基于RAMSIS与SAE的驾驶员H点行程设计对比

刘志明

(合创汽车科技有限公司， 广州 511466)

驾驶员H点是指人体模型样板中躯干与大腿的连接点，即胯点。H点行程设计是车辆人机正向设计的基础。H点行程确定后，人机视野、空间、手伸及区域等才可确定，然后进一步确定整个乘客舱的人机硬点[1]。H点的行程方向包含前后X向和上下Z向，本文只研究前后X向行程，对比分析SAE和RAMSIS的区别和联系，结合中国人体尺寸特点，提出基于RASMSIS的H点X向行程设计方法。

1 RAMSIS概况及人体尺寸对比

1.1 RAMSIS概况

RAMSIS是“用于乘员仿真的计算机辅助人体数字系统”德语的缩写。是一种用于乘员仿真和汽车人机工程设计的高效CAD工具软件。该软件提供了设计所需的CAD人体详细模型，来模拟驾驶员的操作行为[2]。RAMSIS的特点是克服现存大多数二维人机工程工具的不足，在法规基本要求的基础上进一步提高车辆的人机工程品质。

RAMSIS软件有独立版和与Catia的集成版，本文使用与Catia的集成版，可在同一个界面下使用两个软件。

1.2 中国人体尺寸参数对比

本文选用的中国人体尺寸参考年份：2020年；性别：成年男性/成年女性；年龄范围：18～60岁。对比标准为RAMSIS和SAE。

RAMSIS中内置有多国人体模型，更加适合特定的销售市场。对比我国报告[3]与RAMSIS人体数据库中国人体男性、女性平均净身高统计参数[2]：2015年度，报告[3]中分别为168.5 cm和157.2 cm,RAMSIS中分别为168.1 cm和157.5 cm；2020年度，报告[3]中分别为169.7 cm和158 cm,RAMSIS中分别为168.6 cm和157.9 cm。可知RAMSIS人体数据库中的中国人体尺寸参数非常接近实际情况。

SAE 人体模型主要来源于北美市场。由于SAE中并未规定男性和女性的平均身高，只是规定了大(95%男性人体)、中(50%男性女性混合人体)、小(5%女性人体)三种人体的身高(含鞋厚2.5 cm)等相关尺寸。故本文将我国报告[3]和RAMSIS的人体尺寸转换为小(5%)、中(50%)、大(95%)三种人体尺寸与SAE进行对比。

如图1所示，取净身高(去鞋厚2.5 cm)、坐高(躯干长)、大腿长、小腿长这4个尺寸来对比SAE人体参数[4]，我国报告[3]和RAMSIS 人体数据库中的中国人体小(5%)、中(50%)、大(95%)三种人体的尺寸参数[5]见表1。

图1 人体关键尺寸示意图

表1 SAE和RAMSIS 三种人体尺寸对比 mm

从表1 可以看出：RAMSIS 中的中国人体的身高、大腿长、小腿长均小于SAE人体，但是坐高(躯干长)却大于SAE人体；对于同等50%人体，均考虑男女混合平均尺寸，SAE身高参数明显高于RAMSIS和我国报告[3]。

以上说明，SAE人体与RAMSIS中国人体及中国实际人体尺寸有较大差异。基于SAE人体的驾驶员H点行程设计对于国人来说也有不适应性。

2 SAE与RAMSIS的H点行程设计对比

2.1 基于SAE 的H点X向行程设计方法

SAE标准是目前国内汽车人机工程设计的最主要的基础依据。对于H点行程设计的推荐，SAE现行有效标准为SAE J4004[6]。该标准确定H点行程的方法为先确定H点的X坐标HX，具体公式为

HX=718-0.24×H30+0.41×L6-18.2t

式中:H30为H点到踵点的垂直距离，Class A类车型(轿车、多功能乘用车、小型货车、面包车)一般不超过405 mm, Class B类车型(重型货车、中型货车、大客车)为405～530 mm[5]；L6为方向盘中心点到BOF点的X距离，文献[5]中没有规定，根据本人经验，其值一般为480～600 mm；t为变速器类型参数，自动挡t=0，手动挡t=1。具体如图2所示。

图2 SAE J4004 H点X向参数关系及行程范围

应用上式计算出HX后，再在Catia软件中，调整不同的H30值，即可绘制一条HX舒适曲线。再根据SAE J4004规定，可确定不同大小人体范围的HX舒适线前后移动范围[6]，见表2。根据表2在Catia软件中画出不同的HX曲线如图2所示，即可确定座椅H点X向不同大小人体范围的行程。

表2 SAE J4004 规定HX移动范围[5]

2.2 基于RAMSIS的H点X向行程设计方法

在RAMSIS中，选定好某种大小的人体模型后，将BOF点约束在Z轴上，踵点约束在X轴上。然后设定一个H30值，RAMSIS会根据内置的姿态数据库而不需要2.1节中的L6值仿真出最舒适的坐姿，如图3所示，从而求解出最舒适的H点X向值位置HX。

然后按照SAE规定的经验范围调整不同的H30参数， RAMSIS可仿真出不同的人体姿态，得到不同的H点X向位置值HX。再切换到Catia软件界面，将不同的H点连成线，即可得到一条H点轨迹曲线。

最后，在RAMSIS中改变人体大小，重复上述过程，使用RAMSIS得到不同的人体姿态和不同的H点X向位置值HX，再使用Catia软件将不同人体不同姿态对应的H点连成线，即可得到相应人体大小的H点曲线，如图3所示。

图3 RAMSIS H点位置求解

2.3 RAMSIS与SAE J4004对比分析

将2.1节和2.2节中的基于RAMSIS中国人体和SAE J4004的小(5%)、中(50%)、大(95%)人体对应不同H30值的H点数据导入到Catia软件中，可画出H点舒适曲线对比图，如图4所示。图中A、B、C对应RAMSIS人体H点舒适线(小、中、大)；a、b、c对应SAE人体H点舒适线(小、中、大)。

图4 基于SAE和RAMSIS的不同人体姿态及H点曲线对比

从图4可以看出：

1) RAMSIS对应的三条舒适曲线都更加靠前，意味着同样的踏板位置和座椅高度下，基于RAMSIS中中国人体的设计驾驶员H点X向舒适位置更靠近踏板。取95%人体为[7]例对比。在H30为200 mm时，RAMSIS设计得到的舒适H点X向距离BOF点为884.8 mm,SAE J4004为993.6 mm，RAMSIS更靠前108.8 mm。

2) RAMSIS对应的三条舒适曲线X向跨度HR相对SAE的三条舒适曲线X向跨度HS范围更小。在H30为200 mm时，HR为136.12 mm，HS为206 mm。意味着覆盖同样大小的人群, 基于RAMSIS分析需要的座椅X向行程相对SAE更短。

3 结 论

H点行程的确定是汽车人机工程设计中一个非常重要的基础因素，是视野、手触及等其他人机校核的基础。本文对比分析了SAE J4004和RAMSIS的H点行程设计方法,指出基于RAMSIS的新的H点行程设计方法更适合于中国市场。