張明晶 鄭麗麗 康意誼

【摘 要】文章針對虛擬設計階段安全帶人機舒適性難于預計和評價的問題，使用RAMSIS軟件進行了某車型駕駛員安全帶人機舒適性分析，闡述了基于RAMSIS軟件的汽車安全帶人機舒適性分析流程，體現(xiàn)了RAMSIS軟件的優(yōu)勢所在。該研究結果填補了RAMSIS軟件在汽車安全帶人機舒適性分析中的應用空白，同時結果表明RAMSIS軟件的應用可為工程師在虛擬設計階段明確安全帶設計和改進方向提供充足依據(jù)。

【關鍵詞】駕駛員；安全帶；人機舒適性；RAMSIS

【中圖分類號】U462 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）01-0105-04

隨著人們生活水平的提高和法律法規(guī)的不斷完善，人們對汽車乘坐舒適性和安全性的要求越來越高。安全帶作為保障汽車和乘坐人員安全的重要設備，在汽車發(fā)生碰撞時，能有效地減少乘員及車輛受到的損傷[1]。目前，世界各國均制定了佩戴安全帶的強制法規(guī)。在我國，公安部于1992年11月15日頒布通告，規(guī)定從1993年7月1日起，所有小客車（包括轎車、吉普車、面包車、微型車）駕駛人和前排座乘車人，必須使用安全帶。《道路交通安全法》第五十一條也規(guī)定：機動車行駛時，駕駛人、乘坐人員應該按規(guī)定使用安全帶。因此，安全帶的人機舒適性成為影響整車人機舒適性的必要因素。在安全帶布置時，對安全帶的人機舒適性進行校核就顯得尤為必要。

傳統(tǒng)的汽車安全帶人機舒適性通常需要在虛擬設計后期制造模型車進行評估，甚至在虛擬設計結束后制造實車進行驗證，這種方法評估之后帶來的更改會引起開發(fā)周期的延長或者模具的重大更改，增加設計成本和時間。目前，隨著計算機技術的發(fā)展，出現(xiàn)了諸如DI-Guy[2]、JACK[3]、Joint Motion[4]等各種基于虛擬人技術的人機工程分析軟件，這類軟件被廣泛應用于汽車行業(yè)中。尤其是近幾年來，由德國各大汽車制造廠家及其他公司共同研發(fā)的RAMSIS三維人機工程分析系統(tǒng)在各主機廠商的設計中得到廣泛的應用和好評[5]。RAMSIS軟件的功能之一是進行汽車安全帶人機舒適性分析，但是基于RAMSIS軟件的汽車安全帶人機舒適性分析研究在國內仍處于空白狀態(tài)，因此，本文將基于RAMSIS軟件進行某車型駕駛員安全帶人機舒適性分析。

1 RAMSIS簡介

RAMSIS是意思為“用于乘員仿真的計算機輔助人體數(shù)字系統(tǒng)”的德語縮寫，是一種基于虛擬人技術的高效CAD工具。該軟件提供了一個可快速編輯的人體模型，能夠為工程師提供各種虛擬的人體姿態(tài)，甚至建立符合國家標準的數(shù)字人體數(shù)據(jù)庫。

RAMSIS的主要功能在于自動化的人機工程分析和評價。該軟件具備人體姿勢模擬、視野分析、可及性分析、舒適性分析等多種人機工程分析功能，用戶可以直接在RAMSIS軟件中創(chuàng)建CAD模型，也可從其他CAD工具（例如UG、CATIA等）導入模型，并根據(jù)用戶需求來定義人體模型的性別、年齡、時代、百分位和姿勢等，進行相關的人機工程分析，并可一定程度上給出人機工程評價結果，以加快工程師進行數(shù)據(jù)對比分析和結果評估。

與使用實車進行人機工程評價的傳統(tǒng)方法相比，RAMSIS主要具備以下優(yōu)勢：節(jié)省時間和成本，無需消耗大量資源制造模擬樣車，設計初期即可開展人機工程分析；有效整合設計理論、原理、數(shù)據(jù)和方法；對汽車工業(yè)的高度專注[6]；簡單便捷的操作和齊全的人機工程分析功能。因此，RAMSIS軟件已經在全球70%以上的轎車制造商中使用[6]。

