基于RAMSIS的某车型驾驶员安全带人机舒适性分析

张明晶 郑丽丽 康意谊

【摘 要】文章针对虚拟设计阶段安全带人机舒适性难于预计和评价的问题，使用RAMSIS软件进行了某车型驾驶员安全带人机舒适性分析，阐述了基于RAMSIS软件的汽车安全带人机舒适性分析流程，体现了RAMSIS软件的优势所在。该研究结果填补了RAMSIS软件在汽车安全带人机舒适性分析中的应用空白，同时结果表明RAMSIS软件的应用可为工程师在虚拟设计阶段明确安全带设计和改进方向提供充足依据。

【关键词】驾驶员；安全带；人机舒适性；RAMSIS

【中图分类号】U462 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）01-0105-04

随着人们生活水平的提高和法律法规的不断完善，人们对汽车乘坐舒适性和安全性的要求越来越高。安全带作为保障汽车和乘坐人员安全的重要设备，在汽车发生碰撞时，能有效地减少乘员及车辆受到的损伤[1]。目前，世界各国均制定了佩戴安全带的强制法规。在我国，公安部于1992年11月15日颁布通告，规定从1993年7月1日起，所有小客车（包括轿车、吉普车、面包车、微型车）驾驶人和前排座乘车人，必须使用安全带。《道路交通安全法》第五十一条也规定：机动车行驶时，驾驶人、乘坐人员应该按规定使用安全带。因此，安全带的人机舒适性成为影响整车人机舒适性的必要因素。在安全帶布置时，对安全带的人机舒适性进行校核就显得尤为必要。

传统的汽车安全带人机舒适性通常需要在虚拟设计后期制造模型车进行评估，甚至在虚拟设计结束后制造实车进行验证，这种方法评估之后带来的更改会引起开发周期的延长或者模具的重大更改，增加设计成本和时间。目前，随着计算机技术的发展，出现了诸如DI-Guy[2]、JACK[3]、Joint Motion[4]等各种基于虚拟人技术的人机工程分析软件，这类软件被广泛应用于汽车行业中。尤其是近几年来，由德国各大汽车制造厂家及其他公司共同研发的RAMSIS三维人机工程分析系统在各主机厂商的设计中得到广泛的应用和好评[5]。RAMSIS软件的功能之一是进行汽车安全带人机舒适性分析，但是基于RAMSIS软件的汽车安全带人机舒适性分析研究在国内仍处于空白状态，因此，本文将基于RAMSIS软件进行某车型驾驶员安全带人机舒适性分析。

1 RAMSIS简介

RAMSIS是意思为“用于乘员仿真的计算机辅助人体数字系统”的德语缩写，是一种基于虚拟人技术的高效CAD工具。该软件提供了一个可快速编辑的人体模型，能够为工程师提供各种虚拟的人体姿态，甚至建立符合国家标准的数字人体数据库。

RAMSIS的主要功能在于自动化的人机工程分析和评价。该软件具备人体姿势模拟、视野分析、可及性分析、舒适性分析等多种人机工程分析功能，用户可以直接在RAMSIS软件中创建CAD模型，也可从其他CAD工具（例如UG、CATIA等）导入模型，并根据用户需求来定义人体模型的性别、年龄、时代、百分位和姿势等，进行相关的人机工程分析，并可一定程度上给出人机工程评价结果，以加快工程师进行数据对比分析和结果评估。

与使用实车进行人机工程评价的传统方法相比，RAMSIS主要具备以下优势：节省时间和成本，无需消耗大量资源制造模拟样车，设计初期即可开展人机工程分析；有效整合设计理论、原理、数据和方法；对汽车工业的高度专注[6]；简单便捷的操作和齐全的人机工程分析功能。因此，RAMSIS软件已经在全球70%以上的轿车制造商中使用[6]。

2 基于RAMSIS的汽车安全带人机舒适性分析流程和方法

安全带的人机舒适性分析作为RAMSIS软件的重要功能之一，其工作过程通常遵循一定的流程和方法。

2.1 RAMSIS进行汽车安全带人机舒适性分析的流程

RAMSIS进行汽车安全带人机舒适性分析通常遵循图1所示的流程。

该流程为RAMSIS进行汽车安全带人机舒适性分析的过程框架，工程师可根据设计实际情况进行简化或者细化，以便灵活地运用RAMSIS的快速分析能力。

2.2 RAMSIS进行汽车安全带人机舒适性分析的方法

RAMSIS软件分析安全带人机舒适性主要有以下2种方法。

一是eBTD分析方法，该方法通过设置人体姿态、安全带固定点等约束，进行安全带人机舒适性分析。该方法建立的人体模型是大小固定的假人模型，不能分析不同人群佩戴安全带的人机舒适性，但是通过该方法进行的安全带人机舒适性校核，软件会依据加拿大法规自动评估安全带人机舒适性是否满足要求。

二是Manikin分析方法，该方法的安全带参数设置过程与eBTD方式相同。该方法建立的人体模型可以根据用户需求选取和设置，人体姿势可以自定义，能够更详细和准确地模拟不同乘员佩戴安全带的人机舒适性，但是使用该方法计算的人机舒适性结果，RAMSIS软件不能自动判断其是否满足要求，需要人为观察评判。

