基于RAMSIS与CATIA的商用车驾驶室手伸及界面应用分析

刘杨 卢曦 杨玉

摘 要：为满足驾驶员对驾驶室人机操纵件易触及性及舒适性要求，以某商用车的宽体轻客为研究对象，参考传统的SAE标准，运用CATIA分析二维人体手伸及界面，使用RAMSIS建立符合目标市场的三维人体模型，在满足三维人体舒适度要求前提下分析RAMSIS的手伸及界面。对比发现，在布置和校核驾驶室人机相关操纵件时，依据SAE标准CATIA计算的手伸及包络范围超过RAMSIS，手伸及界面复杂繁琐，无法体现人体舒适性，而RAMSIS在满足法规和推荐标准下，充分考虑了人机相关操纵件的舒适性，对驾驶室操纵件的布置和校核具有一定指导意义。

关键词：CATIA；RAMSIS；手伸；界面；人機工程学；宽体轻客

DOI：10.11907/rjdk.172571

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）004-0168-03

Abstract：To meet demand of the accessibility and comfort of driver human-machine interaction in cab， a commercial car with wide body and light passenger is taken as the object of study. Firstly， refering to the traditional SAE standard， we analyzed 2D hand control reach envelopes by CATIA. Secondly， we use RAMSIS to build a 3D body model that meets the target market and on the premise of satisfying the comfort degree of 3D human body and analyze the hand control reach envelopes of RAMSIS. When we place and check cab ergonomics control parts， hand control reach envelopes and envelope range calculated by CATIA on the basis of SAE exceed those of RAMSIS. So RAMSIS is more suitable for ergonomics arrangement of cab controls. By comprehensive analysis， process of hand control reach envelopes of CATIA is complicated and couldnt reflect the comfort of the human body. However， on the basis of taking account of regulations and recommendations， RAMSIS fully considers the comfort of human-machine correlation controls， which has certain guiding significance to the arrangement and check of cab control parts.

Key Words：CATIA； RAMSIS； Hand control； reach envelopes； ergonomics； SAE

0 引言

随着汽车技术的迅猛发展，人们对行车安全重视程度日益提高，汽车驾驶室内部布置不仅要满足功能性要求，还要按照人体生物力学进行布置[1]。如今，驾驶室操纵件、仪表板、中控面板、门板上的操控装置布置，都需要考虑驾驶员是否可以通过舒适的状态方便触及和易于操作[2]。因此，在有限空间内对所有操作装置进行合理布置，良好的手伸及界面起着重要作用[3]。

1 基于SAE的手伸及界面布置分析

汽车驾驶室的内部操控件布置首先要确定驾驶员的操作范围[4]，一般按照驾驶员的手伸及界面确定，其中有综合因子G值的影响因素。驾驶员人体尺寸按男/女比例有：90/10、75/25、50/50；根据安全带固定形式分为三点式安全带和两点式安全带，目前大多数是三点式安全带[5]；G的取值分为7个区间，具体为：G<-1.25、-1.241.25，综上所述共有42种情况，根据不同的G值确定数值，在CATIA中把表格所有的点做好，生成线与曲面，即为手伸及界面[6]。

影响驾驶员手伸及界面的因素主要是驾驶室内部设计，可以使用驾驶室尺寸综合因子G进行说明[3]，影响综合因子G的因素主要有9项，如表1所示。

某商用车宽体轻客划分为B级车，确定驾驶员男/女比例为75/25，选用三点式安全带对驾驶员进行约束，三维数模上的数据测量对综合因子G值的影响因素测量值如表2所示。

选取G值取值区间为0.25

表3中手伸及界面考虑范围：驾驶员左侧400mm，右侧600mm，驾驶员H点以上800mm，驾驶员H点以下100mm。确定定位HR参考面，即用于定位驾驶员手伸及界面的平面，平行于车辆坐标系YZ平面，位于AHP后方[7]，即有：HR=786-99G，G=0.3767，可得HR=748.706 7，即为HR基准面在x方向位置。又L53=712.7，HR=786-99G>L53，则HR基准面位于SGRP处，手伸及界面的坐标系为以SGRP点为中心的坐标系，得到SAE的手伸及界面如图1所示。

图1所示的包络面为三指式手伸及界面。根据驾驶员操作操纵件时的手部姿势不同，对驾驶员的手伸及界面作如下分类：①三指式手伸及区域如旋钮类开关；②单指式手伸及区域如点触及按钮和推拉式装置；③满掌式手伸及区域如方向盘、换挡手柄和驻车制动器手柄等。操控装置需满足的手伸及界面不同，手伸及包络面也不同，即要进行一定量的修正，将三指式包络面向前平移50mm得到的淡灰色包络面为单指式手伸及界面，将三指式包络面向后平移50mm得到的深黑色包络面为满掌式手伸及界面[7]。如图2所示，为SAE的3种不同手伸及界面包络。