2 基于RAMSIS的汽車安全帶人機舒適性分析流程和方法

安全帶的人機舒適性分析作為RAMSIS軟件的重要功能之一，其工作過程通常遵循一定的流程和方法。

2.1 RAMSIS進行汽車安全帶人機舒適性分析的流程

RAMSIS進行汽車安全帶人機舒適性分析通常遵循圖1所示的流程。

該流程為RAMSIS進行汽車安全帶人機舒適性分析的過程框架，工程師可根據(jù)設計實際情況進行簡化或者細化，以便靈活地運用RAMSIS的快速分析能力。

2.2 RAMSIS進行汽車安全帶人機舒適性分析的方法

RAMSIS軟件分析安全帶人機舒適性主要有以下2種方法。

一是eBTD分析方法，該方法通過設置人體姿態(tài)、安全帶固定點等約束，進行安全帶人機舒適性分析。該方法建立的人體模型是大小固定的假人模型，不能分析不同人群佩戴安全帶的人機舒適性，但是通過該方法進行的安全帶人機舒適性校核，軟件會依據(jù)加拿大法規(guī)自動評估安全帶人機舒適性是否滿足要求。

二是Manikin分析方法，該方法的安全帶參數(shù)設置過程與eBTD方式相同。該方法建立的人體模型可以根據(jù)用戶需求選取和設置，人體姿勢可以自定義，能夠更詳細和準確地模擬不同乘員佩戴安全帶的人機舒適性，但是使用該方法計算的人機舒適性結果，RAMSIS軟件不能自動判斷其是否滿足要求，需要人為觀察評判。

3 基于RAMSIS的某車型駕駛員安全帶人機舒適性分析

該車型為一款改型車，因此，在進行RAMSIS分析時，可在圖1所示的流程基礎上簡化操作，在進行簡單的前期準備工作之后，可直接進行安全帶人機舒適性后期校核。

3.1 前期準備工作

前期準備工作主要集中在基礎數(shù)據(jù)的建立和安全帶相關信息確定上。

3.1.1 基礎數(shù)據(jù)建立

基礎數(shù)據(jù)的建立主要包括SgRP點、AHP點、FRP點和BOF點的確定以及座椅配置的確定。

該車型SgRP點、AHP點、FRP點和BOF點根據(jù)GB/T 29120—2012中規(guī)定的程序和相關企業(yè)標準進行了確定，并通過輸入坐標數(shù)據(jù)的形式直接在RAMSIS軟件中建立。SgRP點為中國95%男性人體H點的位置，不同的人體SgRP點位置不同，本文5%女性人體和50%男性人體H點位置在95%男性人體H點基礎上沿著座椅滑動方向分別前移163.1 mm和80.7 mm。

該車為商用微型車，其駕駛員座椅可滑動且靠背可調節(jié)。因座椅可滑動，且靠背可調節(jié)，所以在進行安全帶人機舒適性分析時，應考慮各乘坐狀態(tài)下的安全帶人機舒適性。本文旨在闡述RAMSIS的分析流程和方法，為簡化分析過程，僅選取駕駛員腳踩加速踏板，且座椅靠背角為設計靠背角23°時的乘坐姿勢進行分析。

3.1.2 安全帶信息確定

該車型為M1類車輛，根據(jù)法規(guī)GB 14166的規(guī)定，其安全帶配置為三點式安全帶。并根據(jù)法規(guī)GB 14167—2013的規(guī)定，繪制安全帶固定點法規(guī)區(qū)域。因該車為改型車，故其安全帶固定點在原型車基礎上微調即可得出安全帶固定點位置。

3.2 安全帶人機舒適性分析

使用該車型的目標人群定位為大眾人群，女性駕駛員員也占相當比例，安全帶佩戴的人機舒適性需要滿足不同人群的需求，因此本文采用Manikin分析方法對其進行人機舒適性分析。在前期準備的基礎上，通過建立中國5%女性（身高為1.509 5 m）、中國50%男性（身高為1.705 7 m）和中國95%男性（身高為1.803 3 m）人體模型，分析安全帶人機舒適性。

