基于Ramsis的汽车驾驶员视野分析

武丽军

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于Ramsis的汽车驾驶员视野分析

武丽军

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

∶文章基于某款车型，运RAMSIS软件对其驾驶员视野进行分析并在分析后对分析结果进行评价，对不满足要求的的地方提出改进意见,在产品设计阶段对其进行修正，保证某款车型的驾驶员视野达到最佳效果，推进项目顺利进行。同时对不足之处进行总结，化作设计经验用于后续开发设计之中。

∶RAMSIS；车身布置；视野分析

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.042

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

引言

人机工程学应用在汽车设计中，具体表现为：驾驶员视野分析、乘员姿态分析、操纵件操纵方便性分析、上下车方便性分析、乘员约束系统舒适性以及碰撞安全性分析等。作为人机工程分析的重要组成部分，汽车视野分析与汽车的安全性有着很大的关系，对汽车的主动安全性能提升有着良好的效果，经过实践证明，好的汽车视野设计能显著减少交通事故的发生频率。因此在汽车发展的过程中，对汽车的视野的重视程度也在不断增加。如今，在汽车项目启动初期，汽车视野的分析已经列入各个汽车厂商的设计要求中，成为一个重要的研究课题。

1、汽车视野法规和标准概述

车企常用的法规标准有SAE International（国际汽车工程师学会）制定的SAE标准，联合国欧洲经济委员会(Economic Commission for Europe简称ECE)制定的ECE汽车标准，以及欧洲经济共同体(European Economic Community，简称EEC)制定的EEC/EC汽车技术指令，再加上美国制定的汽车安全技术法规FMVSS和国际标准组织 (International Organiza -tion for Standardization)制定的ISO标准。下面对以上几种法规标准中与视野分析密切相关的内容进行简单的介绍。

2、乘用车视野分析一般方法

现在各大厂商使用的主流CAD辅助软件基本上是UG、CATIA等软件，乘用车驾驶员视野分析是基于UG/CATIA等软件，建立二维人体模型和视野模点模型，根据相关标准法规进行分析的方法，下面对此分析过程进行说明。

2.1座椅位置布置

座椅是承载驾驶员及乘员的重要支撑，座椅的结构、尺寸等决定乘员的舒适性，因此座椅的布置是总布置模块的重要环节。同时驾驶员座椅的位置设计也关系到驾驶员视野的优劣。其中，座椅参考点（SgRP点）是汽车设计厂家定义的汽车设计的基准点，也是驾驶员视野分析的基石。座椅参考点（SgRP点）与H点一致，H点是H点装置上定义的躯干线与大腿线的交点。因此座椅参考点（SgRP点）的位置可以参照标准SAE J1517中3.1.1条的公式2.1确定，定义公式如下：

其中：Xi：加速踏板中心点与第i百分位座椅参考点（SgRP点）间的X向距离，见图1；

Z：踵点与座椅参考点（SgRP点）间的Z向距离，即座椅高度（H30），见图1。

图1　座椅高度与踏板、座椅纵向距离的相对关系[10]

为了检测方便，座椅参考点（SgRP点）基本上定义为座椅行程中最后最下位置，但随着时代的发展，客户对汽车舒适性、操纵方便性的要求，以及人体尺寸的不断提升，座椅行程的定义需要更加人性化。现在座椅参考点（SgRP点）的定义要求座椅在SgRP点的基础上可以进行上下、前后调节。

2.2人体尺寸概述

人体尺寸和人体模型是需要研究的两个方面。人体尺寸根据区域不同主要有欧美人体尺寸、日韩人体尺寸及中国人体尺寸等。

欧美人体尺寸自1962年统计的人体物理尺寸标准《SAE J833人体物理尺寸》开始一直进行更新，并在2003年5月取消，被《SAE J826 H点机械和设计工具规程和规格》替代，现在欧美尺寸运用SAE J826中的三维H点装置及二维H点模板进行人机工程分析。

日韩尺寸是日韩人群的普查尺寸，在某种程度上可代表亚洲人群的人体物理尺寸。中国在1988年颁布一版人体尺寸标准《GB/T 10000-88 中国成年人人体尺寸》，见表2.1。这对我国人机工程学的研究起到一些推动作用，但我国的人体测量数据没有随着时间的变化和社会的发展得到及时的更新，其中的某些数据已经不适合当今社会人体尺寸的实际情况。根据本文所需，表1列出欧美、日韩、中国的人体尺寸对比情况。

由表1可知，欧美人体尺寸比亚洲人体尺寸整体要大。在车辆设计过程中，考虑到车辆设计的最优化，普遍使用欧美人体尺寸，即使用《SAE J826 H点机械和设计工具规程和规格》中定义的人体模板。

表1　人体物理尺寸对比表

2.3视野点模型建立

视野点模型有两种，一种是根据欧标ECE R125或国标GB 11562建立的模型（图2），一种是根据SAE标准SAE J941建立的眼椭圆模型（图3）。经过实践证明，两种模型的分析结果没有很大的差异，选择任何一种都是可行的，在本文中，根据公司一贯的视野分析流程，选择第一种：欧标视野点模型。

