基于RAMSIS仿真的换档操作舒适性设计

王甫瑞 赵丽芬 刘辉

摘 要：目前换档大多数利用相对R点的推荐区域进行布置，此方法难以体现车型差异带来的方向盘、三踏板等不同位置对舒适区域的影响。本文针对具体车型，利用RAMSIS软件，选用中国人体，首先对某车型 MT换档操作舒适性进行了分析，结果表明该车型存在换档操作略微不舒适的问题;通过对布置位置的调整及各位置换档操作舒适性分析，得到基于方向盘及三踏板位置的舒适位置，进而给出了该车型MT换档球头的推荐改进方案。

关键词：姿势舒适性 RAMSIS 人机工程 换档舒适性

1 引言

换档是驾驶过程中频繁操作的动作，换档操作的舒适度直接影响驾驶员的操作感受，是人机布置中重要考虑对象。目前主流的布置方法是根据相对R点推荐区域进行布置，此方法简单易行，但难以体现不同车型方向盘、三踏板等不同位置对舒适区域的影响。

RAMSIS是一种乘员仿真的软件，可以实现在数模中模拟真人驾驶姿势，并对各种操作姿势进行舒适性分析评价。本文针对某车型MT车型，利用RAMSIS软件对其换档操作舒适性进行分析，并对布置位置进行调整，得到基于方向盘及三踏板位置的舒适位置，进而给出了该车型MT换档球头的推荐改进方案。

2 某车型MT换档操作舒适性分析

人们驾驶习惯通常是上车以后根据方向盘及踏板位置，调节座椅找到舒适驾驶位置，驾驶过程中一般不会再次调节座椅位置，本文中将此驾驶姿态称为初始驾驶姿态，换档各动作在此姿势基础上通过躯干及手臂的活动完成。因此本分析步骤为：

（1）选取不同身高的一组人体;

（2）根据方向盘、加速踏板等环境件位置，建立约束条件，确定各人体初始驾驶姿态对应的位置;

（3）将人体固定在初始驾驶姿态位置上，变化约束条件，得到各档位的换档姿势;

（4）对各姿势进行操作舒适性评价。

2.1 人体模型选择

该车型主要面对中国市场，本文选取中国95%男性、50%男性和5%女性，腰围中等，坐高中等，年龄段18-60，根据车型上市后的使用时间选择参考年度为2017年。

2.2 初始驾驶姿态H点确定

在RAMSIS分析中，设置的重要部分就是将人体与周围环境模型建立约束关系，但若加过多的约束会增加计算的难度，甚至会使人体模型的姿态失真，因此在本车型的驾驶员姿势舒适性分析中，应根据姿势需要尽可能少的选取约束关系。初始驾驶姿态约束设置具体如下：

（1）人体H点约束在座椅行程框围成的平面内;

（2）左脚踵点与地毯压缩平面约束;

（3）左脚踏点与搁脚板平面约束;

（4）右脚踵点与地毯压缩平面约束;

（5）右脚踏点与踏板约束：此车型的仿真分析中，95%男性、50%男性选取踏板中心点，由于女性脚长较小，踏点和踵点距离小于踏板中心线点到地毯面的距离，选取踏板纵向中心线与右脚踏点约束。

（6）左右手与方向盘约束;

（7）双手轻抓握姿态。

2.3 换档姿势选择及约束条件变换

MT一般有6个档位，但舒适性分析一般选取行程的极限位置的换挡姿势，本文选取5档（最前）、空档（中间）和2档（最后）3个位置。相应约束条件变化为：

（1）人体H点约束在通过方向盘、加速踏板确定的初始驾驶姿态的H点上;

（2）左右手皮肤点的约束。

左手仍与方向盘约束。右手皮肤点约束对象分别选取5档（最前）换档手柄中心点、空档（中间）换档球头中心点和2档（最后）换档手柄中心点。

2.4 换档操作舒适性分析结果

操作舒适性通过不舒适度数值进行评价。其中不舒适度包括总体不舒适度以及颈部、肩部、背部、腹部、左右腿、左右臂等8个关节部位不舒适度。结果的呈现采用数值形式，条数值越大，舒适度越差，反之越好。一般来讲，不舒适度分析数值小于2.5是非常理想的结果，2.5～5.5之间认为是可以接受的，高于5.5则是明显不舒适甚至对人体有害的[4]。三个档位总体不舒适度值>4可认为存在略微不舒适。

某车型MT分析结果表明，目前布置方案50%中国人体在5档和2档得分均>4.5分。95%、50%、5%人体各档位总体不舒适度值均值分别为3.93、4.63、4.03，说明此布置方案存在略微不舒适。

3 换档布置位置调整及推荐方案选择

某车型MT球头现方案布置在竞品中已处于较高位置，因此本次换挡位置调整方向为Z向向下调整，调节量分别取沿Z轴-30mm、-60mm、-90mm，其各档位总体不舒适均值如下图2所示，图中结果显示，在目前方案及Z向-90mm区间内，总体不舒适度均值变化为V型趋势，Z向调整-60mm在四个位置中最小，为推荐改进方案，具体布置时须根据环境件适当在Z向-30mm及-60mm调整。

4 结语

鉴于现有换档布置方法的不足及RAMSIS軟件舒适性评价的优势，对某车型 MT换档操作舒适性进行了分析，并基于分析结果给出了推荐方案，此方法对其他车型开发中换挡舒适位置的布置，同时具有较大的借鉴意义。

贵州省科技厅联合基金项目。项目编号：黔科合LH字[2017]7322号。

参考文献：

[1]陈景辉，任金东，陆善彬，杜晓明 驾驶员姿势舒适性评价的研究[J].汽车工程，2013，35（6）：549-552，564.

[2]Porter J M，Gyi D E.Exploring the Optimum Posture for Driver Comfort[J]. International Journal of Vehicle Design，1998，19（3）：255-266.

[3]Park Se Jin，Kim Chae-Bogk，Kim Chul Jung，et al.Comfortable Driving Postures for Koreans[J].International Journal of Industrial  Ergonomics，2000，10（26）：489-497.

[4]朱炜昱，陈昌明，沈浩.RAMSIS在汽车人机工程学中的应用[J].中国科技信息，2007，08.