康程鵬，王隆宇，祝鉑，王東升，邵智，趙丹

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

基于Ramsis的乘用車駕駛員周邊操作件布置

康程鵬，王隆宇，祝鉑，王東升，邵智，趙丹

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

根據(jù)SAE相關(guān)布置標(biāo)準(zhǔn)，針對某A級乘用車，應(yīng)用Ramsis模擬駕駛員駕駛狀態(tài)。通過Ramsis舒適性評價(jià)功能，對駕駛員周邊的關(guān)鍵操作件，包括換擋、手剎進(jìn)行了布置位置優(yōu)化。

Ramsis；乘用車；操作件；換擋；手剎；舒適性

CLC NO.:U467.5Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-10-04

前言

RAMSIS是德語“Rechnergestütztes Anthropologisch-Mathematisches System zur Insassen-Simulation”的縮寫，意思是“用于乘員仿真的計(jì)算機(jī)輔助人體數(shù)字系統(tǒng)”[1]。

RAMSIS是一種數(shù)字人體模型，是一種用于乘員仿真和車輛內(nèi)裝人機(jī)工程設(shè)計(jì)的高效CAD工具，它克服現(xiàn)存大多數(shù)二維人機(jī)工程工具，如SAE J826模板等的不足，在法規(guī)規(guī)定范圍的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高車輛的人機(jī)工程品質(zhì)。

駕駛員是乘用車人機(jī)工程的核心部分，周邊操作件包括換擋、手剎，方向盤等。

1、RAMSIS所需幾何環(huán)境的輸入

1.1 加速踏板的輸入

加速踏板在整車坐標(biāo)系X向相對前輪心位置（L113）一般會和平臺車型相同或根據(jù)換代車型確定，加速踏板 Y向會隨著不同車型的車寬變化相應(yīng)變化，加速踏板角度會隨著坐姿的調(diào)整相應(yīng)調(diào)整。

1.2 歇腳版的輸入

根據(jù)踏板的寬度和踏板組間隙要求，從加速踏板推出歇腳板的位置。

4）布水系統(tǒng)：采用直徑為16 mm的漫滲管在礦化床上部進(jìn)行漫滲布水，在滲透管上加蓋保護(hù)膜，布水均勻且不易被堵。

1.3 座椅平行四邊形的輸入

根據(jù)頭部空間、腿部空間、視野等確定H點(diǎn)，根據(jù)車型需要選擇座椅平臺，確定座椅的上下前后調(diào)節(jié)范圍。

首先評估初始位置的舒適性，然后在X向移動換擋的位置，本文以20mm為步長，前后各移動兩次。最后，評估的位置為5個(gè)位置。X=+40，X=+20,X=0(即初始位置)，X=-20和X=-40。表2—4為各百分位人體在這五個(gè)位置下的舒適性初步評估結(jié)果表：

因素集：

方向盤的位置根據(jù)下圖（圖1）可以確定方向盤中心和角度（A19）[2]。

圖1 方向盤位置相關(guān)參數(shù)

2、RAMSIS假人的建立規(guī)則

2.1 所需人體的選擇

按照具體車型的目標(biāo)客戶人群，投放市場地區(qū)，以及客戶年齡段選擇合適的人體模型。

圖2 人體模型調(diào)整參數(shù)對話框

按照乘用車使用對象和人機(jī)工程要求，本文選擇5%女性到95%男性人體尺寸范圍（對應(yīng)Ramsis Very Tall男性到Ramsis Very Short女性）進(jìn)行產(chǎn)品布置，本文選用50%（對應(yīng)Ramsis Medium男性）的男性進(jìn)行布置優(yōu)化。