图2　EEC视野点模型

图3　SAE眼椭圆模型

2.4视野分析主要内容

驾驶员视野可分为直接视野和间接视野，直接视野又分为前视野、A柱盲区视野、仪表盲区校核、显示屏光反射等，间接视野分为内后视镜视野和外后视镜视野等，见图4。

图4　驾驶员视野分析内容

根据相关标准法规，同时参考本公司设计经验，总结出对驾驶员视野的分析方法和基本要求。

3、RAMSIS软件简介

RAMSIS软件与UG/CATIA等软件一样，都可以在设计进程的初期阶段进行人机工程分析。并提供了与所有CAD系统数据转换的功能，能够完全嵌入到数字化设计进程中。但与其它的CAD系统相比，RAMSIS有其自身的特征和优势。

RAMSIS软件的主要性能和功能有以下几个方面：

1.人体模型创建

2.任务模拟

3.操作力

4.人体肢体可到达性分析

5.视野分析

6.运动模拟仿真

7.人体与几何体约束关系

在本文中，主要运用其中的第1、第2、第3、第7四个方面。其中最主要的是人体模型创建和视野分析两个方面。

用户可以运用RAMSIS软件中的国际数据库，根据根据身材、比例、胖瘦等来建立人体模型，见图5。同时用户也可根据个体参数定义需要的特殊人体模型，具体见4.4.1节。

图5　不同国籍、年代、年龄的人体模型

4、基于RAMSIS软件某车型的视野分析

4.1开发车型简介

本文研究的是一款中级SUV车型，两厢五座，五门一盖，车身外形重新设计，底盘平台借用成熟车型，内部关键硬点参考标杆车型。外形参数见表2。

表2　开发车型参数

图6　开发车型座椅、踏板相对关系

整车的硬点位置与标杆车型一致。经分析，标杆车型的座椅参考点处于舒适区域（图6），座椅高度H30与踏板、座椅纵向距离满足公式2.1，因此座椅、方向盘、踏板、地板的相对位置可与标杆车保持一致。视野、空间尺寸的目标值定义是不能比标杆车差，因此视野相关部件的布置可参考标杆车位置。

4.2视野分析准备

RAMSIS软件版本为RAMSIS stand-alone，它与其他CAD软件相独立，需要通过其内嵌的IGES转换器来与其他软件交换数据。因此进行驾驶员视野分析之前，需要准备相关的要素，具体见表3。

表3　驾驶员视野分析所需要素

4.3RAMSIS软件视野分析流程

本文采用的RAMSIS standalone版本，需要导入视野分析的相关部件，分析过程见图7。

图7　RAMSIS软件视野分析流程

4.4人体模型的建立

4.4.1人体模型参数的输入

图8　RAMSIS人体模型尺寸标注

由于此车型的面向市场主要为中国市场，同时考虑北美市场，因此人体模型需建立95%与5%日韩人体模型、95%与5%SAE人体模型，中国的人体尺寸由于比较老旧而舍弃。人体模型参数见图8和表1。

4.4.2 人体模型的建立结果

图9　人体模型

4.4.3人体模型姿态的调整

打开任务编辑面板，将人体模型调整到驾驶状态，人体模型H点放置在座椅H点区域，双手扶方向盘，右脚踩加速踏板，左脚踩搁脚板，自动生成驾驶员当前最舒适姿态。编辑任务内容见表3。

表3　人体模型姿态调整任务内容

4.5人体模型的姿态分析

之后对人体模型姿态进行进一步的调整，包括手掌形状、模型关节点等，把人体模型的姿态调整到所需要的最佳状态，并对驾驶员的姿态舒适性进行分析，见图10（a）～（d）。舒适度要求不大于5，最好小于3.5。

