基于RAMSIS與CATIA的商用車駕駛室手伸及界面應用分析

劉楊 盧曦 楊玉

摘 要：為滿足駕駛員對駕駛室人機操縱件易觸及性及舒適性要求，以某商用車的寬體輕客為研究對象，參考傳統的SAE標準，運用CATIA分析二維人體手伸及界面，使用RAMSIS建立符合目標市場的三維人體模型，在滿足三維人體舒適度要求前提下分析RAMSIS的手伸及界面。對比發現，在布置和校核駕駛室人機相關操縱件時，依據SAE標準CATIA計算的手伸及包絡范圍超過RAMSIS，手伸及界面復雜繁瑣，無法體現人體舒適性，而RAMSIS在滿足法規和推薦標準下，充分考慮了人機相關操縱件的舒適性，對駕駛室操縱件的布置和校核具有一定指導意義。

關鍵詞：CATIA；RAMSIS；手伸；界面；人機工程學；寬體輕客

DOI：10.11907/rjdk.172571

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）004-0168-03

Abstract：To meet demand of the accessibility and comfort of driver human-machine interaction in cab， a commercial car with wide body and light passenger is taken as the object of study. Firstly， refering to the traditional SAE standard， we analyzed 2D hand control reach envelopes by CATIA. Secondly， we use RAMSIS to build a 3D body model that meets the target market and on the premise of satisfying the comfort degree of 3D human body and analyze the hand control reach envelopes of RAMSIS. When we place and check cab ergonomics control parts， hand control reach envelopes and envelope range calculated by CATIA on the basis of SAE exceed those of RAMSIS. So RAMSIS is more suitable for ergonomics arrangement of cab controls. By comprehensive analysis， process of hand control reach envelopes of CATIA is complicated and couldnt reflect the comfort of the human body. However， on the basis of taking account of regulations and recommendations， RAMSIS fully considers the comfort of human-machine correlation controls， which has certain guiding significance to the arrangement and check of cab control parts.

Key Words：CATIA； RAMSIS； Hand control； reach envelopes； ergonomics； SAE

0 引言

隨著汽車技術的迅猛發展，人們對行車安全重視程度日益提高，汽車駕駛室內部布置不僅要滿足功能性要求，還要按照人體生物力學進行布置[1]。如今，駕駛室操縱件、儀表板、中控面板、門板上的操控裝置布置，都需要考慮駕駛員是否可以通過舒適的狀態方便觸及和易于操作[2]。因此，在有限空間內對所有操作裝置進行合理布置，良好的手伸及界面起著重要作用[3]。

1 基于SAE的手伸及界面布置分析

汽車駕駛室的內部操控件布置首先要確定駕駛員的操作范圍[4]，一般按照駕駛員的手伸及界面確定，其中有綜合因子G值的影響因素。駕駛員人體尺寸按男/女比例有：90/10、75/25、50/50；根據安全帶固定形式分為三點式安全帶和兩點式安全帶，目前大多數是三點式安全帶[5]；G的取值分為7個區間，具體為：G<-1.25、-1.241.25，綜上所述共有42種情況，根據不同的G值確定數值，在CATIA中把表格所有的點做好，生成線與曲面，即為手伸及界面[6]。

影響駕駛員手伸及界面的因素主要是駕駛室內部設計，可以使用駕駛室尺寸綜合因子G進行說明[3]，影響綜合因子G的因素主要有9項，如表1所示。

某商用車寬體輕客劃分為B級車，確定駕駛員男/女比例為75/25，選用三點式安全帶對駕駛員進行約束，三維數模上的數據測量對綜合因子G值的影響因素測量值如表2所示。

選取G值取值區間為0.25

表3中手伸及界面考慮范圍：駕駛員左側400mm，右側600mm，駕駛員H點以上800mm，駕駛員H點以下100mm。確定定位HR參考面，即用于定位駕駛員手伸及界面的平面，平行于車輛坐標系YZ平面，位于AHP后方[7]，即有：HR=786-99G，G=0.3767，可得HR=748.706 7，即為HR基準面在x方向位置。又L53=712.7，HR=786-99G>L53，則HR基準面位于SGRP處，手伸及界面的坐標系為以SGRP點為中心的坐標系，得到SAE的手伸及界面如圖1所示。

圖1所示的包絡面為三指式手伸及界面。根據駕駛員操作操縱件時的手部姿勢不同，對駕駛員的手伸及界面作如下分類：①三指式手伸及區域如旋鈕類開關；②單指式手伸及區域如點觸及按鈕和推拉式裝置；③滿掌式手伸及區域如方向盤、換擋手柄和駐車制動器手柄等。操控裝置需滿足的手伸及界面不同，手伸及包絡面也不同，即要進行一定量的修正，將三指式包絡面向前平移50mm得到的淡灰色包絡面為單指式手伸及界面，將三指式包絡面向后平移50mm得到的深黑色包絡面為滿掌式手伸及界面[7]。如圖2所示，為SAE的3種不同手伸及界面包絡。

