基于RAMSIS软件的乘用车大尺寸触摸屏布置研究

陆子青，张子良



基于RAMSIS软件的乘用车大尺寸触摸屏布置研究

陆子青，张子良

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）

中控触摸屏布置是乘用车人机工程中的重要部分。传统的人机工程技术标准和开发流程主要是基于简单的CAD建模、局限性的技术标准，全尺寸模型主观评估。这些方法已不能适应新技术、新造型趋势和汽车行业的飞速发展。对此需要引入新的开发技术并通过研究制定优化的技术标准。本课题旨在通过研究市场各主流车型触摸屏布置的当前状况及未来趋势，运用RAMSIS软件分析并统计数据。通过分析总结，得出未来乘用车适应大尺寸触摸屏技术趋势的优化布置方法。本课题将完成对参考车型的主观评价和RAMSIS建模分析，整理分析结论，提出结合传统方式和软件分析的更优化的触摸屏布置方法，提出未来的研究展望。

人机工程；RAMSIS；驾驶舱布置；触摸屏

前言

人机工程是整车开发中的重要技术。随着互联网汽车产品的发展，操作方便性和舒适性越来越多的受到消费者重视，整车厂商也对人机工程相关的车辆研发技术精益求精。

乘用车驾驶舱布置是向客户提供舒适产品的最重要的工作项目。在驾驶舱布置时需要考虑适应不同驾驶员人体的坐姿，确保操作舒适性。当前还面临造型趋势变化，大型中控触摸屏等新技术运用带来的挑战。借助传统的CAD工具和人机工程规范已经不能适应汽车业的高速发展。需要研究新的工程理论和方法。

1 触摸屏布置现状研究

1.1 乘用车大尺寸触摸屏布置现状

大尺寸中央显示屏已成为车辆的信息交互和控制中心。中央屏幕集成了导航、娱乐、通讯、车载功能控制、状态反馈等功能。常用的大屏有10.4寸4:3屏幕(屏幕尺寸294mm* 112mm)和12.3寸和16:9屏幕（屏幕尺寸214mm*284mm），前者适合纵向布置，后者适合横向布置。特斯拉Model S采用尺寸更大的17寸屏，如图1所示。

图1 纵向布置的17寸触摸屏

图2 横向与中控屏联通的大面积液晶虚拟仪表

在项目经验中发现，未来大屏幕的两大主要问题是触摸的可行性和显示屏视野问题。对于横向屏来说，布置难度在于左侧被方向盘遮挡，右侧远离手指触及区；对于纵向屏来说，驾驶中低头查看地图和低头操作触控屏不但驾驶员不舒适，还会存在安全隐患。传统的布置要求屏幕中心点在眼椭圆中心点为眼点的向下30度视线以上，新的纵向大屏幕中心点位置已经打破了这一传统，将主要的显示信息尽量布置在屏幕上半区成为了重要的解决方法。

1.2 触摸屏布置方法现状研究

图3 运用SAE J883人体的乘用车驾驶舱总布置图及尺寸定义

传统的驾驶舱布置以确定坐姿为核心。以SAE的第95百分位人体坐姿的SgRP点作为坐姿参考点(SgRP, seating reference point)，SAE J941规定的眼椭圆、SAE J287规定的驾驶员手接触区都基于SgRP推算，周边其他部件及造型空间限制都可以围绕这套系统来布置，如图3所示。

目前对驾驶员布置的研究更多基于SAE标准的2D假人以及SAE定义的眼椭圆，视野测量方法，手接触区等，这些标准都有很大的局限性，对于一些细节的布置问题无法评估，有些规范已不能适应新的技术趋势和用户操作习惯。为此，需要利用人机工程的软件更精确的模拟不同尺寸的人体进行各种操作时的舒适性。

2 RAMSIS软件使用研究

2.1 RAMSIS软件简介

RAMSIS是“用于乘员仿真的计算机辅助人体数字系统”。RAMSIS是一种数字人体模型，是一种用于乘员仿真和车辆内装人机工程设计的高效CAD工具。该软件为工程师提供了一个详细的CAD人体模型，来模拟仿真驾驶员的行为。它使设计者在产品开发过程的初期，在只有CAD数据的情况下就可以进行大量的人机工程分析，从而避免在以后阶段进行昂贵的修改。利用Ramsis可以克服现存大多数二维人机工程工具，如SAE J826模板等的不足。

