0 前言

汽车是一个以人为中心的产品，需要重点考虑如何更好地满足驾驶员和乘客的需求，从而创造一个乘坐舒适、操纵便捷可靠的驾驶环境和乘坐空间。因此，无论是汽车的外观设计、内部空间布置，还是安全系统以及部件结构设计等，都需要考虑人机工程。

早期的人机工程设计主要在二维环境下进行，近十几年来，依托于RAMSIS软件的出现，三维环境下的人机工程设计越来越普遍。RAMSIS的应用使人机工程设计更为直观和便捷，同时可以与传统二维设计相辅相成，发挥各自的优势，加速产品开发。

在全球汽车行业中，超过75%的汽车厂商使用RAMSIS，它已成为了行业公认的软件，被广泛应用于汽车人机工程学分析^[1]。本文以某新能源乘用车开发项目为例，介绍如何通过RAMSIS实现人机工程的设计和优化。本案例采用RAMSIS软件的V5-1-4-100-R26NET2012版本进行。

1 汽车人机工程的重点

研究汽车的人机工程，设定驾驶员坐姿及驾驶舱布置环境是整车开发中的重要工作，因为这涉及到车辆的内部空间布置、座椅设计、仪表板布局及操作杆/操作键的设置等，与驾驶体验密切相关。利用RAMSIS可以对以上要点进行设计和优化，并能克服现存SAEJ826模板人体的不足，进一步提高车辆的人机工程品质^[2]。

RAMSIS的主要功能有定义人体模型、定义人体姿态、手伸界面分析、定义安全带、视野分析和人体舒适性分析等，主要功能如图1所示。

图1 RAMSIS的主要功能

2 基于RAMSIS的人机工程设计

本案例中某新能源乘用车的车内二维人体布置图已经完成，经过校核满足设计要求，如图2所示。但二维图无法很好地校核某些三维环境中的方案，比如人体周边的转向盘、仪表台、副仪表台、扬声器和安全带等，这些方案涉及人体周边的空间、零部件的性能和使用舒适性等，需要用RAMSIS软件进一步校核。

图2 二维人体布置

2.1 定义人体模型

人机工程设计始终是围绕人体这个基本对象来进行的，因此定义人体模型是所有人机工程方案设计的起点。RAMSIS定义的人体模型尺寸需要与二维布置图人体尺寸一致或接近。

在该新能源乘用车车型的人机工程设计中，我们先用CreatRole命令，在“RAMSISNGRoleDefinition”对话框中确认H-point、PostureModel、PrepositioningPoint，其他全部默认，最后点击“确认”创建人体，如图3所示。

图3 创建人体

再用CreatManikin命令，在“RAMSISNGCreateManikin”对话框中设置性别、国家、年龄、人体参考年份、尺寸、肥胖、比例、鞋子模型及头发模型等，如图4所示，其中头发模型设置不影响人体身高。

图4 设置人体参数

在实际整车开发项目中，人体一般按照5%（女性人体）、50%和95%三种人体进行设计分析，如图5所示，因此我们在RAMSIS中可以进行如下对应设置：5%人体可以设置为中国女性、年龄36～55岁、参考1988年人体、中等人体尺寸（人体高度为1563mm）；50%人体可以设置为中国男性、年龄26～35岁、参考2030年人体、中等人体尺寸（人体高度为1724mm）；95%人体可以设置为德国男性、年龄30～49岁、参考2010年人体、高人体尺寸（人体高度为1888mm）。若所开发的车型主要针对中国市场，则人体尺寸可参考GB/T10000-2023《中国成年人人体尺寸》进行设置。

