)參考數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)給出踏板角大致角度和人體各關(guān)節(jié)的夾角，95%男性人體模型的H點(diǎn)位置即為座椅設(shè)計(jì)參考點(diǎn)R點(diǎn)，然后根據(jù)國標(biāo)的規(guī)定由R點(diǎn)確定V點(diǎn)、P點(diǎn)及E點(diǎn)位置，并按照法規(guī)的要求進(jìn)行校核。與傳統(tǒng)校核方法不同的是，RAMSIS軟件能直接提供各種尺寸的三維人體模型，并能根據(jù)駕駛員相關(guān)動作任務(wù)的執(zhí)行自動計(jì)算出最舒適坐姿，這樣可以很方便地確定R點(diǎn)位置。在進(jìn)行前后視野校核時(shí)，RAMSIS也提供了一套方便精確的校核方案，不僅使校核過程大大簡化，也給設(shè)計(jì)人員提供真實(shí)可信的可視化界面，令視野分析簡潔明了。

1.3 視野具體校核方法

1.3.1 前視野校核

GB11562-1994《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》中規(guī)定了汽車前方視野必須滿足的要求如下。

（1）風(fēng)窗玻璃透明區(qū)校核

風(fēng)窗玻璃透明區(qū)至少應(yīng)包括風(fēng)窗玻璃基準(zhǔn)點(diǎn)連線所包圍的面積。這些基準(zhǔn)點(diǎn)是：

a）基準(zhǔn)點(diǎn)a，V1點(diǎn)水平向前偏左17°；

b）基準(zhǔn)點(diǎn)b，V1點(diǎn)向前沿鉛垂面偏上7°；

c）基準(zhǔn)點(diǎn)c，V2點(diǎn)向前沿鉛垂面偏下5°；

d）輔助基準(zhǔn)點(diǎn)a′、b′、c′，與a、b、c點(diǎn)關(guān)于汽車縱向?qū)ΨQ平面對稱。

（2）A柱盲區(qū)校核

汽車不得有兩根以上A柱。按GB11562-1994的規(guī)定進(jìn)行測量，每根A柱雙目障礙角不得超過6°。若兩柱相對汽車縱向鉛垂面是對稱的，則右柱不需要再測量。

（3） 信號燈及路面視野校核

法規(guī)規(guī)定，上視野約束條件要求身材較高的駕駛員能看到位于汽車前方12 m處、高5m的紅綠燈，下視野約束條件要求身材較小的駕駛員能從轉(zhuǎn)向盤上方看到車前方的路，前方垂直視野評價(jià)指標(biāo)見表1。

（4）儀表板盲區(qū)校核

法規(guī)要求駕駛員在舒適駕駛姿態(tài)下，能透過方向盤看到儀表板上顯示的信息，確保沒有重要信息被方向盤遮擋住。

1.3.２ 后視野校核

GB15084-2006《機(jī)動車輛后視鏡的性能和安裝要求》中對汽車后視野要求有明確的規(guī)定，主要校核內(nèi)容如下。

（1）內(nèi)后視鏡調(diào)節(jié)校核

法規(guī)規(guī)定，內(nèi)后視鏡應(yīng)能允許駕駛員在其駕駛位置上調(diào)節(jié)。

（2）內(nèi)后視鏡后視野校核

駕駛員借助內(nèi)后視鏡必須能在水平路面上看見一段寬度至少為20 m的視野區(qū)域，其中心平面為汽車縱向基準(zhǔn)面，并從駕駛員眼點(diǎn)后60 m處延伸至地平線，如圖1所示。

（3） 外后視鏡視野校核

駕駛員借助駕駛員一側(cè)外后視鏡必須能在水平路面上看見一段寬度至少為2.5 m的視野區(qū)域，其右邊與汽車縱向基準(zhǔn)面平行且與汽車左邊最外側(cè)點(diǎn)相切，并從駕駛員眼點(diǎn)后10 m外延伸至地平線。駕駛員借助乘員一側(cè)外后視鏡必須能在水平路面上看見一段寬度至少為4 m的視野區(qū)域，其左邊與汽車縱向基準(zhǔn)面平行且與汽車右邊最外側(cè)點(diǎn)相切，并從駕駛員的眼點(diǎn)向后20 m延伸至地平線，后視鏡視野校核見圖2。

2 某轎跑車視野分析實(shí)例

2.1 駕駛員舒適姿態(tài)的確定

2.1.1 建立人體模型

RAMSIS軟件不僅包含中國的人體模型數(shù)據(jù)，也允許用戶根據(jù)需要自行定義人體模型的尺寸。校核中采用3種人體模型，分別是95%中國男性人體、50%中國男性人體和5%中國女性人體。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 10000-88《中國成年人人體尺寸》按照人機(jī)工程學(xué)的要求提供了我國成年人人體尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在RAMSIS的BodyBuilder模塊中編輯3種人體的身高、坐高和腰圍等主要尺寸，得到相應(yīng)的人體模型，圖3為3種中國人體模型的建立。