3.2.1 人體模型建立

通過Manikin方式定義所需人體模型的性別、年代和所遵循的建立標準（本文采用China標準），并通過Anthropometry Bodybuilder命令進行人體模型的個性化設置，調整人體模型百分位為95%男性、50%男性和5%女性，然后通過將人體模型上的皮膚特征點與前期準備中建立的基準點進行相關約束，最終得出圖2所示的符合該車型乘員乘坐姿勢的人體模型。

3.2.2 安全帶參數(shù)設置

對安全帶的上固定點、帶扣側下固定點、非帶扣側下固定點和卷收器4個組成部分，RAMSIS軟件提供了20種不同的類型供用戶選擇，通過選擇與設計結構相對應的類型，并對其參數(shù)進行設置，即可得出符合用戶需求的安全帶定義。

由于該車型的各固定點位置已經在前期準備中確定，因此根據(jù)前期確定的安全帶數(shù)據(jù)，分別選擇各固定點的形式如下：上固定點類型為Class A.1；帶扣側下固定點類型為Class B.1；非帶扣側下固定點類型為Class C.2；卷收器為可選定義，此次分析不進行設定。同時，在CAD軟件中測量出各固定點的參數(shù)，輸入到如圖3所示界面中，當所有安全帶固定點指示由紅色變?yōu)榫G色，即完成了安全帶固定點參數(shù)設置。

除此之外，還需要在如圖4所示的補充設置界面中設置安全帶織帶的寬度為47 mm、安全帶在整車的左側、非使用狀態(tài)下安全帶鎖舌朝向車內側。

3.2.3 安全帶人機舒適性計算及結果評價

通過建立的人體模型和定義的安全帶，RAMSIS經過自動計算，得出如圖5所示的結果。

通過圖5（a）可以看出：身材為中國95%百分位的男性人群，在處于駕駛姿態(tài)佩戴安全帶時，其安全帶織帶位于肩部和手臂交接處，存在織帶阻礙手臂運動的風險，但是安全帶不會滑脫，人機舒適性并未達到最優(yōu)化。

通過圖5（b）可以看出：身材為中國50%百分位的男性人群，在處于駕駛姿態(tài)佩戴安全帶時，其安全帶織帶位于肩部邊緣，不會出現(xiàn)織帶滑脫現(xiàn)象，且不影響手臂運動，滿足人機舒適性要求。

通過圖5（c）可以看出：身材為中國5%百分位的女性人群，在處于駕駛姿態(tài)佩戴安全帶時，其安全帶織帶位于肩部中間位置，不會出現(xiàn)滑脫或累脖子的情況，舒適性滿足人機舒適性要求。

綜上所述，該車型安全帶設計能夠滿足大多數(shù)中國駕駛員的安全帶人機舒適性要求，因此該安全帶布置位置可以作為最終設計位置進行生產制造，亦可再優(yōu)化安全帶固定點位置后重新分析安全帶人機舒適性。

4 結論

本文針對傳統(tǒng)的安全帶人機舒適性分析方法存在的問題，通過RAMSIS軟件對某車型駕駛員佩戴安全帶的人機舒適性進行分析，闡述了基于RAMSIS軟件進行汽車安全帶人機舒適性分析的流程、具體操作過程和結果評價。通過RAMSIS軟件的應用，可以快速準確地完成汽車安全帶人機舒適性分析，為工程師在虛擬設計階段明確設計改進方向提供依據(jù)，節(jié)省大量設計成本和時間。同時，本文的研究也填補了RAMSIS軟件在汽車安全帶人機舒適性分析領域中的應用空白。

參 考 文 獻

[1]蔣華偉.中國汽車安全帶的發(fā)展及現(xiàn)狀研究[J].中國機械，2014（16）：213.

[2]柴春雷.基于駕駛姿勢預測模型的人機工程設計技術研究[D].杭州：浙江大學，2005.

[3]智睿瑞，劉社明.基于虛擬人的駕駛艙布局分析[J].機械制造，2014（2）：32-35.

[4]趙巖.虛擬人技術在環(huán)控生保艙內布局中的應用[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2007（2）：186-191.

[5]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（8）：59.

[6]趙尚義.RAMSIS軟件在汽車人機工程設計中的應用[J].裝備制造技術，2008（7）：64-65.

[責任編輯：陳澤琦]