图5设置“5%、50%、95%”三种人体

2.2 定义人体姿态

定义人体姿态是人机工程设计中关键的一环，将直接影响人机工程方案的质量。在这个汽车项目中，影响驾驶姿势的主要部件包括转向盘、座椅以及踏板等^[3]，依据二维人体布置图中产生的关键硬点参数（如踵点所在直线和平面、加速踏板中心线、转向盘左右两侧端点、歇脚踏板面和座椅行程等，即关键的点、线和面），并将这些硬点参数提取出来，结合已设置好的人体模型，就可以在RAMSIS环境中进行人机工程分析，如图6所示。

图6 人体硬点参数提取

用RAMSISNGDefineConstraint命令，在ConstraintType中选择TARGET，在ManikinComp中选择人体皮肤点，在Env.Object中选择约束的面、点和线，点击“确定”后，人体皮肤点和约束会出现红线。重复以上操作，完成手部、H点、脚掌和踵点等的约束。在ConstraintType中选择PelvisRotation，勾选TiltSideways，点击“应用”，可以防止人体出现左右倾斜；在ConstraintType中选择TorsoAngle，在FixedAngle中输入靠背角数值，点击“应用”，可以设置靠背角，如图7所示。

图7 建立约束

用RAMSISNGPostureCalculation命令，点击“Start”进行仿真，即可完成人体姿态的定义。人体姿态定义完成后，可以通过CalculatetheSkinGeometry（人体外形导出）命令，生成三维的人体曲面，如图8所示，之后就可以进行人机工程分析和优化了。

图8 三维人体

2.3 副仪表台方案优化分析

在本次新能源乘用车的开发项目中，我们通过校核三维人体与副仪表台，发现人体右腿膝盖附近与副仪表台上部有3mm左右的干涉，如图9所示。针对这一问题，我们采用修改副仪表台此处的形面来规避干涉，满足人机空间要求。

图9 三维人体腿部与副仪表台干涉

2.4 高音扬声器方案优化分析

在本项目中，高音扬声器的布置要求在竖直方向上，水平0°至标准坐姿碰撞试验用人体耳孔位置角度偏差+5°、-0°，如图10a所示。我们通过校核发现，A柱高音扬声器指向与人耳孔位置角度为7°，大于5°的要求，如图10b所示，因此该方案不满足布置要求，会造成扬声器的体验下降，需要对扬声器的指向进行调整，从而优化扬声器的效果。

图10 高音扬声器方案校核分析

2.5 安全带方案优化分析

人体姿态定义完成后，点击工具栏的Modules命令，然后继续点击Beltanalysis—Manikin—Definition—Define等命令后，可进行3个安全带固定点参数的设置。根据以上设置，RAMSIS可生成安全带仿真结果。仿真结果表明：该方案95%人体安全带与颈部边缘距离75.4mm≥10mm，满足舒适性要求；但是安全带与肩部边缘距离为负数（-6mm），这表明安全带会出现滑肩现象，不满足舒适性和安全性要求，需要对安全带方案进行优化设计^[4]。

3 结论

以上列举的几个利用RAMSIS软件进行优化的方案，是比较有代表性的。实际上在我公司多个新能源乘用车项目中，有大量的人机工程设计问题得到了完美解决，这大大提高了工作效率，缩短了产品的开发周期；同时，由于在项目早期解决了许多人机工程问题，规避了风险，因此降低了项目返工的开发成本。这些都体现了RAMSIS软件在人机工程设计中便捷、准确和直观的优点，并在实际工作中发挥着越来越重要的作用。

参考文献

[1] 谭瑛鹏,陈昌明.RAMSIS人体数据库建立方法[J].汽车工程师,2010(8):27-29.

[2] 陆子青.RAMSIS驾驶员坐姿与SAE标准坐姿对比研究[J].汽车与驾驶维修（维修版）,2019(12):97-99.

[3] 罗兴来,王隆宇,刘殿科，等.基于RAMSIS的乘用车方向盘中心点研究[J].汽车实用技术,2019(7):131-133.

[4]周侠,皮士华,吴雪珍.乘用车安全带舒适性虚拟评价研究[J].质量与标准化,2024(1):50-53.

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