基于RAMSIS的轎跑車視野分析

摘要：介紹了汽車視野分析的基本方法，并基于RAMSIS軟件對某轎跑車視野進行了分析，分析內容主要包括儀表板盲區校核、A柱盲區校核、內外后視鏡視野校核等，為同類車型的視野分析提供了參考依據。

關鍵詞：RAMSIS；視野分析；轎跑車；后視鏡；眼點

中圖分類號：U462.2 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）04-0028-05

Visual Field Analysis Based on RAMSIS for Sport Sedan

LU Qi，SHU Chu-qi，ZHOU Quan，SHEN Si，CHEN Dan-hua

（Vehicle Engineering College ，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China）

Abstract： Visual field analysis method for vehicles was introduced in this paper.And the visual field analysis of a certain sport sedan was completed .It mainly includes dashboard dead zone checking，a pillar dead zone checking，interior and door mirrors checking and so on. This paper provided reference for visual field analysis of similar vehicle.

Keywords： RAMSIS；visual field analysis ；sport sedan ；back mirror；eyespot

隨著汽車保有量的日益增多，人們對汽車安全性的要求也越來越高。汽車視野性能與汽車的行駛安全性有著很大的關系，好的汽車視野設計能顯著減少交通事故發生的頻率。近年來，為了滿足消費者對舒適性和安全性的需求，國內各大汽車制造商在設計汽車時越來越重視人機工程學的應用，而人機工程學的重要組成部分——汽車視野的設計則顯得尤為重要。作為目前世界上最先進的人機工程分析軟件，RAMSIS能給汽車設計人員提供一整套系統的人機解決方案，目前已被全球80%以上的轎車制造商所采用。RAMSIS提供的汽車前后視野分析功能，將大大簡化傳統的汽車視野校核方法，也使校核分析更加直觀、科學。

1 基于RAMSIS軟件的視野分析

1.1 汽車駕駛員視野分析概況

汽車的視野分析主要分為前視野校核和后視野校核：前視野校核內容主要包括風窗玻璃透明區校核、A柱盲區校核、信號燈及路面視野校核、儀表板盲區校核；后視野校核內容主要包括內后視鏡視野校核、內后視鏡調節校核、駕駛員側外后視鏡視野校核和乘員側外后視鏡視野校核［2］。

在進行汽車視野分析時，一般都會采用某種人體模型，目前用的最多的是SAE二維人體模型。根據加速踏板的位置和設計經驗確定出座椅參考點R點的位置，由R點得出駕駛員眼點的位置，再根據眼點就可以按照法規要求進行汽車的前后視野分析。國內外法規對于汽車前后視野的校核都有非常明確的規定，這里主要依據中國國標進行校核。

1.2 RAMSIS人體模型姿態確定

在RAMSIS中按照中國人體尺寸建立人體模型，通過對手腳等身體部位的約束得到不同人體的舒適駕駛姿勢，確定駕駛員眼點位置，進而可以對汽車的前后視野進行校核。RAMSIS中確定眼點及校核的方法與傳統的方法不同。傳統的視野校核方法是：首先確定地板平面（一般設計成水平線），采用SAE95%男性人體模型，以放在加速踏板上的踵點為基準點，根據參考數據和設計經驗給出踏板角大致角度和人體各關節的夾角，95%男性人體模型的H點位置即為座椅設計參考點R點，然后根據國標的規定由R點確定V點、P點及E點位置，并按照法規的要求進行校核。與傳統校核方法不同的是，RAMSIS軟件能直接提供各種尺寸的三維人體模型，并能根據駕駛員相關動作任務的執行自動計算出最舒適坐姿，這樣可以很方便地確定R點位置。在進行前后視野校核時，RAMSIS也提供了一套方便精確的校核方案，不僅使校核過程大大簡化，也給設計人員提供真實可信的可視化界面，令視野分析簡潔明了。

1.3 視野具體校核方法

1.3.1 前視野校核

GB11562-1994《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》中規定了汽車前方視野必須滿足的要求如下。

（1）風窗玻璃透明區校核

風窗玻璃透明區至少應包括風窗玻璃基準點連線所包圍的面積。這些基準點是：

a）基準點a，V1點水平向前偏左17°；

b）基準點b，V1點向前沿鉛垂面偏上7°；

c）基準點c，V2點向前沿鉛垂面偏下5°；

d）輔助基準點a′、b′、c′，與a、b、c點關于汽車縱向對稱平面對稱。

（2）A柱盲區校核

汽車不得有兩根以上A柱。按GB11562-1994的規定進行測量，每根A柱雙目障礙角不得超過6°。若兩柱相對汽車縱向鉛垂面是對稱的，則右柱不需要再測量。

（3） 信號燈及路面視野校核

法規規定，上視野約束條件要求身材較高的駕駛員能看到位于汽車前方12 m處、高5m的紅綠燈，下視野約束條件要求身材較小的駕駛員能從轉向盤上方看到車前方的路，前方垂直視野評價指標見表1。

