劉楊 盧曦 楊玉

摘 要：為滿足駕駛員對(duì)駕駛室人機(jī)操縱件易觸及性及舒適性要求，以某商用車的寬體輕客為研究對(duì)象，參考傳統(tǒng)的SAE標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用CATIA分析二維人體手伸及界面，使用RAMSIS建立符合目標(biāo)市場(chǎng)的三維人體模型，在滿足三維人體舒適度要求前提下分析RAMSIS的手伸及界面。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在布置和校核駕駛室人機(jī)相關(guān)操縱件時(shí)，依據(jù)SAE標(biāo)準(zhǔn)CATIA計(jì)算的手伸及包絡(luò)范圍超過(guò)RAMSIS，手伸及界面復(fù)雜繁瑣，無(wú)法體現(xiàn)人體舒適性，而RAMSIS在滿足法規(guī)和推薦標(biāo)準(zhǔn)下，充分考慮了人機(jī)相關(guān)操縱件的舒適性，對(duì)駕駛室操縱件的布置和校核具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：CATIA；RAMSIS；手伸；界面；人機(jī)工程學(xué)；寬體輕客

DOI：10.11907/rjdk.172571

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

隨著汽車技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)行車安全重視程度日益提高，汽車駕駛室內(nèi)部布置不僅要滿足功能性要求，還要按照人體生物力學(xué)進(jìn)行布置[1]。如今，駕駛室操縱件、儀表板、中控面板、門板上的操控裝置布置，都需要考慮駕駛員是否可以通過(guò)舒適的狀態(tài)方便觸及和易于操作[2]。因此，在有限空間內(nèi)對(duì)所有操作裝置進(jìn)行合理布置，良好的手伸及界面起著重要作用[3]。

1 基于SAE的手伸及界面布置分析

汽車駕駛室的內(nèi)部操控件布置首先要確定駕駛員的操作范圍[4]，一般按照駕駛員的手伸及界面確定，其中有綜合因子G值的影響因素。駕駛員人體尺寸按男/女比例有：90/10、75/25、50/50；根據(jù)安全帶固定形式分為三點(diǎn)式安全帶和兩點(diǎn)式安全帶，目前大多數(shù)是三點(diǎn)式安全帶[5]；G的取值分為7個(gè)區(qū)間，具體為：G<-1.25、-1.241.25，綜上所述共有42種情況，根據(jù)不同的G值確定數(shù)值，在CATIA中把表格所有的點(diǎn)做好，生成線與曲面，即為手伸及界面[6]。

影響駕駛員手伸及界面的因素主要是駕駛室內(nèi)部設(shè)計(jì)，可以使用駕駛室尺寸綜合因子G進(jìn)行說(shuō)明[3]，影響綜合因子G的因素主要有9項(xiàng)，如表1所示。

某商用車寬體輕客劃分為B級(jí)車，確定駕駛員男/女比例為75/25，選用三點(diǎn)式安全帶對(duì)駕駛員進(jìn)行約束，三維數(shù)模上的數(shù)據(jù)測(cè)量對(duì)綜合因子G值的影響因素測(cè)量值如表2所示。

選取G值取值區(qū)間為0.25

表3中手伸及界面考慮范圍：駕駛員左側(cè)400mm，右側(cè)600mm，駕駛員H點(diǎn)以上800mm，駕駛員H點(diǎn)以下100mm。確定定位HR參考面，即用于定位駕駛員手伸及界面的平面，平行于車輛坐標(biāo)系YZ平面，位于AHP后方[7]，即有：HR=786-99G，G=0.3767，可得HR=748.706 7，即為HR基準(zhǔn)面在x方向位置。又L53=712.7，HR=786-99G>L53，則HR基準(zhǔn)面位于SGRP處，手伸及界面的坐標(biāo)系為以SGRP點(diǎn)為中心的坐標(biāo)系，得到SAE的手伸及界面如圖1所示。

圖1所示的包絡(luò)面為三指式手伸及界面。根據(jù)駕駛員操作操縱件時(shí)的手部姿勢(shì)不同，對(duì)駕駛員的手伸及界面作如下分類：①三指式手伸及區(qū)域如旋鈕類開(kāi)關(guān)；②單指式手伸及區(qū)域如點(diǎn)觸及按鈕和推拉式裝置；③滿掌式手伸及區(qū)域如方向盤、換擋手柄和駐車制動(dòng)器手柄等。操控裝置需滿足的手伸及界面不同，手伸及包絡(luò)面也不同，即要進(jìn)行一定量的修正，將三指式包絡(luò)面向前平移50mm得到的淡灰色包絡(luò)面為單指式手伸及界面，將三指式包絡(luò)面向后平移50mm得到的深黑色包絡(luò)面為滿掌式手伸及界面[7]。如圖2所示，為SAE的3種不同手伸及界面包絡(luò)。

2 基于RAMSIS的手伸及界面布置分析

RAMSIS是專業(yè)的汽車人機(jī)工程軟件，專門用于汽車人機(jī)工程方面的校核。RAMSIS人體庫(kù)中包含德國(guó)、日韓、美國(guó)、墨西哥、法國(guó)、中國(guó)等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的人體尺寸。本例商用車的寬體輕客劃為B級(jí)車，該車將于2019年上市，主要銷往中國(guó)。通過(guò)RAMSIS選擇中國(guó)人體模型，將身高、坐高、腰圍作為關(guān)鍵參數(shù)，選擇高的等級(jí)，人體模型參考年限定義為2019年，年齡段設(shè)置為18-60歲，建立95th百分位的中國(guó)男性人體模型。