2.2 約束的建立

再次，《知識產(chǎn)權(quán)基本法》需要以“開放互惠”為視野。在國際知識產(chǎn)權(quán)規(guī)則加快變革的歷史背景下，迫切需要以積極推動建立知識產(chǎn)權(quán)全球治理新結(jié)構(gòu)為方向，打擊知識霸權(quán)、促進(jìn)知識產(chǎn)權(quán)發(fā)展的多樣性，積極抵制垂直論壇轉(zhuǎn)移、總結(jié)推廣知識產(chǎn)權(quán)發(fā)展的“中國模式”、提出知識產(chǎn)權(quán)國際戰(zhàn)略，推動形成全面開放新格局。因此，《知識產(chǎn)權(quán)基本法》不僅是嚴(yán)格保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的實(shí)現(xiàn)法、有效激勵創(chuàng)新發(fā)展的促進(jìn)法，還需要成為提高知識產(chǎn)權(quán)國際競爭力、引導(dǎo)知識產(chǎn)權(quán)國際規(guī)則發(fā)展的范式立法例，成為發(fā)展中國家知識產(chǎn)權(quán)制度的示范法。

Ramsis中約束的建立模擬了駕駛員上車調(diào)節(jié)座椅前后上下位置，調(diào)節(jié)靠背角角度到舒適的駕駛位置的過程。

隸屬函數(shù)：

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)班的開展對原有的教育制度進(jìn)行改革，有利于高校發(fā)揮優(yōu)秀人才的培養(yǎng)，對于開拓學(xué)生眼界、培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、提升綜合競爭力都大有助益。因此創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的建立是當(dāng)前教育發(fā)展的大勢所趨，對于建立模式是否科學(xué)，未來的發(fā)展方向需要在實(shí)踐中進(jìn)一步探索和檢驗(yàn)。

2.2.1 約束假人到整車環(huán)境中

a）選擇合適的人體模型，激活所需要的皮膚點(diǎn)（Skin Points），包括踵點(diǎn)（Heel Point）、踏點(diǎn)（Pedal Points）和駕駛員手掌上的握點(diǎn)（Grasping Points）；

b）將左右腳踵點(diǎn)和地毯的壓縮平面約束，將左腳踏點(diǎn)和歇腳板約束，將右腳踏點(diǎn)和加速踏板的踏面約束，左右手握點(diǎn)約束到方向盤，雙手抓握（Grasp Softly）姿態(tài)，將H點(diǎn)約束到座椅軌道線（H-Point Travel Path），Ramsis自動計(jì)算坐姿；

c）檢查坐姿是否出現(xiàn)異常姿態(tài)。

評價(jià)者對評價(jià)對象可能做出的各種評價(jià)結(jié)果所組成的集合稱為評價(jià)集。駕駛員駕駛姿態(tài)的舒適性可用V={v1,v2,v3,v4}={優(yōu)，良，差，糟糕}。其中，“優(yōu)”為舒適性佳，“良”為舒適性可接受，“差”為舒適性不佳，需要對駕駛員環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，“糟糕”為不舒適，需要對駕駛員環(huán)境進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

約束后假人的H點(diǎn)和靠背角與座椅的SgRP點(diǎn)和座椅靠背角一般都不相同，需要將座椅的SgRP點(diǎn)和靠背角，調(diào)整到當(dāng)前假人的狀態(tài)，此時(shí)座椅坐墊和靠背都有一定量的壓縮量。

1.1 一般資料 連續(xù)選擇2011年1月至2017年6月間因急性冠脈綜合征伴嚴(yán)重心力衰竭住我院接受主動脈內(nèi)球囊反搏輔助經(jīng)皮冠狀動脈介入治療并接受長期隨訪的患者192例。急性冠脈綜合征（ACS）包括ST段抬高型心肌梗死（STEMI）、非ST段抬高型心肌梗死和不穩(wěn)定型心絞痛（后兩者合稱為NSTE-ACS）。