2.1.2 放置人體模型

RAMSIS中人體模型的放置是通過執(zhí)行用戶定義的約束任務(wù)來實(shí)現(xiàn)的，在放置模型的時(shí)候，給定如下約束任務(wù)：

（1）左腳踵點(diǎn)和地毯平面；

（2）右腳踵點(diǎn)和地毯平面；

（3）人體H-point與H點(diǎn)位置線；

（4）左右手皮膚點(diǎn)和方向盤；

（5）左右手輕握姿態(tài)；

（6）鎖住骨盆左右方向轉(zhuǎn)動。

RAMSIS根據(jù)以上約束任務(wù)自動計(jì)算出一個(gè)駕駛員最舒適坐姿，圖4為50%男性駕駛員的駕駛姿態(tài)。對其坐姿舒適性進(jìn)行分析，得出不舒適度值為3.2。RAMSIS中規(guī)定了不舒適度值小于2.5時(shí)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是不舒服甚至對人體有害的，數(shù)值3.2說明這是一個(gè)非常理想的駕駛姿態(tài)。當(dāng)駕駛員以舒適姿態(tài)駕駛時(shí)，就可以對轎跑車的前后視野進(jìn)行校核分析了。

2.2 前視野校核

2.2.1 風(fēng)窗玻璃透明區(qū)校核

依照法規(guī)，根據(jù)座椅設(shè)計(jì)參考點(diǎn)R確定V1和V2點(diǎn)，分別從V1和V2點(diǎn)引線與風(fēng)窗玻璃面相交，將3個(gè)交點(diǎn)沿汽車縱向平面對稱得到另外3個(gè)點(diǎn)，這6個(gè)點(diǎn)即為風(fēng)窗玻璃基準(zhǔn)點(diǎn)。

圖5為風(fēng)窗玻璃透明區(qū)校核圖，將6個(gè)風(fēng)窗玻璃基準(zhǔn)點(diǎn)連接起來，得到一個(gè)6邊形區(qū)域。可以看出，該區(qū)域完全包含在風(fēng)窗玻璃透明區(qū)內(nèi)且位置正好合適，說明風(fēng)窗玻璃透明區(qū)設(shè)計(jì)滿足法規(guī)要求。

2.2.2 A柱盲區(qū)校核

依據(jù)法規(guī)要求，先根據(jù)R點(diǎn)分別作出E1、E2、P1和Pm點(diǎn)的位置，從Pm點(diǎn)向前作與水平面向上成2°的平面，過此平面與A柱相交的最前點(diǎn)作水平截面S1；從Pm點(diǎn)向前作與水平面向下成5°的平面，過此平面與A柱相交的最前點(diǎn)作水平截面S2，將S1和S2截面投影在P點(diǎn)所在的水平面內(nèi)，雙目障礙角在該平面內(nèi)測量。E1和E2的連接線繞P1旋轉(zhuǎn)，使E1至左A柱的S2截面外側(cè)的切線與E1 E2連線成直角；從E1向左A柱的S2截面外側(cè)作切線和從E2向A柱的S1截面內(nèi)側(cè)作切線；從E2點(diǎn)作前一切線的平行線，與后一切線所成的平面視野角度即為駕駛員側(cè)的A柱雙目障礙角。A柱雙目障礙角校核見圖6。

從圖6可以看出，測量得A柱雙目障礙角為2.671°，滿足A柱雙目障礙角小于6°的要求。由于該車兩A柱相對汽車縱向鉛垂面是對稱的，故右柱不需要再進(jìn)行測量。

2.2.3 信號燈及路面視野校核

在汽車縱向平面內(nèi)，作出位于汽車前方12 m處的高5 m的紅綠燈，分別作出前方4 m、5 m、6 m處的標(biāo)桿，95%男性駕駛員前視野校核圖見圖7。

從圖7可以看出，95%男性駕駛員能清楚地看見前方的信號燈和眼點(diǎn)前5 m以外的路面，非常好地滿足了前方視野要求。同理校核5%女性駕駛員也滿足法規(guī)要求。

2.2.4 儀表板盲區(qū)校核

分別選取5%女性駕駛員、50%男性駕駛員和95%男性駕駛員做分析，在各自的舒適坐姿下，將視點(diǎn)約束到儀表板中央，RAMSIS可以方便快捷地得出駕駛員儀表板視野，50%男性駕駛員的儀表板盲區(qū)校核圖見圖8。