（4）儀表板盲區校核

法規要求駕駛員在舒適駕駛姿態下，能透過方向盤看到儀表板上顯示的信息，確保沒有重要信息被方向盤遮擋住。

1.3.２ 后視野校核

GB15084-2006《機動車輛后視鏡的性能和安裝要求》中對汽車后視野要求有明確的規定，主要校核內容如下。

（1）內后視鏡調節校核

法規規定，內后視鏡應能允許駕駛員在其駕駛位置上調節。

（2）內后視鏡后視野校核

駕駛員借助內后視鏡必須能在水平路面上看見一段寬度至少為20 m的視野區域，其中心平面為汽車縱向基準面，并從駕駛員眼點后60 m處延伸至地平線，如圖1所示。

（3） 外后視鏡視野校核

駕駛員借助駕駛員一側外后視鏡必須能在水平路面上看見一段寬度至少為2.5 m的視野區域，其右邊與汽車縱向基準面平行且與汽車左邊最外側點相切，并從駕駛員眼點后10 m外延伸至地平線。駕駛員借助乘員一側外后視鏡必須能在水平路面上看見一段寬度至少為4 m的視野區域，其左邊與汽車縱向基準面平行且與汽車右邊最外側點相切，并從駕駛員的眼點向后20 m延伸至地平線，后視鏡視野校核見圖2。

2 某轎跑車視野分析實例

2.1 駕駛員舒適姿態的確定

2.1.1 建立人體模型

RAMSIS軟件不僅包含中國的人體模型數據，也允許用戶根據需要自行定義人體模型的尺寸。校核中采用3種人體模型，分別是95%中國男性人體、50%中國男性人體和5%中國女性人體。國家標準GB 10000-88《中國成年人人體尺寸》按照人機工程學的要求提供了我國成年人人體尺寸的基礎數據。在RAMSIS的BodyBuilder模塊中編輯3種人體的身高、坐高和腰圍等主要尺寸，得到相應的人體模型，圖3為3種中國人體模型的建立。

2.1.2 放置人體模型

RAMSIS中人體模型的放置是通過執行用戶定義的約束任務來實現的，在放置模型的時候，給定如下約束任務：

（1）左腳踵點和地毯平面；

（2）右腳踵點和地毯平面；

（3）人體H-point與H點位置線；

（4）左右手皮膚點和方向盤；

（5）左右手輕握姿態；

（6）鎖住骨盆左右方向轉動。

RAMSIS根據以上約束任務自動計算出一個駕駛員最舒適坐姿，圖4為50%男性駕駛員的駕駛姿態。對其坐姿舒適性進行分析，得出不舒適度值為3.2。RAMSIS中規定了不舒適度值小于2.5時是非常理想的結果，2.5~5.5之間認為是可以接受的，高于5.5是不舒服甚至對人體有害的，數值3.2說明這是一個非常理想的駕駛姿態。當駕駛員以舒適姿態駕駛時，就可以對轎跑車的前后視野進行校核分析了。

2.2 前視野校核

2.2.1 風窗玻璃透明區校核

依照法規，根據座椅設計參考點R確定V1和V2點，分別從V1和V2點引線與風窗玻璃面相交，將3個交點沿汽車縱向平面對稱得到另外3個點，這6個點即為風窗玻璃基準點。

圖5為風窗玻璃透明區校核圖，將6個風窗玻璃基準點連接起來，得到一個6邊形區域。可以看出，該區域完全包含在風窗玻璃透明區內且位置正好合適，說明風窗玻璃透明區設計滿足法規要求。

2.2.2 A柱盲區校核

依據法規要求，先根據R點分別作出E1、E2、P1和Pm點的位置，從Pm點向前作與水平面向上成2°的平面，過此平面與A柱相交的最前點作水平截面S1；從Pm點向前作與水平面向下成5°的平面，過此平面與A柱相交的最前點作水平截面S2，將S1和S2截面投影在P點所在的水平面內，雙目障礙角在該平面內測量。E1和E2的連接線繞P1旋轉，使E1至左A柱的S2截面外側的切線與E1 E2連線成直角；從E1向左A柱的S2截面外側作切線和從E2向A柱的S1截面內側作切線；從E2點作前一切線的平行線，與后一切線所成的平面視野角度即為駕駛員側的A柱雙目障礙角。A柱雙目障礙角校核見圖6。