圖3 調(diào)整到合適姿態(tài)的Very Tall男性假人

3、換擋位置的優(yōu)化

上述假人約束完成，將假人的H點(diǎn)固定（Fixations）到座椅軌道線上，假人以下的布置優(yōu)化都是基于該操作。

3.1 初步范圍的確定

以駕駛員的肩部關(guān)節(jié)為圓心，手掌輕握姿態(tài)臂長為半徑，確定最大操作范圍，以肘部和座椅背部靠墊接觸時(shí)的肘部關(guān)節(jié)為圓心，手掌輕握姿態(tài)小臂長為半徑，確定最小操作范圍，如下圖（圖4）。

圖4 手操作范圍示意圖

根據(jù)上述原則，用Ramsis確定右手的操作空間區(qū)域，將換擋和手剎大致布置在該區(qū)域，如下圖（圖5）。

圖5 Ramsis中手操作范圍示意圖

3.2 各位置舒適性評價(jià)

在換擋的位置大致確定以后，用Ramsis的Analysis Discomfort Assessment評估和優(yōu)化換擋的位置。

對于現(xiàn)地狀態(tài)監(jiān)測單元和上位機(jī)系統(tǒng)之間信息的連接與通信，往往需要通信設(shè)備進(jìn)行連接。由于水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是分布式的，加上總體結(jié)構(gòu)的性能與通信系統(tǒng)密切相關(guān)，因此需要根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的通信網(wǎng)絡(luò)方案，以確保各單元信息和數(shù)據(jù)之間更好的傳遞。

在產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)大、市場與技術(shù)日趨成熟、國家政策支持等因素的綜合作用下，1990-2010年，我國磷肥產(chǎn)量年均遞增6.6%，在2001年至2010年這10年間，我國高濃度磷復(fù)肥產(chǎn)量從年產(chǎn)300萬噸躍增到年產(chǎn)1300萬噸。2005年，我國磷肥產(chǎn)量首次躍居世界第一位；2006年，國產(chǎn)磷肥實(shí)現(xiàn)自給自足。從2007年起，我國一舉成為世界磷肥出口第一大國。

表1 Very Short女性換擋各布置位置舒適度對比

表2 Medium男性換擋各布置位置舒適度對比

表3 Very Tall男性換擋各布置位置舒適度對比

3.3 各位置舒適性模糊綜合評價(jià)

3.3.1 模糊評價(jià)基本概念

模糊評價(jià)分為單級模糊評價(jià)和多級模糊綜合評價(jià)。駕駛員換擋舒適性評價(jià)采用兩級模糊綜合評價(jià)，第一級評判駕駛員舒適性因素為95%分位、50%分位男性駕駛員和5%分為女性駕駛員；第二級進(jìn)行綜合評價(jià)。[3]

舒適性的模糊綜合評價(jià)，需要確定：因素集、評價(jià)集、隸屬函數(shù)和權(quán)重集。

1.4 方向盤的輸入

一級評價(jià)中，因素集由人體的各舒適性指標(biāo)組成，由此可確定其子因素集為，其中分別代表疲勞度、不舒適感覺、頸部、肩部、背部、jh臀部、左腿、右腿、左肩、右肩和脊柱。

二級評價(jià)中，因素集是由人體的不同百分位來組成，因此，因素集可確定為5%、50%和95%分位。

評價(jià)集：

2.2.2 調(diào)節(jié)座椅

在RAMSIS中，不舒適評價(jià)刻度為8級，其中8位最不舒適級別，又因評價(jià)集為4級，所以設(shè)定一級因素集評價(jià)區(qū)間為：[0,2]=優(yōu)，[2,4]=良，[4,6]=差，[6,8]=糟糕。而脊柱健康指數(shù)X11，這一指標(biāo)的評價(jià)區(qū)間為[0,4]=優(yōu)，[4,6]=良，[6,7]=差，[7,8]=糟糕。

(2)從時(shí)間演變來看，成都平原城市群縣域經(jīng)濟(jì)實(shí)力存在排名變化，整體變化相對較小.上升型縣域主要分布在成都市區(qū)周圍，下降型縣域主要分布于經(jīng)濟(jì)實(shí)力相對薄弱的研究區(qū)外圍，實(shí)力相對穩(wěn)定的縣(區(qū))占到研究區(qū)的51.7%，空間分布比較分散.