3 基于RAMSIS的某车型驾驶员安全带人机舒适性分析

该车型为一款改型车，因此，在进行RAMSIS分析时，可在图1所示的流程基础上简化操作，在进行简单的前期准备工作之后，可直接进行安全带人机舒适性后期校核。

3.1 前期准备工作

前期准备工作主要集中在基础数据的建立和安全带相关信息确定上。

3.1.1 基础数据建立

基础数据的建立主要包括SgRP点、AHP点、FRP点和BOF点的确定以及座椅配置的确定。

该车型SgRP点、AHP点、FRP点和BOF点根据GB/T 29120—2012中规定的程序和相关企业标准进行了确定，并通过输入坐标数据的形式直接在RAMSIS软件中建立。SgRP点为中国95%男性人体H点的位置，不同的人体SgRP点位置不同，本文5%女性人体和50%男性人体H点位置在95%男性人体H点基础上沿着座椅滑动方向分别前移163.1 mm和80.7 mm。

该车为商用微型车，其驾驶员座椅可滑动且靠背可调节。因座椅可滑动，且靠背可调节，所以在进行安全带人机舒适性分析时，应考虑各乘坐状态下的安全带人机舒适性。本文旨在阐述RAMSIS的分析流程和方法，为简化分析过程，仅选取驾驶员脚踩加速踏板，且座椅靠背角为设计靠背角23°时的乘坐姿势进行分析。

3.1.2 安全带信息确定

该车型为M1类车辆，根据法规GB 14166的规定，其安全带配置为三点式安全带。并根据法规GB 14167—2013的规定，绘制安全带固定点法规区域。因该车为改型车，故其安全带固定点在原型车基础上微调即可得出安全带固定点位置。

3.2 安全带人机舒适性分析

使用该车型的目标人群定位为大众人群，女性驾驶员员也占相当比例，安全带佩戴的人机舒适性需要满足不同人群的需求，因此本文采用Manikin分析方法对其进行人机舒适性分析。在前期准备的基础上，通过建立中国5%女性（身高为1.509 5 m）、中国50%男性（身高为1.705 7 m）和中国95%男性（身高为1.803 3 m）人体模型，分析安全带人机舒适性。

3.2.1 人體模型建立

通过Manikin方式定义所需人体模型的性别、年代和所遵循的建立标准（本文采用China标准），并通过Anthropometry Bodybuilder命令进行人体模型的个性化设置，调整人体模型百分位为95%男性、50%男性和5%女性，然后通过将人体模型上的皮肤特征点与前期准备中建立的基准点进行相关约束，最终得出图2所示的符合该车型乘员乘坐姿势的人体模型。

3.2.2 安全带参数设置

对安全带的上固定点、带扣侧下固定点、非带扣侧下固定点和卷收器4个组成部分，RAMSIS软件提供了20种不同的类型供用户选择，通过选择与设计结构相对应的类型，并对其参数进行设置，即可得出符合用户需求的安全带定义。

由于该车型的各固定点位置已经在前期准备中确定，因此根据前期确定的安全带数据，分别选择各固定点的形式如下：上固定点类型为Class A.1；带扣侧下固定点类型为Class B.1；非带扣侧下固定点类型为Class C.2；卷收器为可选定义，此次分析不进行设定。同时，在CAD软件中测量出各固定点的参数，输入到如图3所示界面中，当所有安全带固定点指示由红色变为绿色，即完成了安全带固定点参数设置。

除此之外，还需要在如图4所示的补充设置界面中设置安全带织带的宽度为47 mm、安全带在整车的左侧、非使用状态下安全带锁舌朝向车内侧。

3.2.3 安全带人机舒适性计算及结果评价

通过建立的人体模型和定义的安全带，RAMSIS经过自动计算，得出如图5所示的结果。

通过图5（a）可以看出：身材为中国95%百分位的男性人群，在处于驾驶姿态佩戴安全带时，其安全带织带位于肩部和手臂交接处，存在织带阻碍手臂运动的风险，但是安全带不会滑脱，人机舒适性并未达到最优化。

通过图5（b）可以看出：身材为中国50%百分位的男性人群，在处于驾驶姿态佩戴安全带时，其安全带织带位于肩部边缘，不会出现织带滑脱现象，且不影响手臂运动，满足人机舒适性要求。

通过图5（c）可以看出：身材为中国5%百分位的女性人群，在处于驾驶姿态佩戴安全带时，其安全带织带位于肩部中间位置，不会出现滑脱或累脖子的情况，舒适性满足人机舒适性要求。

综上所述，该车型安全带设计能够满足大多数中国驾驶员的安全带人机舒适性要求，因此该安全带布置位置可以作为最终设计位置进行生产制造，亦可再优化安全带固定点位置后重新分析安全带人机舒适性。

4 结论

本文针对传统的安全带人机舒适性分析方法存在的问题，通过RAMSIS软件对某车型驾驶员佩戴安全带的人机舒适性进行分析，阐述了基于RAMSIS软件进行汽车安全带人机舒适性分析的流程、具体操作过程和结果评价。通过RAMSIS软件的应用，可以快速准确地完成汽车安全带人机舒适性分析，为工程师在虚拟设计阶段明确设计改进方向提供依据，节省大量设计成本和时间。同时，本文的研究也填补了RAMSIS软件在汽车安全带人机舒适性分析领域中的应用空白。

参 考 文 献

[1]蒋华伟.中国汽车安全带的发展及现状研究[J].中国机械，2014（16）：213.

[2]柴春雷.基于驾驶姿势预测模型的人机工程设计技术研究[D].杭州：浙江大学，2005.

[3]智睿瑞，刘社明.基于虚拟人的驾驶舱布局分析[J].机械制造，2014（2）：32-35.

[4]赵岩.虚拟人技术在环控生保舱内布局中的应用[J].系统工程理论与实践，2007（2）：186-191.

[5]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（8）：59.

[6]赵尚义.RAMSIS软件在汽车人机工程设计中的应用[J].装备制造技术，2008（7）：64-65.

[责任编辑：陈泽琦]