從圖6可以看出，測量得A柱雙目障礙角為2.671°，滿足A柱雙目障礙角小于6°的要求。由于該車兩A柱相對汽車縱向鉛垂面是對稱的，故右柱不需要再進行測量。

2.2.3 信號燈及路面視野校核

在汽車縱向平面內，作出位于汽車前方12 m處的高5 m的紅綠燈，分別作出前方4 m、5 m、6 m處的標桿，95%男性駕駛員前視野校核圖見圖7。

從圖7可以看出，95%男性駕駛員能清楚地看見前方的信號燈和眼點前5 m以外的路面，非常好地滿足了前方視野要求。同理校核5%女性駕駛員也滿足法規要求。

2.2.4 儀表板盲區校核

分別選取5%女性駕駛員、50%男性駕駛員和95%男性駕駛員做分析，在各自的舒適坐姿下，將視點約束到儀表板中央，RAMSIS可以方便快捷地得出駕駛員儀表板視野，50%男性駕駛員的儀表板盲區校核圖見圖8。

從圖8可以看出，50%男性駕駛員能在舒適駕駛時清楚地看到儀表盤顯示信息，同理校核得出用5%女性駕駛員和95%男性駕駛員進行校核時也符合設計要求。

2.3 后視野校核［3］

2.3.1 內后視鏡調節校核

法規規定了駕駛員在駕駛位置上自由調節內后視鏡的角度位置，這就要求駕駛員不僅能用右手接觸內后視鏡，而且整個過程應該是在相對舒適的姿態下進行（圖9為5%女性駕駛員調節內后視鏡圖）。同理可分析得出50%、95%男性駕駛員也能在比較舒適的坐姿下調節內后視鏡。

2.3.2 內后視鏡后視野校核

根據國標，在駕駛員眼點后60 m處按規定作3個點，并將它們連接成一個三角形區域，讓95%男性駕駛員以舒適姿態坐于車內。利用RAMSIS的后視野分析工具，選定內后視鏡轉動中心點，選取內后視鏡的鏡面平面，可以自動生成一個從駕駛員眼點出發到內后視鏡鏡面邊緣的成像包絡面，調節內后視鏡角度，直到該包絡面包含黃色三角形區域，將此狀態設置為內后視鏡工作位置，并截取駕駛員眼點后60 m處的成像包絡面。圖10為95%男性駕駛員內后視野校核圖。

可以看到駕駛員眼點后60 m處，成像包絡面的截面線把三角形區域完全包括在內，說明內后視野滿足設計要求。同理校核5%女性駕駛員內后視野也滿足法規要求。

2.3.3 外后視鏡視野校核

先對駕駛員一側外后視鏡視野進行校核，依照國標在駕駛員眼點后10 m處作3個點并連接成一個三角形區域。采用95%男性駕駛員，在駕駛舒適姿態下選定左外后視鏡轉動中心點，選取左外后視鏡的鏡面輪廓面，調節左外后視鏡角度，直到該包絡面包含三角形區域。將此狀態設置為左外后視鏡工作位置，截取駕駛員眼點后10 m處包絡面。用同樣的方法進行右后視鏡視野校核，不同的是在駕駛員眼點后20 m處平面內建立3個點，并在此平面內截取成像包絡面。95%男性駕駛員左右外后視野校核圖見圖11。

上圖顯示三角形區域完全包含在包絡線之內，說明駕駛員一側外后視野滿足設計要求。同理校核5%女性駕駛員側后視野也滿足法規要求。

3 結論

以某轎跑車為例，基于RAMSIS軟件對其進行了視野分析，結果顯示該車的視野設計完全符合法規要求。RAMSIS的功能非常廣泛，除了視野校核外，它還能進行駕駛員伸及性分析、舒適性分析和內部空間大小分析等。國內雖然也越來越重視人機工程學領域的研究，但是對其重視程度顯然還不夠，為了縮短與世界先進水平在汽車人機工程領域的差距，引進和推廣國外優秀的設計工具非常必要。另外，還有一些其他問題需要解決，如現在仍在使用的中國成年人人體尺寸數據庫是上世紀80年代建立的，已經不能真實反映現在中國成年人的實際尺寸。汽車人機工程方面的法規比較陳舊，應該適當地進行更新和修改，才能滿足我國汽車行業日益發展的需要。

參考文獻:

［1］ 任金東，范子杰，黃金陵．基于知識的汽車后視野分析系統［J］．汽車工程，2006，28（2）：159-162.

［2］ 李華. 基于知識的轎車視野校核系統研究與開發［D］．秦皇島：燕山大學，2005.

［3］ 岳岱衡. 基于RAMSIS的轎車內部人機工程布置與分析［D］．長春：吉林大學，2007.

［4］ GB 11562-1994，汽車駕駛員前方視野要求及測量方法.

［5］ GB 15084-2006，機動車輛后視鏡的性能和安裝要求.

［6］ GB 11563-1995，汽車H點確定程序.

［7］ GB 10000-1988，中國成年人人體尺寸.