網(wǎng)絡(luò)語言中涉及很多的方言和諧音。經(jīng)常運(yùn)用，人們在發(fā)音上就會出現(xiàn)一些錯誤，這會影響口語交際的效果。在青少年發(fā)音習(xí)慣還沒有養(yǎng)成的情況下，接觸錯誤的發(fā)音，就會對青少年今后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生很大影響，如“醬紫”“大蝦”“886”“0”（噢）等等。網(wǎng)絡(luò)語言還存在很多消極內(nèi)容，“一懶無娛”“你爸媽要是把那十分鐘用來散步該多好啊”，等等，這對青少年的價(jià)值觀形成和行為等都是一種消極影響。所以，網(wǎng)絡(luò)語言的出現(xiàn)對文字發(fā)音和句意理解產(chǎn)生了影響，對青少年的成長也是不利的。

在實(shí)數(shù)集范圍內(nèi)，隸屬函數(shù)一般有三總類型：偏小型、中間型和偏大型。另外，隸屬函數(shù)必須能夠體現(xiàn)出因素變化對舒適性的影響。由于只有在相鄰等級結(jié)果之間才會存在判斷模糊性，而在其他評價(jià)區(qū)間，隸屬度通常取0或1。因此，在舒適性的評價(jià)模型中，采用半梯形分布的偏小型和偏大型隸屬度函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。這樣可以得出指標(biāo)越大舒適程度越差的隸屬度函數(shù)為[4]：

里帕對《象形文字》的依賴，學(xué)者麥格拉斯（Elizabeth McGrath）認(rèn)為，原因是作者“瓦萊里亞諾習(xí)慣性地，不僅僅為擬人形象提供的是大量從別處采擷的人物形象及其隨附屬像，而且，甚至可以說是一部對其他人的象征符號的有用的解釋和先例”。《象形文字》所具備的學(xué)術(shù)性和全面性，體現(xiàn)在書中每條寓意釋義時(shí)一一列出其借鑒的圖像手冊目錄與索引，這一點(diǎn)對于里帕參考而言非常便利。當(dāng)然里帕也存在不少誤讀，如“和平”（Peace）的形象等。?此外，不止瓦萊里亞諾，里帕也采納了尼德蘭南部的揚(yáng)·貝肯（Jan Becan，1518～1572年）的象形文字作品，此書出版恰在里帕《圖像學(xué)》問世之前。?

四是建立獎補(bǔ)機(jī)制。財(cái)政部這些年加大了一事一議、先干后補(bǔ)、以獎代補(bǔ)的資金支持力度，每年投入接近200億元的資金用于調(diào)動農(nóng)民興修農(nóng)田水利建設(shè)的積極性。

兩級因素權(quán)值的確定：

對各因素賦予相應(yīng)的權(quán)值具有極其重要的意義。權(quán)值能夠反映出各因素的重要程度，對于形同的因素，若權(quán)值不同，評價(jià)的最后結(jié)果也可能不同。在舒適性評價(jià)中，要素X1、X2……、X11評價(jià)的權(quán)重值為A，各權(quán)值ai可視作各因素Xi對重要程度的隸屬度，這里ai要滿足非負(fù)性和歸一性條件。

采用下列公式確定一級因素的權(quán)值：

第二級的綜合評價(jià)需要確定5%、50%和95%中國男性人體模型的權(quán)值。這其中，權(quán)值的確定主要考慮三種百分位人體模型各自重要程度。由于我國大部分男性身高處在50%分位附近，因此50%分位權(quán)值最高。由此確定5%、50%和95%人體模型權(quán)值為：A={0.25,0.45，0.3}。

3.3.2 模糊評價(jià)的應(yīng)用

隨著社會的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，可能現(xiàn)在孩子學(xué)的許多東西到二三十年后就沒有用了，但是讓孩子做最好的自己，可以讓他們受益一輩子。

