基于RAMSIS与柔性台架对驻车制动器区域的研究

（比亚迪汽车工业有限公司 518118）

0 引言

驻车制动器，用于平地斜坡停车时制动，防止车辆在无人状态下自动滑行，避让发生交通事故。在当代经济型车型中，驻车制动器较为常见，且行车过程中使用频繁，其布置合理性直接影响了乘员的操作舒适与安全。为提高驻车制动器人机舒适性，减少驾驶员疲劳程度，现通过RAMSIS 软件与柔性台架基于某车型的人体坐姿及相关参数对驻车制动器舒适区域进行研究验证[1]。

RAMSIS 是国际上广泛应用的人机工程软件，主要应用在汽车人机工程设计领域。在已有的初步设计人体坐姿基础上，对乘坐人员行为进行约束，通过调节驻车制动器的布置位置进行对比分析再调整[2]，研究并验证出驻车制动器推荐舒适区域及可接受舒适区域。

柔性台架以人机验证台架结构为基础设计，该台架具有可调节性，在进行驻车制动器舒适区域验证时可进行微调，从而优化校准该舒适区域。该台架适用于不同平台车型，减小资源浪费且降低设计成本。

1 RAMSIS 及柔性台架简介

1.1 RAMSIS 及柔性台架优势

RAMSIS 是一种用于乘员仿真和汽车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设计。RAMSIS 的主要特征和强项是其自动姿态计算。用户可以载入一个车辆的CAD 模型，创建RAMSIS 人体模型并且通过文本格式来定义一些让人体模型来执行的任务。利用真人在大量实车驾驶和操作的试验数据基础上，RAMSIS 姿态计算流程可以自动计算出人体模型的真实姿态。

柔性台架是一种用于整车开发过程中模拟实车状态进行人机相关体验的工具，基本功能包括乘员舱舒适空间（人体坐姿、脚部头部空间以及车内Y 向空间）、上下车方便性（前后侧门上下车方便性、二级踏板等）、整车视野（前后视野、侧视野以及后视镜视野等）及操纵件（转向盘、三级踏板、换挡杆、驻车制动器、座椅以及内后视镜）的操作舒适性，广泛适用于轿车、SUV 以及MPV 等车型。

1.2 RAMSIS 人体模型建立及柔性台架人体取样

选取95%男性、50%男性和5%女性人体尺寸用来分析验证换挡布置的舒适性（图1），从而确定驻车制动器推荐舒适区域及可接受舒适区域。人体身材比例与尺寸，如表1 所示。

1.3 RAMSIS 与柔性台架舒适性评价方法

图1 人体尺寸代码

表1 人体身材比例与尺寸

RAMSIS 给出了整个人体模型和肩、颈、左右手和左右腿等人体部位的舒适性评价。在RAMSIS 舒适性评价中，不舒适指数是唯一的评价标准。不舒适感觉的范围从0 ～8，0 代表为无不舒适感觉，8 代表为不舒适感觉最明显。不舒适感觉在2.5 以下的评价可以接受，2.5 ～5.5 的评价需要调整车型设计布置来改善，5.5 以上的评价不可接受。

柔性台架通过主观评价进行舒适性评价，评价标准为： 1、2-不可接受，3、4-差，5-勉强接受、建议整改，6-可接受、建议优化，7-较好，8-好，9-很好，10-完美。6 分以上为推荐区域。

2 基于某车型人体模型建立

2.1 柔性台架数据建立与分析

2.1.1 驻车制动器舒适区域建立

（1）手臂舒适角度：大臂由垂直状态相对躯干外翻角度α 为35°，大臂保持不变，小臂由水平状态绕肘点向下旋转角度β 为20°，然后大臂与小臂同时绕肩点向后旋转角度γ 为15°，如图2 所示。表2 为人体手臂舒适角度范围。

（2）使用三维制图软件UG，调用车辆设计自动化中的2D人体模型模块功能，靠背角为23°，3 种人体分别为95%、50%和5%人体，3 种人体R 点位置根据座椅舒适曲线定义。驻车制动器舒适区域绘制方法，如图3 所示。