將建立好的95th百分位男性人體模型與該寬體輕客商用車駕駛室內(nèi)的座椅、方向盤、踏板等一些硬點(diǎn)進(jìn)行約束，使人體模型以一種最舒適的姿勢(shì)坐在座椅上，手握方向盤，腳踩踏板[8]，得到駕駛員舒適度結(jié)果如表4所示。

表4中RAMSIS的駕駛員舒適性結(jié)果包括人體的總體不舒適度與身體各部位的不舒適度，其數(shù)值為0～8分，數(shù)值越小，舒適度越高。數(shù)值小于4分是極其舒適的結(jié)果，數(shù)值在4～5分之間為可以接受，數(shù)值在5～8分表示對(duì)駕駛員有不舒適的影響，需要整改[9]。由表4可知舒適度大部分都在4以下，滿足舒適性要求。

在滿足駕駛員舒適性要求的前提下進(jìn)行RAMSIS手伸及界面分析，如圖3所示。

RAMSIS中的手伸及界面分為左、右手伸及界面，利用RAMSIS對(duì)駕駛室的操控件進(jìn)行手伸及界面分析時(shí)，可以看出駕駛室的主要操縱裝置是否在手伸及界面包絡(luò)內(nèi)，即駕駛員以舒適的姿態(tài)能否對(duì)駕駛室內(nèi)的操縱裝置很好地觸及和操作。

3 基于SAE與RAMSIS的手伸及界面對(duì)比

SAE中定義的手伸及界面是根據(jù)大多數(shù)人體手指觸及范圍，通過(guò)公式計(jì)算的布置因子查表得到包絡(luò)面，并根據(jù)實(shí)際操作裝置進(jìn)行一定的調(diào)整。RAMSIS中，以人體肩關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，手臂長(zhǎng)為轉(zhuǎn)動(dòng)半徑得到一個(gè)接近半球面的手伸及界面[10]，RAMSIS的手伸及界面所形成的包絡(luò)面是單獨(dú)個(gè)體手部觸及能力范圍，可根據(jù)實(shí)際操作裝置的不同形式生成實(shí)際需要的觸及包絡(luò)面。圖4為SAE繪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體左、右手指尖可觸及的范圍，則SAE的手伸及界面分為單指式手伸及界面、三指手伸及界面和滿掌手伸及界面，即選取SAE的單指手伸及界面，與RAMSIS的手伸及界面進(jìn)行對(duì)比分析?？梢钥闯?，SAE的單指手伸及界面的覆蓋范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)RAMSIS的手伸及界面，即駕駛室內(nèi)的操作裝置或按鈕一旦在RAMSIS的手伸及界面內(nèi)，一定會(huì)滿足SAE手伸及界面范圍。對(duì)操作裝置進(jìn)行布置后，應(yīng)盡量使用RAMSIS的手伸及界面范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于某商用車的寬體輕客，將SAE標(biāo)準(zhǔn)的手伸及界面和RAMSIS的手伸及界面進(jìn)行布置和校核，發(fā)現(xiàn)SAE標(biāo)準(zhǔn)手伸及界面工程量大，而RAMSIS則更容易得到任何不同百分位、不同人體的手伸及界面。駕駛室內(nèi)的操控裝置一旦滿足RAMSIS的手伸及界面要求，必定滿足SAE標(biāo)準(zhǔn)的手伸及界面要求，RAMSIS相比SAE的手伸及界面提供了更嚴(yán)格更符合人機(jī)邊界和約束的限制，駕駛者能得到更舒適的操作體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊楓.基于生物力學(xué)的汽車駕駛室人機(jī)工程設(shè)計(jì)研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2015.

[2] 溫吾凡.駕駛室內(nèi)操作鈕件布置合理性的檢驗(yàn)方法[J].汽車技術(shù)，1988（10）：25-28.

[3] 溫吾凡，杜子學(xué).駕駛員手伸及界面與駕駛室尺寸綜合因子G[J].汽車工程，1991（1）：57-64.

[4] 李佳潔.基于人機(jī)工程學(xué)的汽車車身內(nèi)部布置方法研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007.

[5] 楊英，張國(guó)忠，馮麗敏.用因子分析法確定工程機(jī)械駕駛室尺寸綜合因子G[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（3）：316-319.

[6] 溫吾凡.人體工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].汽車工程，1988（1）：15-25.

[7] 任金東.汽車人機(jī)工程學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2010.

[8] 顏伏伍，寧予，田紹鵬，等.基于RAMSIS的微型汽車駕駛員舒適性分析[J].汽車技術(shù)，2008（11）：37-40.

[9] 康程鵬，王隆宇.基于RAMSIS的乘用車駕駛員周邊操作件布置[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（1）：10-13.

[10] 伍毅.基于RAMSIS的A類乘用車內(nèi)部人機(jī)工程布置設(shè)計(jì)方法研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2012.

（責(zé)任編輯：杜能鋼）