图4 通过人体测量建立RAMSIS人体模型

随着人机工程研究的深入和虚拟评审系统的发展，未来的驾驶舱人机布置将会引入更多新技术代替传统的CAD方法。更完善的RAMSIS等人机工程软件可帮助工程师在更短时间内完成可靠的布置验证，结合VR虚拟现实系统的使用能使工程师更方便的评审项目状态。

图5 通过人体测量建立RAMSIS人体模型

2.2 RAMSIS驾驶员人体布置方法

RAMSIS专门开发的坐姿模块特别适用于分析驾驶员舒适性。软件功能并不限于某些常见动作，结合对真人动作的研究，用户可以在现有骨架的基础上对人体编辑，修改尺寸，增加参考点，建立动作约束，实现对各种动作的分析。在驾驶舱布置方面，运用软件可以快速调整姿势和零部件布置，快速对各种方案进行动作舒适性的比对，节约了时间和成本。

RAMSIS人体坐姿的定位方式直接影响到坐姿仿真的结果。需要利用成熟的现有车辆，对比真人主观感受和实车上的动作，研究坐姿定位方法。

图6 RAMSIS人体坐姿约束方式

3 基于RAMSIS的触摸屏布置研究

3.1 现有车型研究与评估

为研究目前的主流驾驶舱布置，本文选取了5辆轿车进行驾驶舱布置方案的研究。从结构来看，主力驾驶舱都配备了中央显示屏，主流仍是横向布置，大部分尺寸在8-10寸之间，大屏都配备触摸功能。屏幕布置参数如图所示。

图7 驾驶舱屏幕布置相关参数

表1 5辆参考车型屏幕相关布置参数测量值

由表1数据可知，屏幕中心的俯视角30°是用户可接受的极限，车5在主观评估中存在视线过低的抱怨。设计标准应高于30°。屏幕中心到眼椭圆中心的距离J的合理范围应当在700mm-850mm之间。

在实车测试中发现，触摸屏超出SAE手指触及区的位置仍然可被用户接受。我们希望未来的触摸屏能代替机械开关操作，节省中控台空间，又希望确保屏幕位于视线舒适造型美观的位置，这就需要考虑到未来车主的适应性，在满足人机的基础上对手指操作区进行适当放大。

当前的技术背景下，最主要的问题就是对触摸屏的最远端操作进行研究。研究除了对比SAE规定的手触及区，还将关注人的具体动作:弯腰的情况、肩部离开靠背的距离、驾驶员对肩部离开靠背进行操作的接受程度

利用RAMSIS在某车型内饰扫描数据的基础上建立不同百分位人体的坐姿，并特别做出手指触摸屏幕远端的动作，如图8所示。

图8 基于某大屏车型进行的第5与95百分位人体触摸屏动作分析

图9、图10对比可见，SAE的触及区非常保守，考虑的是肩部紧贴靠背，伸手动作方便的情况。RAMSIS模拟动作时已经把手指定位到屏幕上，因此人体肩部自然前移较多，手接触区就会更靠前。与实车操作对比可见，RAMSIS的动作更接近实际情况，肩部短时间离开靠背，躯干前倾触及屏幕是用户长期驾驶后被证明可以接受的动作。

图10 第95百分位人体触及某车型触控屏右上角以及SAE触及区的舒适性对比研究

3.2 驾驶舱环境建模

为研究并优化触摸屏布置方法和技术标准，在CATIA中根据研究目标搭建了驾驶舱布置研究模型，如图11、图12所示。触控屏幕采用横向12.3寸16:9与纵向14寸4:3屏幕。摆放SAE假人的目的也是为了之后与RAMSIS人体进行对比，便于研究优化的布置方法与传统方法的区别与优缺点。