2 基于RAMSIS的手伸及界面布置分析

RAMSIS是專業的汽車人機工程軟件，專門用于汽車人機工程方面的校核。RAMSIS人體庫中包含德國、日韓、美國、墨西哥、法國、中國等多個國家和地區的人體尺寸。本例商用車的寬體輕客劃為B級車，該車將于2019年上市，主要銷往中國。通過RAMSIS選擇中國人體模型，將身高、坐高、腰圍作為關鍵參數，選擇高的等級，人體模型參考年限定義為2019年，年齡段設置為18-60歲，建立95th百分位的中國男性人體模型。

將建立好的95th百分位男性人體模型與該寬體輕客商用車駕駛室內的座椅、方向盤、踏板等一些硬點進行約束，使人體模型以一種最舒適的姿勢坐在座椅上，手握方向盤，腳踩踏板[8]，得到駕駛員舒適度結果如表4所示。

表4中RAMSIS的駕駛員舒適性結果包括人體的總體不舒適度與身體各部位的不舒適度，其數值為0～8分，數值越小，舒適度越高。數值小于4分是極其舒適的結果，數值在4～5分之間為可以接受，數值在5～8分表示對駕駛員有不舒適的影響，需要整改[9]。由表4可知舒適度大部分都在4以下，滿足舒適性要求。

在滿足駕駛員舒適性要求的前提下進行RAMSIS手伸及界面分析，如圖3所示。

RAMSIS中的手伸及界面分為左、右手伸及界面，利用RAMSIS對駕駛室的操控件進行手伸及界面分析時，可以看出駕駛室的主要操縱裝置是否在手伸及界面包絡內，即駕駛員以舒適的姿態能否對駕駛室內的操縱裝置很好地觸及和操作。

3 基于SAE與RAMSIS的手伸及界面對比

SAE中定義的手伸及界面是根據大多數人體手指觸及范圍，通過公式計算的布置因子查表得到包絡面，并根據實際操作裝置進行一定的調整。RAMSIS中，以人體肩關節為轉動中心，手臂長為轉動半徑得到一個接近半球面的手伸及界面[10]，RAMSIS的手伸及界面所形成的包絡面是單獨個體手部觸及能力范圍，可根據實際操作裝置的不同形式生成實際需要的觸及包絡面。圖4為SAE繪制出的手伸及界面和RAMSIS得出的手伸及界面。

RAMSIS手伸及界面表示的是人體左、右手指尖可觸及的范圍，則SAE的手伸及界面分為單指式手伸及界面、三指手伸及界面和滿掌手伸及界面，即選取SAE的單指手伸及界面，與RAMSIS的手伸及界面進行對比分析。可以看出，SAE的單指手伸及界面的覆蓋范圍遠遠超過RAMSIS的手伸及界面，即駕駛室內的操作裝置或按鈕一旦在RAMSIS的手伸及界面內，一定會滿足SAE手伸及界面范圍。對操作裝置進行布置后，應盡量使用RAMSIS的手伸及界面范圍進行設計分析。

4 結語

本文基于某商用車的寬體輕客，將SAE標準的手伸及界面和RAMSIS的手伸及界面進行布置和校核，發現SAE標準手伸及界面工程量大，而RAMSIS則更容易得到任何不同百分位、不同人體的手伸及界面。駕駛室內的操控裝置一旦滿足RAMSIS的手伸及界面要求，必定滿足SAE標準的手伸及界面要求，RAMSIS相比SAE的手伸及界面提供了更嚴格更符合人機邊界和約束的限制，駕駛者能得到更舒適的操作體驗。

參考文獻：

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[2] 溫吾凡.駕駛室內操作鈕件布置合理性的檢驗方法[J].汽車技術，1988（10）：25-28.

[3] 溫吾凡，杜子學.駕駛員手伸及界面與駕駛室尺寸綜合因子G[J].汽車工程，1991（1）：57-64.

[4] 李佳潔.基于人機工程學的汽車車身內部布置方法研究[D].長春：吉林大學，2007.

[5] 楊英，張國忠，馮麗敏.用因子分析法確定工程機械駕駛室尺寸綜合因子G[J].東北大學學報，2000（3）：316-319.

[6] 溫吾凡.人體工程學在汽車設計中的應用[J].汽車工程，1988（1）：15-25.

[7] 任金東.汽車人機工程學[M].北京：北京大學出版社，2010.

[8] 顏伏伍，寧予，田紹鵬，等.基于RAMSIS的微型汽車駕駛員舒適性分析[J].汽車技術，2008（11）：37-40.

[9] 康程鵬，王隆宇.基于RAMSIS的乘用車駕駛員周邊操作件布置[J].汽車實用技術，2017（1）：10-13.

[10] 伍毅.基于RAMSIS的A類乘用車內部人機工程布置設計方法研究[D].重慶：重慶交通大學，2012.

（責任編輯：杜能鋼）