SAE眼橢圓和RAMSIS眼點在儀表板盲區校核上的比較

杜子學，伍 毅

Du Zixue，Wu Yi

（重慶交通大學機電與汽車工程學院，重慶 400074）

0 前言

駕駛員視野設計在汽車行駛過程中是影響汽車主動安全的一個主要因素[1]。儀表板是汽車行駛狀態等相關信息匯總顯示的區域，駕駛員在駕駛過程中，要知道汽車行駛過程中的工作狀態信息，就得經常留意儀表板上顯示的各種信息。而視線在通過轉向盤觀察儀表板的過程中，會受到轉向盤的部分阻礙，例如轉向盤的輪緣、輪輻和輪轂等部分，從而會在儀表板上產生視線看不到的區域，叫作儀表板盲區。若是儀表板所要顯示的信息恰好在盲區的覆蓋區域范圍中，則會影響駕駛員對汽車行駛狀態信息的掌握，從而降低汽車行駛的安全性，為了保證操作的準確性和降低駕駛員的疲勞程度，儀表板的顯示布置區域應該在駕駛員盡量可能少的頭部和眼睛運動范圍內，能看清儀表板顯示的所有信息，所以，對于儀表板盲區的校核問題應當給予足夠的重視。

1 SAE眼橢圓

汽車駕駛員眼橢圓的概念是美國汽車工程師協會（SAE）車身工程委員會人體模型分會研究提出的，他們通過對美國各州及少數歐洲、亞洲和其他國家的2 300多名男、女駕駛員進行試驗測定和統計分析后，得出了汽車駕駛員眼睛位置在縱向垂直面和水平面上的分布范圍都呈橢圓形的結論。SAE眼橢圓有九十百分位、九十五百分位和九十九百分位3種模型，分別表示相對應百分位人體模型的眼橢圓分布規律。眼橢圓測定方法是讓不同身材的駕駛員按自己的意愿將座椅調整到適宜位置，并以正常的駕駛坐姿入座后，得到的他們眼睛位置在車內坐標系中的統計分布圖形，這個圖形呈橢圓形狀，因此被稱為眼橢圓。眼橢圓的確立為汽車視野設計提供了視點基準。

2 SAE眼橢圓在儀表板盲區校核上的應用[2]

首先在RAMSIS中，按照現有的布置設計方案建立車身內部模型，選取中國地區的九十五百分位男性人體模型，年齡范圍是20～60歲，以RAMSIS推薦的汽車駕駛姿勢擺放，此時男性人體模型的H點即為座椅的設計參考點——R點。如圖1所示。

為求得九十五百分位的眼橢圓模型，列出各相關的硬點尺寸，如表1。

表1 與G因子相關的各硬點尺寸值

與眼橢圓相關的尺寸標注見圖2。

由眼橢圓計算公式可得到眼橢圓中點的坐標值[3]。

X c=L 1+664+0.587*L 6-0.176*H 30-12.5*t=899.626 8 Y=W 20=0

Z c=H 8+638+H 30=891.8

由座椅的調節行程查表后可得到相應的九十五百分位的眼橢圓的尺寸，如表2所示。

表2 眼橢圓尺寸

在RAMSIS中建立九十五百分位的眼橢圓模型，如圖3所示。

為了觀察方便，把儀表板平面、轉向盤和眼橢圓抽離出來進行儀表板盲區校核。如圖4所示。

2.1 轉向盤輪緣盲區

分別過左、右眼橢圓中心點作與轉向盤輪緣上外邊緣和下內邊緣的一系列切線，其切線與儀表板工作平面相交得到一系列的交點，將其交點依次連接所圍成的區域即為轉向盤輪緣的盲區，而只過左眼橢圓中心點或只過右橢圓中心點而得到的盲區叫做單眼盲區，左單眼盲區和右單眼盲區的公共部分叫特征盲區。如圖5所示。

過左、右眼橢圓中心點連線得到的中點作一射線通過轉向盤輪緣上部的中心點，與儀表板工作平面相交得到一交點，這個點是在特征盲區中最不容易被觀察到的點，叫做最嚴重障礙點（C點）。以左、右眼橢圓中心點連線得到的中點作與左、右眼橢圓同樣尺寸的中央眼橢圓，過轉向盤輪緣上部的中心點作與中央眼橢圓的一系列切線，其切線與儀表板工作平面相交得到一系列的交點，而交點圍成的橢圓就是C點的運動軌跡。如圖6所示。

將C點固定在特征盲區上，移動C點時特征盲區隨之一起移動，讓C點沿著C點的運動軌跡移動一周，此時特征盲區在儀表板工作平面上所掃過的區域就是雙眼總盲區。如圖7所示。

2.2 轉向盤輪轂和輪輻的盲區

過轉向盤輪轂的中心點分別作左、右眼橢圓最下端的切線，將得到的2個切點分別作為左、右眼點。分別過這2個眼點作轉向盤輪轂上部和輪輻上部的一系列切線，其切線與儀表板工作平面相交得到一系列交點，交點連線下方的區域就是兩眼點的盲區。而兩眼點盲區的公共部分即為轉向盤輪轂和輪輻的總盲區。如圖8所示。

2.3 總盲區

把上述的雙眼總盲區和轉向盤輪轂和輪輻的總盲區合并在一起即得到九十五百分位眼橢圓下的儀表板總盲區，總盲區中間部分即為可視范圍，即儀表板顯示信息的布置區域。如圖9所示。