图10　人体模型驾驶状态及舒适性分析

4.6汽车驾驶员的视野分析及结果评价优化

4.6.1驾驶员前视野分析

4.6.1.1导入分析所需要的要素：驾驶座椅、前风挡玻璃、刮水器、方向盘、踏板、地毯面、地面、交通灯等。如图11所示。

图11　视野分析所需要素

4.6.1.2创建人体模型，过程参考4.4。

4.6.1.3调整人体模型姿态，过程参考4.5。

4.6.1.4调整驾驶员视野方向，使驾驶员眼睛平视前方，观察前方视野。

4.6.1.5对观察结果进行分析，要求达到如下目标：

☆ 驾驶员能否看到车前方12m，高5m的交通灯。

☆ 驾驶员能否看到车前方5～8m的地面。

☆ 驾驶员看不到雨刮刮片。

分析结果见图12（a）～（d）。

图12　前视野分析结果

4.6.1.6分析结果评价及优化

在人体模型处于最佳舒适度时，经过分析校核可知：

☆ 尺寸较大的SAE95%的男性人体模型，看不见前方的交通灯；

☆ 尺寸较小的日韩5%女性人体模型，看不见车前方5～8m的地面。

对以上两种情况进行驾驶员姿态调整，发现：

☆ 尺寸较大的SAE95%的男性人体模型H点降低23mm，前方的交通灯可见，如图13，此时人体模型姿态舒适度为3.9；

☆ 尺寸较小的日韩5%女性人体模型H点抬高40mm，车前方5～8m的地面可见，如图14，此时人体模型姿态舒适度为4.3。

图13　SAE95%的男性人体模型H点降低23mm

图14　日韩5%女性人体模型H点抬高40mm

由于舒适度要求小于5，以上两种情况的舒适度可以接受，并且以上两种情况只占人群的一小部分，在物理模型、实车完成后，公司对其分别进行了主观评价，评价结果显示，此车型前方视野很好，因此建议接受此状态，不需要进行设计变更。但在以后车型设计时，应吸取此经验，将顶棚（遮阳板）、仪表板等的位置进行调整，以满足所有人群的视野要求。

4.6.2内后视镜视野分析

4.6.2.1参考4.6.1条的4.6.1.1步骤。

4.6.2.2参考4.6.1条的4.6.1.2步骤。

4.6.2.3参考4.6.1条的4.6.1.3步骤。

4.6.2.4点击Animate→Eye…，选择内后视镜片，驾驶员头部随驾驶员视野调整，点击应用，使驾驶员眼睛直视内后视镜。

4.6.2.5点击Analysis→Vision→Mirror…，打开后视镜视野分析主面板。

选择内后视镜参数，调整内后视镜，创建驾驶员从内后视镜从后风窗内观测到的后方路面的视野路径，显示结果见图15。

图15　内后视镜视野分析结果

4.6.2.6确认内后视镜视野是否满足要求

要求驾驶员能看见眼点后方60 米处至少为20米宽的路面，见图16。

图16　内后视镜视野分析结果

4.6.2.7分析结果评价与优化

经过分析可知，某车型的内后视镜布置合理，内后视镜视野满足各种人群的需要。

4.6.3外后视镜视野

4.6.3.1参考4.6.1条的4.6.1.1步骤。

4.6.3.2参考4.6.1条的4.6.1.2步骤。

4.6.3.3参考4.6.1条的4.6.1.3步骤。

4.6.3.4参考4.6.2条的4.6.2.4步骤。

4.6.3.5参考4.6.2条的4.6.2.5步骤。

左侧外后视镜视野分析见图17所示，右侧外后视镜视野分析见图18所示。

图17　左侧外后视镜视野分析

图18　右侧外后视镜视野分析

4.6.3.6确认外后视镜视野是否满足要求

图19　外后视镜视野分析结果

驾驶员通过左、右两侧外后视镜能看见眼点后方4 米处至少为1米宽的路面和眼点后方20 米处至少为4米宽的路面，左侧外后视镜视野满足要求，分析结果见图19。

4.6.3.7分析结果评价与优化

经过分析可知，某车型的外后视镜布置合理，外后视镜视野满足各种人群的需要。在某车型的物理模型、实车出来后，对其分别进行主观评价，评价结果同样满足要求。

4.6.4组合仪表板视野

4.6.4.1参考4.6.1条的4.6.1.1步骤。

4.6.4.2参考4.6.1条的4.6.1.2步骤。

4.6.4.3参考4.6.1条的4.6.1.3步骤。

4.6.4.4旋转驾驶员头部调整驾驶员视野方向，使驾驶员眼睛直视组合仪表视野，观察组合仪表被方向盘遮挡情况；分析结果如图20（a）～（d）所示。

图20　组合仪表视野分析结果

4.6.4.5分析结果评价及优化

在人体模型处于最佳舒适度时，经过分析校核可知，尺寸较大的SAE95%的男性人体模型，看不见组合仪表上方的指示灯等装置。为了解决此问题，有三个解决方法：

☆ 方案一：人体模型H点降低38mm。改动后的校核结果见图21，驾驶员舒适度降低为4.0，小于5，可以采用。

☆ 方案二：方向盘上移。由于此车型方向盘上移会影响驾驶员的前方下视野和驾驶员的舒适性，因而不建议采用。

☆ 方案三：组合仪表位置下移。经过分析，组合仪表可以下移20mm，改动后的校核结果与方案一一致，可以采用。

图21　方案一视野分析结果

在某开发车型的物理模型、实车出来之后，公司对其分别进行了主观评价，评价结果显示组合仪表不被方向盘遮挡，满足要求，因此不对其进行设计变更。但在后期车型开发时要注意。

5、结论

RAMSIS能够创建不同国家的人体样本，用户可以开发面向国际市场的汽车，以国际化目标人群为中心开展人机分析，支持从跑车到卡车的所有车型的分析。除了文中介绍的人体模型建立、人体姿态分析及驾驶员视野分析，还包含空间分析、头部包络空间研究、可解触分析、操作力研究、座椅行程分析、操作方便性分析、上下车方便性等各种涵盖了汽车总布置设计中涉及到的分析内容，为汽车总布置设计提供了极大的便利。

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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

武丽军（1984—），女，助理工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司，从事车身总布置。