作者：伍毅，李軍，敖志國(guó)，鐘偉，于素娟單位：重慶江康汽車技術(shù)有限公司

摘  要：

本文以汽車設(shè)計(jì)中組合儀表與MP5視野常用分析方法為基礎(chǔ)，結(jié)合Ramsis軟件，模擬不同人體駕駛員處于不同坐姿角度時(shí)觀察組合儀表與MP5的眼點(diǎn)位置，分析出更貼近于駕駛員實(shí)際觀察組合儀表與MP5的視野情況，為汽車設(shè)計(jì)過程中提供更加確切的參考依據(jù)。

引  言

汽車最初作為人們?nèi)粘３鲂械慕煌üぞ撸S著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及人們審美水平的提升，目前的汽車設(shè)計(jì)已逐步與時(shí)尚、科技相融合。在乘用車內(nèi)飾造型中，傳統(tǒng)的機(jī)械組合儀表加小屏MP5或MP3逐漸減少，液晶儀表與大屏MP5逐漸成為這個(gè)時(shí)代的新寵。越來越多的新款車型選用液晶儀表與MP5連屏的方式作為內(nèi)飾造型的吸睛點(diǎn)。

液晶儀表與MP5連屏的造型也不可避免的會(huì)出現(xiàn)被方向盤遮擋的情況。組合儀表與MP5是汽車最重要的功能部件之一，是駕駛員獲取汽車運(yùn)行狀態(tài)信息的重要設(shè)備。它對(duì)汽車的安全、經(jīng)濟(jì)行駛起著重要作用，是汽車主動(dòng)安全的重要組成部分。所以汽車設(shè)計(jì)、制造過程中，應(yīng)避免組合儀表出現(xiàn)遮擋問題。在汽車前期設(shè)計(jì)時(shí)，如何有效驗(yàn)證組合儀表及MP5被遮擋情況將成為其布置與UI設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題。

本文將以某款連屏SUV為例詳細(xì)闡述運(yùn)用目前汽車設(shè)計(jì)中常用的視野分析方法， 結(jié)合運(yùn)用RAMSIS分析軟件，模擬出不同人體在觀察組合儀表或MP5時(shí)，頭部轉(zhuǎn)動(dòng)后的實(shí)際眼點(diǎn)。再考慮多種人體的條件下，呈現(xiàn)出更貼近于實(shí)際的駕駛員觀察組合儀表及MP5的視野情況。

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Ramsis簡(jiǎn)介

Ramsis軟件由多位德國(guó)制造商共同開發(fā)而成，是“用于乘員仿真的計(jì)算機(jī)輔助人體數(shù)字系統(tǒng)” [1]。目前全球大多數(shù)汽車制造商均有使用Ramsis進(jìn)行人機(jī)工程分析，并根據(jù)汽車行業(yè)的發(fā)展在逐步更新完善，其功能豐富提供了各國(guó)家地區(qū)的人體模型。使用者可根據(jù)不同車型對(duì)人體模型進(jìn)行部分駕駛姿態(tài)約束，Ramsis可自動(dòng)計(jì)算出貼近實(shí)際的人體姿態(tài)，再進(jìn)行各類人機(jī)工程分析。

Ramsis軟件motion模塊中move eye功能可模擬駕駛員觀察不同物體時(shí)，頭部偏轉(zhuǎn)到最舒適的位置，運(yùn)用此功能就可模擬得到駕駛員觀察組合儀表及MP5時(shí)更貼近于實(shí)際的眼點(diǎn)。 

2?

常用視野分析方法

現(xiàn)在各大廠商使用的主流CAD輔助軟件基本上是UG、CATIA等軟件，乘用車駕駛員視野分析是基于UG/CATIA等軟件，建立二維人體模型和視野模點(diǎn)模型，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)進(jìn)行分析的方法 [2]。此類分析方法基本采用固定眼點(diǎn)位置及二維人體模型，未結(jié)合實(shí)際不同人體身高尺寸，同時(shí)未考慮駕駛員在觀察組合儀表或MP5時(shí)存在頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。造成分析結(jié)果為方向盤對(duì)MP5及組合儀表視野遮擋較大或偏小，與實(shí)際駕駛員的視野偏差略大，已經(jīng)難以滿足目前連屏的設(shè)計(jì)需求。
3?

組合儀表與MP5連屏視野分析方法

3.1 主要原理

利用光沿直線傳播及光的可逆性，將不同人體駕駛員在各種狀態(tài)下的眼點(diǎn)作為光源，將方向盤輪廓投影到組合儀表及MP5上。從而確定不同人體駕駛員觀察組合儀表及MP5時(shí)，其被方向盤遮擋的部分區(qū)域。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

在進(jìn)行分析前需收集準(zhǔn)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：地毯面、踏板、座椅滑軌線、方向盤、組合儀表、MP5、設(shè)計(jì)人機(jī)數(shù)據(jù)等。

