基于RAMSIS仿真的換檔操作舒適性設計

王甫瑞 趙麗芬 劉輝

摘 要：目前換檔大多數利用相對R點的推薦區域進行布置，此方法難以體現車型差異帶來的方向盤、三踏板等不同位置對舒適區域的影響。本文針對具體車型，利用RAMSIS軟件，選用中國人體，首先對某車型 MT換檔操作舒適性進行了分析，結果表明該車型存在換檔操作略微不舒適的問題;通過對布置位置的調整及各位置換檔操作舒適性分析，得到基于方向盤及三踏板位置的舒適位置，進而給出了該車型MT換檔球頭的推薦改進方案。

關鍵詞：姿勢舒適性 RAMSIS 人機工程 換檔舒適性

1 引言

換檔是駕駛過程中頻繁操作的動作，換檔操作的舒適度直接影響駕駛員的操作感受，是人機布置中重要考慮對象。目前主流的布置方法是根據相對R點推薦區域進行布置，此方法簡單易行，但難以體現不同車型方向盤、三踏板等不同位置對舒適區域的影響。

RAMSIS是一種乘員仿真的軟件，可以實現在數模中模擬真人駕駛姿勢，并對各種操作姿勢進行舒適性分析評價。本文針對某車型MT車型，利用RAMSIS軟件對其換檔操作舒適性進行分析，并對布置位置進行調整，得到基于方向盤及三踏板位置的舒適位置，進而給出了該車型MT換檔球頭的推薦改進方案。

2 某車型MT換檔操作舒適性分析

人們駕駛習慣通常是上車以后根據方向盤及踏板位置，調節座椅找到舒適駕駛位置，駕駛過程中一般不會再次調節座椅位置，本文中將此駕駛姿態稱為初始駕駛姿態，換檔各動作在此姿勢基礎上通過軀干及手臂的活動完成。因此本分析步驟為：

（1）選取不同身高的一組人體;

（2）根據方向盤、加速踏板等環境件位置，建立約束條件，確定各人體初始駕駛姿態對應的位置;

（3）將人體固定在初始駕駛姿態位置上，變化約束條件，得到各檔位的換檔姿勢;

（4）對各姿勢進行操作舒適性評價。

2.1 人體模型選擇

該車型主要面對中國市場，本文選取中國95%男性、50%男性和5%女性，腰圍中等，坐高中等，年齡段18-60，根據車型上市后的使用時間選擇參考年度為2017年。

2.2 初始駕駛姿態H點確定

在RAMSIS分析中，設置的重要部分就是將人體與周圍環境模型建立約束關系，但若加過多的約束會增加計算的難度，甚至會使人體模型的姿態失真，因此在本車型的駕駛員姿勢舒適性分析中，應根據姿勢需要盡可能少的選取約束關系。初始駕駛姿態約束設置具體如下：

（1）人體H點約束在座椅行程框圍成的平面內;

（2）左腳踵點與地毯壓縮平面約束;

（3）左腳踏點與擱腳板平面約束;

（4）右腳踵點與地毯壓縮平面約束;

（5）右腳踏點與踏板約束：此車型的仿真分析中，95%男性、50%男性選取踏板中心點，由于女性腳長較小，踏點和踵點距離小于踏板中心線點到地毯面的距離，選取踏板縱向中心線與右腳踏點約束。

（6）左右手與方向盤約束;

（7）雙手輕抓握姿態。

2.3 換檔姿勢選擇及約束條件變換

MT一般有6個檔位，但舒適性分析一般選取行程的極限位置的換擋姿勢，本文選取5檔（最前）、空檔（中間）和2檔（最后）3個位置。相應約束條件變化為：

（1）人體H點約束在通過方向盤、加速踏板確定的初始駕駛姿態的H點上;

（2）左右手皮膚點的約束。

左手仍與方向盤約束。右手皮膚點約束對象分別選取5檔（最前）換檔手柄中心點、空檔（中間）換檔球頭中心點和2檔（最后）換檔手柄中心點。

2.4 換檔操作舒適性分析結果

操作舒適性通過不舒適度數值進行評價。其中不舒適度包括總體不舒適度以及頸部、肩部、背部、腹部、左右腿、左右臂等8個關節部位不舒適度。結果的呈現采用數值形式，條數值越大，舒適度越差，反之越好。一般來講，不舒適度分析數值小于2.5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則是明顯不舒適甚至對人體有害的[4]。三個檔位總體不舒適度值>4可認為存在略微不舒適。

某車型MT分析結果表明，目前布置方案50%中國人體在5檔和2檔得分均>4.5分。95%、50%、5%人體各檔位總體不舒適度值均值分別為3.93、4.63、4.03，說明此布置方案存在略微不舒適。

3 換檔布置位置調整及推薦方案選擇

某車型MT球頭現方案布置在競品中已處于較高位置，因此本次換擋位置調整方向為Z向向下調整，調節量分別取沿Z軸-30mm、-60mm、-90mm，其各檔位總體不舒適均值如下圖2所示，圖中結果顯示，在目前方案及Z向-90mm區間內，總體不舒適度均值變化為V型趨勢，Z向調整-60mm在四個位置中最小，為推薦改進方案，具體布置時須根據環境件適當在Z向-30mm及-60mm調整。

4 結語

鑒于現有換檔布置方法的不足及RAMSIS軟件舒適性評價的優勢，對某車型 MT換檔操作舒適性進行了分析，并基于分析結果給出了推薦方案，此方法對其他車型開發中換擋舒適位置的布置，同時具有較大的借鑒意義。

貴州省科技廳聯合基金項目。項目編號：黔科合LH字[2017]7322號。

參考文獻：

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[4]朱煒昱，陳昌明，沈浩.RAMSIS在汽車人機工程學中的應用[J].中國科技信息，2007，08.