图11 CATIA中搭建的横向12.3寸屏布置研究模型

图12 CATIA中搭建的纵向14寸屏布置研究模型

图13 在建模中摆放三种典型尺寸的RAMSIS驾驶员人体

图14 纵向触摸屏最远端手指触摸动作模拟

图15 第5、50、95百分位人体横向双联屏最远端手指触摸动作和驾驶坐姿的对比

图16 第5百分位人体横向双联屏最远端手指触摸动作和驾驶坐姿的肩关节位置对比

4 基于RAMSIS的触摸屏布置方法

4.1 基于RAMSIS的触摸屏布置标准

根据上述研究，把左右两侧肩部的移动量作为评估触摸屏操作舒适性的参考指标。其中左肩移动量小，但受安全带影响；右肩移动量大，造成躯干倾斜，需要注意其舒适性。以触控屏操作最为困难的第5百分位女性人体作为研究对象，由图16可见，操作触控屏右下，右上端时，左肩分别前移85mm和60mm，右肩分别前移70mm和114mm，触控右上角时身体活动最大，安全带对左肩的影响也最大。大面积触控屏操作对左肩的影响可以通过调整安全带在B柱的布置位置及出口结构，改善安全带舒适性等方式来优化。

根据以上研究结果，结合主观评估结论，提出使用RAMSIS进行触控操作评估的方法：使用5、50、95百分位三种典型尺寸人体，先做出双手握方向盘的标准驾驶坐姿，在此基础上锁定H点位置，将手指约束到远端的触控点，做出触控动作。测量触控操作时肩关节点相对于标准驾驶坐姿时肩关节点的移动量。要求左肩移动量不超过90mm（安全带压迫位置），右肩移动量不超过120mm。同时做出RAMSIS手触及区，要求操作必须在此区域内。屏幕中心点到眼椭圆中心点距离范围700-850mm，屏幕中心点到眼椭圆中心的俯视角小于30°。

4.2 结合RAMSIS分析的触摸屏布置方法优化

虽然新方法把产品开发水平提升到了新的高度，但RAMSIS软件也远没有达到完美，作为重要的工程辅助手段，还需要和其他方法结合使用。

RAMSIS软件使用需要紧密结合实车验证，需要对目标市场驾驶员的喜好进行基础研究数据积累。这些数据将用来修正RAMSIS初始得出的动作仿真结果。经研究，由于上半身长度较大，中国驾驶员的坐姿相对于SAE标准位置更低，但相对RAMSIS仿真结果更高，更靠前。驾驶员可接受的手指接触区比RAMSIS分析结果更靠近人体约20mm，比SAE方法远离人体50mm以上，这一特性可用于各类内饰操纵件布置。RAMSIS仿真方向盘倾角舒适性的结果和真人主观评估最为接近。

5 结论

基于RAMSIS的驾驶舱布置对汽车人机工程技术和产品开发有很重要的意义，本文的研究替换了触摸屏传统标准的布置方法。RAMSIS对几乎所有的传统布置方法提供了辅助验证手段，结合实车评估对分析结果的修正以及动作捕捉，3D扫描等技术与RAMSIS的交互，后续将有更多的技术提升空间。新的研发技术也将改变整车开发流程，提高效率，节省成本。

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Study of Large Touch Screen Packaging of Passenger Cars Based on RAMSIS

Lu Ziqing, Zhang Ziliang

（SAIC Motor Technical Center, Shanghai 201804）

The package of touch screen is an important part of passenger car ergonomics. The classic ergonomics standards and engineering process are based on simple CAD models, limited dimension guidelines and seating buck assessment. Those methods cannot meet the requirement of new technologies, new styling concepts and the high growing speed of automotive industry. New technologies of engineering and optimized guide lines are necessary. In this study, the touch screen package in the market will be studied. RAMSIS will be used to analyze the ergonomics and package of operating systems. New optimized methods of touch screen package in the future will be discussed and summarized.Subjective assessment and RAMSIS analysis for the benchmark car will be made. The result will be summarized and an optimized new guide line of touch screen package will be proposed, the study of next step is will be figured out.

ergonomics; RAMSIS; cockpit package; touch screen

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.032

U467

A

1671-7988(2019)10-89-05

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1671-7988(2019)10-89-05

陆子青(1984-)，男，上车体集成经理，工程师，就职于上汽集团股份有限公司技术中心整车集成部，从事上车体总布置工作。