除設(shè)計(jì)人機(jī)位置，還需定義駕駛員人體模型，駕駛員人體模型建議參考標(biāo)準(zhǔn)SAE J833。在汽車設(shè)計(jì)過程中，人體尺寸模型設(shè)計(jì)考慮的范圍越大，設(shè)計(jì)難度也越大。國(guó)內(nèi)外乘用車的人體設(shè)計(jì)模型選取范圍通常為5%人體到95%人體。連屏造型由于成本、尺寸空間等原因，一般被乘用車所采用。同時(shí)乘用車實(shí)際駕駛員身高體型跨度大，建議在組合儀表及MP5連屏設(shè)計(jì)布置過程中，需考慮5%人體到95%人體視野情況。

表1 SAE J833 5%,50%,95%人體參數(shù)

3.3 分析方法

1）首先根據(jù)SAE眼橢圓視野范圍初步布置液晶儀表與MP5連屏位置。

2）提取方向盤外緣線L1，如圖1所示。

3）提取方向盤內(nèi)緣線L2，如圖1所示。

4）在RAMSIS BodyBuilder模塊中，根據(jù)SAE J833中各類人體參數(shù)建立5%人體,50%人體，95%人體。

5）根據(jù)此車型地毯面、踏板、座椅行程線、方向盤等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)用motion模塊中task editor命令對(duì)95%人體進(jìn)行約束，約束95%人體模型H點(diǎn)與座椅設(shè)計(jì)R點(diǎn)重合，右腳踩至加速踏板壓縮1/3位置，左腳放置在歇腳踏板上，雙手正常抓握方向盤。從而獲得95%人體正常駕駛車輛的駕駛姿態(tài)，如圖2所示。

6）約束95%人體視野看液晶儀表中心點(diǎn)，使用RAMSIS 的Move eye命令，模擬駕駛員觀察液晶儀表時(shí)的頭部偏轉(zhuǎn)，得到頭部偏轉(zhuǎn)后的左眼點(diǎn)A1和右眼點(diǎn)A2位置，如圖2所示。

7）約束95%人體視野看MP5中心點(diǎn)，也使用RAMSIS的Move eye命令，模擬駕駛員觀察MP5時(shí)的頭部偏轉(zhuǎn)，得到頭部偏轉(zhuǎn)后的左眼點(diǎn)B1和右眼點(diǎn)B2。

8）將兩組眼點(diǎn)A1、A2與B1、B2從Ramsis中導(dǎo)出保存。

9）運(yùn)用CATIA仿射命令，將L1和L2過分別以A1為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行仿射，L1和L2的仿射線與組合儀表面相交所圍成的區(qū)域?yàn)镾1。

10）運(yùn)用CATIA仿射命令，將L1和L2過分別以A2為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行仿射，與組合儀表面相交所圍成的區(qū)域?yàn)镾2。

11）S1和S2的并集Sa，即為該人體透過方向盤觀察液晶儀表的可視區(qū)域。

12）過點(diǎn)眼點(diǎn)B1和點(diǎn)B2重復(fù)9-11步驟，得到95%人體透過方向盤觀察MP5的遮擋區(qū)域SA。

13）重復(fù)以上4-12步驟，獲得50%人體和5%人體透過方向盤觀察組合儀表的可視區(qū)域Sb和Sc。

14）同上獲得50%和5%人體透過方向盤觀察MP5的遮擋區(qū)域SB和SC。

15）通過SaSbSc液晶儀表可視區(qū)域，優(yōu)化組合儀表布置位置，如圖3所示。

△  圖3 SaSbSc區(qū)域 

16）通過SASBSC MP5被遮擋區(qū)域，優(yōu)化MP5布置位置并合理設(shè)計(jì)UI界面，如圖4所示。

△  圖4 SASBSC區(qū)域
4?

結(jié)  論

運(yùn)用Ramsis通過不同人體左右眼睛看連屏，考慮方向盤內(nèi)緣和外緣對(duì)聯(lián)屏的遮擋，同時(shí)考慮人體看MP5、液晶儀表時(shí)頭部會(huì)適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)，提取頭部轉(zhuǎn)動(dòng)后眼點(diǎn)的位置進(jìn)行分析，有利于反映駕駛員實(shí)際視野情況。對(duì)汽車設(shè)計(jì)中連屏液晶儀表與MP5布置及UI設(shè)計(jì)起到更有效的指導(dǎo)作用。

以上方法是基于Ramsis對(duì)連屏校核其被方向盤遮擋視野的情況，相對(duì)于傳統(tǒng)視野方法更加貼近實(shí)際。通過相同原理，亦可進(jìn)行類似視野分析。Ramsis為汽車設(shè)計(jì)提供了更多貼近于實(shí)際的驗(yàn)證手段，將汽車設(shè)計(jì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與Ramsis有機(jī)融合，汽車設(shè)計(jì)理論技術(shù)將會(huì)更加貼近于實(shí)際情況，設(shè)計(jì)效率也將逐步提高，最終將有效節(jié)省汽車設(shè)計(jì)成本與設(shè)計(jì)周期。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周一鳴,毛恩榮.車輛人機(jī)工程學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1999,12.[2] 武力軍.基于Ramsis的汽車駕駛員視野分析[J].汽車實(shí)用技術(shù),2016,9.[3] 杜子學(xué),伍毅.SAE眼橢圓和RAMSIS眼點(diǎn)在儀表板盲區(qū)校核上的比較[J].北京汽車,2011,5.

（原載《西南汽車信息》2022年第9期）