由圖5可知，儀表板的盲區把儀表板顯示部位的上半部分給遮擋了，而儀表板顯示部位的下部和盲區之間仍有可視部分沒有被利用上，所以這種設計是不合理的，可以通過改變轉向盤的高度和角度來調節儀表板的可視部分，也可通過調節儀表板的位置使其顯示部分處在不被盲區所遮擋的位置。

3 RAMSIS眼點在儀表板盲區校核上的應用

RAMSIS是在國際上應用廣泛的人機工程軟件，主要用來模擬仿真人體模型的動作行為，并對其進行人機工程分析。主要應用在汽車人機工程設計領域，在已有的初步設計模型基礎上，通過對駕駛員行為的模擬仿真，對其進行人機工程分析后，能得知現有的設計是否滿足人機工程的要求，以便在設計前期能及時對設計方案進行調整和改進，從而避免了設計后期發現不適才進行修改而帶來的種種麻煩，這有利于節省設計的時間和成本[4]。RAMSIS中有8個國家的人體測量數據庫，其中包括中國的人體測量數據庫，中國人的身高分布比例和身體各部分的比例，與同是亞洲的韓國與日本有一定的差距，與歐美更是不同，相對于針對中國人的設計來說，這點比眼橢圓更有優勢。RAMSIS眼點則是在相應百分位下人體模型中眼睛的確定點，該眼點在RAMSIS中能直接用于視野校核。

RAMSIS視野分析模塊能夠自動計算得到當前人體模型眼點的位置，并對其進行視野分析，從人體模型的眼點出發，用同心圓和同心圓錐表示視野范圍，形象直觀，并且同心圓錐的頂點就是人體模型的眼點，而其頂角是通過研究一系列的實驗數據得到的[5]。在RAMSIS視野分析模塊中，還有后視鏡仿真模擬功能，在對后視鏡的形狀大小設定后，能自動計算得到經后視鏡放射的視野范圍。而在儀表板盲區校核上，要應用到視野限制功能，在選定人體模型的眼點后，把轉向盤作為視野障礙物，儀表板顯示面作為投影面，RAMSIS則會自動計算在投影上得到的盲區范圍，每個眼點對應一個盲區。

首先在RAMSIS中創建九十五百分位的男性人體模型，選擇地區為中國，年齡范圍為20～60歲，中等身材。按照現有的設計對人體模型進行正確的擺放，同時保證人體模型的H點和設計H點相重合，以便對儀表板盲區校核的結果與相應的眼橢圓得到的結果進行比較分析。

分別對人體模型的左、中、右眼點進行儀表板盲區校核，選擇轉向盤為障礙物，儀表板平面為投影目標，如圖10所示。

刪去視野軌跡后，在儀表板平面上留下轉向盤在儀表板平面的投影，即可認為是九十五百分位男性的儀表板盲區，如圖11所示。

同理可對五百分位的女性人體模型進行儀表板盲區的校核，如圖12所示。

將九十五百分位男性人體模型的儀表板盲區和五百分位女性人體模型的儀表板盲區合并在一起，即可得到在RAMSIS下的儀表板總盲區，如圖13所示。

由圖可知，儀表板的盲區把儀表板顯示部位的上半部分給遮擋了，而儀表板顯示部位的下部和盲區之間幾乎是緊貼著的。儀表板的可視范圍非常小，儀表板所顯示的數據并不能全部被駕駛員所觀察到，所以這種設計是不合理的。得到結論和在眼橢圓下儀表板盲區校核得到的結果基本一致，解決方法是可以通過改變轉向盤的高度和角度來調節儀表板的可視部分，也可通過調節儀表板的位置使其顯示部分處在不被盲區所遮擋的位置。

4 對SAE眼橢圓和RAMSIS眼點在儀表板盲區校核上的比較分析

把由眼橢圓得到的儀表板總盲區和由RAMSIS得到的儀表板總盲區合并在一起進行比較分析，如圖14所示。

通過圖14可以看到，從轉向盤輪緣盲區上來比較，由眼橢圓得到的儀表板可視范圍比RMASIS得到的轉向盤輪緣盲區范圍略微狹窄，而從轉向盤輪轂和輪輻盲區上來比較，依舊是眼橢圓得到的轉向盤輪轂和輪輻盲區范圍比由RMASIS得到的轉向盤輪轂和輪輻盲區范圍略微狹窄，換句話說，即是RAMSIS在儀表板盲區的校核要求上要比眼橢圓的略高。

5 結束語

SAE眼橢圓是從統計學角度描述駕駛員的眼點位置的，而RAMSIS眼點則從個體優化的角度描述眼點[6]。對于儀表板盲區校核來說，將眼橢圓和RAMSIS兩者相結合共同進行設計，能得到更為良好的效果。

［1］毛恩榮，張紅，宋正河.車輛人機工程學［M］.北京：北京理工大學出版社，2007.

［2］黃金陵.汽車車身設計［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［3］SAE J1050-JAN2003-Describing and Measuring the Driver's Field of View.

［4］趙尚義.RAMSIS軟件在汽車人機工程設計中的應用［J］.Equipment Manufactring Technology，2008，（7）:64-66.

［5］基于RAMSIS的轎車內部人機工程布置與分析［D］.吉林：吉林大學，2007.

［6］周昊.Ramsis眼點在汽車設計中的應用［J］.汽車技術，2004，（9）：8-11.