2 基于RAMSIS的手伸及界面布置分析

RAMSIS是专业的汽车人机工程软件，专门用于汽车人机工程方面的校核。RAMSIS人体库中包含德国、日韩、美国、墨西哥、法国、中国等多个国家和地区的人体尺寸。本例商用车的宽体轻客划为B级车，该车将于2019年上市，主要销往中国。通过RAMSIS选择中国人体模型，将身高、坐高、腰围作为关键参数，选择高的等级，人体模型参考年限定义为2019年，年龄段设置为18-60岁，建立95th百分位的中国男性人体模型。

将建立好的95th百分位男性人体模型与该宽体轻客商用车驾驶室内的座椅、方向盘、踏板等一些硬点进行约束，使人体模型以一种最舒适的姿势坐在座椅上，手握方向盘，脚踩踏板[8]，得到驾驶员舒适度结果如表4所示。

表4中RAMSIS的驾驶员舒适性结果包括人体的总体不舒适度与身体各部位的不舒适度，其数值为0～8分，数值越小，舒适度越高。数值小于4分是极其舒适的结果，数值在4～5分之间为可以接受，数值在5～8分表示对驾驶员有不舒适的影响，需要整改[9]。由表4可知舒适度大部分都在4以下，满足舒适性要求。

在满足驾驶员舒适性要求的前提下进行RAMSIS手伸及界面分析，如图3所示。

RAMSIS中的手伸及界面分为左、右手伸及界面，利用RAMSIS对驾驶室的操控件进行手伸及界面分析时，可以看出驾驶室的主要操纵装置是否在手伸及界面包络内，即驾驶员以舒适的姿态能否对驾驶室内的操纵装置很好地触及和操作。

3 基于SAE与RAMSIS的手伸及界面对比

SAE中定义的手伸及界面是根据大多数人体手指触及范围，通过公式计算的布置因子查表得到包络面，并根据实际操作装置进行一定的调整。RAMSIS中，以人体肩关节为转动中心，手臂长为转动半徑得到一个接近半球面的手伸及界面[10]，RAMSIS的手伸及界面所形成的包络面是单独个体手部触及能力范围，可根据实际操作装置的不同形式生成实际需要的触及包络面。图4为SAE绘制出的手伸及界面和RAMSIS得出的手伸及界面。

RAMSIS手伸及界面表示的是人体左、右手指尖可触及的范围，则SAE的手伸及界面分为单指式手伸及界面、三指手伸及界面和满掌手伸及界面，即选取SAE的单指手伸及界面，与RAMSIS的手伸及界面进行对比分析。可以看出，SAE的单指手伸及界面的覆盖范围远远超过RAMSIS的手伸及界面，即驾驶室内的操作装置或按钮一旦在RAMSIS的手伸及界面内，一定会满足SAE手伸及界面范围。对操作装置进行布置后，应尽量使用RAMSIS的手伸及界面范围进行设计分析。

4 结语

本文基于某商用车的宽体轻客，将SAE标准的手伸及界面和RAMSIS的手伸及界面进行布置和校核，发现SAE标准手伸及界面工程量大，而RAMSIS则更容易得到任何不同百分位、不同人体的手伸及界面。驾驶室内的操控装置一旦满足RAMSIS的手伸及界面要求，必定满足SAE标准的手伸及界面要求，RAMSIS相比SAE的手伸及界面提供了更严格更符合人机边界和约束的限制，驾驶者能得到更舒适的操作体验。

参考文献：

[1] 杨枫.基于生物力学的汽车驾驶室人机工程设计研究[D].长沙：湖南大学，2015.

[2] 温吾凡.驾驶室内操作钮件布置合理性的检验方法[J].汽车技术，1988（10）：25-28.

[3] 温吾凡，杜子学.驾驶员手伸及界面与驾驶室尺寸综合因子G[J].汽车工程，1991（1）：57-64.

[4] 李佳洁.基于人机工程学的汽车车身内部布置方法研究[D].长春：吉林大学，2007.

[5] 杨英，张国忠，冯丽敏.用因子分析法确定工程机械驾驶室尺寸综合因子G[J].东北大学学报，2000（3）：316-319.

[6] 温吾凡.人体工程学在汽车设计中的应用[J].汽车工程，1988（1）：15-25.

[7] 任金东.汽车人机工程学[M].北京：北京大学出版社，2010.

[8] 颜伏伍，宁予，田绍鹏，等.基于RAMSIS的微型汽车驾驶员舒适性分析[J].汽车技术，2008（11）：37-40.

[9] 康程鹏，王隆宇.基于RAMSIS的乘用车驾驶员周边操作件布置[J].汽车实用技术，2017（1）：10-13.

[10] 伍毅.基于RAMSIS的A类乘用车内部人机工程布置设计方法研究[D].重庆：重庆交通大学，2012.

（责任编辑：杜能钢）