從圖8可以看出，50%男性駕駛員能在舒適駕駛時(shí)清楚地看到儀表盤顯示信息，同理校核得出用5%女性駕駛員和95%男性駕駛員進(jìn)行校核時(shí)也符合設(shè)計(jì)要求。

2.3 后視野校核［3］

2.3.1 內(nèi)后視鏡調(diào)節(jié)校核

法規(guī)規(guī)定了駕駛員在駕駛位置上自由調(diào)節(jié)內(nèi)后視鏡的角度位置，這就要求駕駛員不僅能用右手接觸內(nèi)后視鏡，而且整個(gè)過程應(yīng)該是在相對舒適的姿態(tài)下進(jìn)行（圖9為5%女性駕駛員調(diào)節(jié)內(nèi)后視鏡圖）。同理可分析得出50%、95%男性駕駛員也能在比較舒適的坐姿下調(diào)節(jié)內(nèi)后視鏡。

2.3.2 內(nèi)后視鏡后視野校核

根據(jù)國標(biāo)，在駕駛員眼點(diǎn)后60 m處按規(guī)定作3個(gè)點(diǎn)，并將它們連接成一個(gè)三角形區(qū)域，讓95%男性駕駛員以舒適姿態(tài)坐于車內(nèi)。利用RAMSIS的后視野分析工具，選定內(nèi)后視鏡轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)，選取內(nèi)后視鏡的鏡面平面，可以自動生成一個(gè)從駕駛員眼點(diǎn)出發(fā)到內(nèi)后視鏡鏡面邊緣的成像包絡(luò)面，調(diào)節(jié)內(nèi)后視鏡角度，直到該包絡(luò)面包含黃色三角形區(qū)域，將此狀態(tài)設(shè)置為內(nèi)后視鏡工作位置，并截取駕駛員眼點(diǎn)后60 m處的成像包絡(luò)面。圖10為95%男性駕駛員內(nèi)后視野校核圖。

可以看到駕駛員眼點(diǎn)后60 m處，成像包絡(luò)面的截面線把三角形區(qū)域完全包括在內(nèi)，說明內(nèi)后視野滿足設(shè)計(jì)要求。同理校核5%女性駕駛員內(nèi)后視野也滿足法規(guī)要求。

2.3.3 外后視鏡視野校核

先對駕駛員一側(cè)外后視鏡視野進(jìn)行校核，依照國標(biāo)在駕駛員眼點(diǎn)后10 m處作3個(gè)點(diǎn)并連接成一個(gè)三角形區(qū)域。采用95%男性駕駛員，在駕駛舒適姿態(tài)下選定左外后視鏡轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)，選取左外后視鏡的鏡面輪廓面，調(diào)節(jié)左外后視鏡角度，直到該包絡(luò)面包含三角形區(qū)域。將此狀態(tài)設(shè)置為左外后視鏡工作位置，截取駕駛員眼點(diǎn)后10 m處包絡(luò)面。用同樣的方法進(jìn)行右后視鏡視野校核，不同的是在駕駛員眼點(diǎn)后20 m處平面內(nèi)建立3個(gè)點(diǎn)，并在此平面內(nèi)截取成像包絡(luò)面。95%男性駕駛員左右外后視野校核圖見圖11。

上圖顯示三角形區(qū)域完全包含在包絡(luò)線之內(nèi)，說明駕駛員一側(cè)外后視野滿足設(shè)計(jì)要求。同理校核5%女性駕駛員側(cè)后視野也滿足法規(guī)要求。

3 結(jié)論

以某轎跑車為例，基于RAMSIS軟件對其進(jìn)行了視野分析，結(jié)果顯示該車的視野設(shè)計(jì)完全符合法規(guī)要求。RAMSIS的功能非常廣泛，除了視野校核外，它還能進(jìn)行駕駛員伸及性分析、舒適性分析和內(nèi)部空間大小分析等。國內(nèi)雖然也越來越重視人機(jī)工程學(xué)領(lǐng)域的研究，但是對其重視程度顯然還不夠，為了縮短與世界先進(jìn)水平在汽車人機(jī)工程領(lǐng)域的差距，引進(jìn)和推廣國外優(yōu)秀的設(shè)計(jì)工具非常必要。另外，還有一些其他問題需要解決，如現(xiàn)在仍在使用的中國成年人人體尺寸數(shù)據(jù)庫是上世紀(jì)80年代建立的，已經(jīng)不能真實(shí)反映現(xiàn)在中國成年人的實(shí)際尺寸。汽車人機(jī)工程方面的法規(guī)比較陳舊，應(yīng)該適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行更新和修改，才能滿足我國汽車行業(yè)日益發(fā)展的需要。

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