表2 人体手臂舒适角度范围

图3 驻车制动器舒适区域绘制方法

2.1.2 柔性台架上驾驶员实车体验主观评价分析

该验证主要参数为驻车拉手握点与R 点的X、Z 相对距离，根据图3 理论舒适区域，选取7 个特定边界点作为预设点（图4）。进行主观评价前，先将台架调节到初始状态，再根据7 个预设点逐一调节台架，每个预设点邀请不同体型的评测人员进行主观评价，并记录评分。根据每位评测人的评分，连续调节驻车拉手相对位置，直到达到受测人可接受的实际临界点(设定为评分5.5分的位置)，并记录。

台架验证注意事项有以下几点。

（1）对每个预设点设定统一的台架调节量，提高准确性和可重复性。

（2）每位受测者对每个预测点都有明确的理解，明白预测点与所调驻车拉手之间的对应关系，并可重复性评价，保证数据的有效性。

（3）制定统一的评分标准及临界点评分，如本次评价标准按照10 分制，评测人评分为6 分状态为推荐区域。

（4）根据销售地区，选取合理的评测人群。

本次评价人员共18 人，身高1 540 ～1 820 mm。人群主要分3 类：小体型（1 650 mm 以下）5 人；中体型（1 650 ～1 750 mm）8 人；高体型（1 750 mm 以上）5 人。

根据受测人员对预测点评分的平均值和修正点，加以修正及分析，初步做出驻车制动器推荐区域，如图5 所示的绿色区域。

点A：平均分6.7 分，小于6 分占3/18，均为身高1 670 mm及以下身高人体,尽量考虑小体型人体，进行修正。

点B：平均分6.5 分，小于6 分占3/18，1 650 mm 及以下身高人体。

图4 驻车制动器基准点相对R 点X、Z 相对位置

点C：平均分5.5 分，小于6 分占8/18，1 680 mm 以下身高人体，小体型人群平均分仅为5.2 分，进行修正。

点E：平均分5.9分，小于6分占7/18，1 700 mm以下身高人体。

点F：平均分6.1分，小于6分占6/18，1 600 mm以下身高人体。

点G：平均分6.0 分，小于6 分占10/18,1 600 mm 以下身高人体。

2.1.3 驻车制动器舒适区域修正

根据台架主观评价汇总分析，对理论舒适区进行修正，由受测人员可接受边界得出推荐区域（图6）。区域边界点相对R 点坐标详见表3。注：综合主观评价的感受偏差及测量误差，设定公差为±5 mm。

校核方法：手柄中心线上，从手柄头外侧往里55 mm 的点为手握区域中心点（Kp 点），要求驻车制动器Kp 点初始位置及拉起2/3 位置在该舒适区域。

表3 修正后舒适推荐区域边界点相对R 点坐标

图5 驻车制动器舒适推荐区域

图6 驻车制动器修正后舒适推荐区域

2.2 RAMSIS 人体坐姿建立与不舒适度分析

2.2.1 RAMSIS 人体坐姿建立

驾驶员人体坐姿建立中，将需要的数据导入RAMSIS 中：转向盘及左右两侧最外点，加速踏板和中心线、95%人体R 点、50%人体R 点、5%人体R 点、地毯平面以及驻车制动器各个极限位置。

根据座椅参考点R，使95%、50%以及5%人体模型的踵点和H 点分别与实际踵点和R 点重合，左手关节点与方向盘约束，右手关节点与驻车制动器Kp 点约束，获得主驾最舒适人体坐姿，不舒适感觉标准判断驻车制动器位置的舒适性及推荐区域的合理性。RAMSIS 建立人体使用驻车制动器时最舒适坐姿，如图7 所示。

2.2.2 RAMSIS 修正区域不舒适度分析

图7 RAMSIS 人体坐姿建立

图8 驻车制动器极限位置仿真研究

表4 驻车制动器初始位置与2/3 位置人体不舒适感分析

图9 驻车制动器初始位置与23 位置人体不舒适感

本次仿真研究驻车制动器推荐区域极限位置a（最上极限）、b（最下极限）、c（最前极限）以及d（最后极限）的不舒适感觉，如图8 所示。

把95%、50%和5%人体右手关节与4 个极限位置的初始位置处Kp 和2/3 位置处Kp 进行约束后计算出不舒适度感评分，具体数据如图9 和表4 所示。

3 总结

通过RAMSIS 理论仿真得知：当驻车制动器在最下极限时，5%女性在初始位置会存在不舒适；当驻车制动器在最后极限时，5%女性拉到2/3 位置会存在不舒适；其仿真结果与柔性台架上主观评价结果大致相同，驻车制动器布置在推荐区域基本上能满足各分位人体舒适性需求。