在具備評價(jià)集、因素集、隸屬函數(shù)及權(quán)值后，就可以對駕駛員駕駛員駕駛狀態(tài)下的換擋姿態(tài)舒適性進(jìn)行綜合評價(jià)。由表X可知5%、50%和95%駕駛員駕駛狀態(tài)下的換擋姿態(tài)不舒適性指標(biāo)。

根據(jù)四個(gè)等級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有公式（1）、（2）可得出如下四個(gè)隸屬函數(shù)：

通過公式（7）-（9） 可得到5%、50%和95%百分位人體模型在五個(gè)位置下的舒適性子因素評價(jià)矩陣：

表4 5%人體模型在X=+40位置下權(quán)值系數(shù)的計(jì)算

根據(jù)公式（3）-（5），能夠確定5%人體模型在X=+40位置下權(quán)值系數(shù)，結(jié)果如表4。

一期生物濾池占地80 m2，二期生物濾池占地40 m2。濾池底部設(shè)置布?xì)夤艿?，母管為HDPE管符合GB/T 19472.2—2017標(biāo)準(zhǔn)。母管與布?xì)庵Ч艿倪B接采用焊接方式，管與管的連接用HDPE防水密封套連接。布?xì)庵Ч転镠DPE波紋管，表面布有出氣微孔，符合AASHTO M252，Type CP標(biāo)準(zhǔn)，管與管的連接用HDPE防水密封套。

所以5%人體模型在X=+40位置下權(quán)值為：

同理，得到50%和95%人體模型在X=+40位置下權(quán)值為：

參考文獻(xiàn)[17]進(jìn)行釀酒酵母培養(yǎng)特征和細(xì)胞形態(tài)觀察、碳源同化試驗(yàn)、氮源同化試驗(yàn)、耐糖性、耐酸性以及耐鹽性等一系列生理生化特性分析。

利用矩陣乘法，這樣可求得3種不同百分位人體模型在X=+40位置下坐姿舒適性一級評價(jià)向量：

由各位置綜合評價(jià)向量B可知，X=+40隸屬度為優(yōu)的評價(jià)為0.4258，X=+20隸屬度為優(yōu)的評價(jià)為0.3987，X=0隸屬度為優(yōu)的評價(jià)為0.3797，X=-20隸屬度為優(yōu)的評價(jià)為0.3715，X=-40隸屬度為優(yōu)的評價(jià)為0.4016，根據(jù)最大隸屬度原則，X=+40優(yōu)的隸屬度最大，可得出在初始設(shè)計(jì)位置上，將換擋位置X向正向移動40mm后，操作舒適性將得到優(yōu)化

4、結(jié)語

利用RAMSIS軟件，可以在設(shè)計(jì)的前期對駕駛員周邊人機(jī)相關(guān)操作件的布置位置給出優(yōu)化方向，對工程設(shè)計(jì)給出了指導(dǎo)性參考。

[1]Ramsis-Handbook-English,2011.

[2]Motor Vehicle Dimensions.SAE J1100.2005.

[3]李鴻煒,肖盛燮,徐進(jìn),等.用多級模糊綜合評判理論評價(jià)汽車乘坐舒適性.公路與汽車,2005.

[4]孫映宏,陳雪芹,何曉洪.西湖水質(zhì)的模糊評價(jià).浙江水利科技,2003.

The layout of driver’s surrounding operating parts based on Ramsis

Kang Chengpeng, Wang Longyu, Zhu Bo, Wang Dongsheng, Shao Zhi, Zhao Dan
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

Based on the vehicles’ layout standard published by SAE, using Ramsis to simulate drivers’ driving state for one A-class passenger vehicle. According to comfort evaluation function of Ramsis, this paper optimize the layout of important driver’s surrounding operating parts including shift gears, hand brake, etc.

Ramsis; passenger vehicles; operating parts; shift gears; hand brake; comfort

U467.5

A

1671-7988 (2017)02-10-04

康程鵬，就職于華晨汽車工程研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.004