增強(qiáng)汽車駕駛員視野的方法及視野發(fā)展趨勢(shì)

張 瑩

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

增強(qiáng)汽車駕駛員視野的方法及視野發(fā)展趨勢(shì)

張 瑩

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

駕駛員視野是汽車主動(dòng)安全的主要內(nèi)容之一，對(duì)汽車的行車安全具有非常重要的作用。本文通過對(duì)駕駛員視野的原理分析來(lái)尋求增強(qiáng)視野的方法，來(lái)進(jìn)一步分析汽車視野的發(fā)展趨勢(shì)。

汽車；駕駛員；視野

CLC NO.: U471.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-146-05

前言

當(dāng)今，汽車安全、節(jié)能、環(huán)保已成為汽車工業(yè)發(fā)展的三大主題，在這三大主題中，安全是最首要的，也是其他兩項(xiàng)的基礎(chǔ)。汽車只有首先保證安全性，才能繼續(xù)在節(jié)能環(huán)保上深入研究。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全法規(guī)（FMVSS）把汽車安全劃分為主動(dòng)安全、被動(dòng)安全和事故發(fā)生后的安全性，其中主動(dòng)安全包括了汽車燈光、汽車視野、駕駛操作性、操縱穩(wěn)定性、汽車制動(dòng)系、汽車輪胎和輪轂等，涵蓋了汽車性能的所有方面。在這其中，汽車視野安全在整個(gè)主動(dòng)安全性中占有相當(dāng)重要的地位。

1、視覺原理

要進(jìn)行汽車視野方面的研究，首先應(yīng)該了解視覺原理。在汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的主要視覺特性如下：

1.1 視角

由瞳孔中心到被觀察對(duì)象兩端所張開的角度。在一般照明條件下，正常人的眼睛能辨別5m遠(yuǎn)處兩點(diǎn)間的最小距離，其相應(yīng)的視角為1°，被定義為最小視角。人眼辨別物體細(xì)部的能力隨著照度及物體與背景亮度的對(duì)比度的增大而增大。

1.2 視力

人眼對(duì)物體細(xì)部識(shí)別能力的生理尺度，被定義為臨界視角的倒數(shù)。規(guī)定當(dāng)臨界視角為1°時(shí)，視力等于1.0，為正常視力。

1.3 視野

指人的眼睛觀看正前方所能看得見的空間范圍，常以角度表示，按狀態(tài)可分為靜視野和動(dòng)視野。正常人雙眼靜視野范圍：在垂直方向約為130°（視水平線上方60°，下方70°）；在水平方向約為120°（兩眼內(nèi)側(cè)視野重合約60°，外側(cè)各30°）。為了減輕人眼的疲勞，人-機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常以人眼的靜視野為依據(jù)。動(dòng)視野范圍是車速在40km/h時(shí)，雙眼總視野約100 °，車速在75km/h時(shí)，雙眼總視野約65 °，車速在100km/h時(shí)，雙眼總視野約40 °，因此在高速行駛時(shí)，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并躲避突然闖入的人貨物比較困難。

1.4 視覺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

眼睛水平運(yùn)動(dòng)比垂直運(yùn)動(dòng)快，通常先看到沿眼睛水平運(yùn)動(dòng)方向放置的物體，后看到沿眼睛垂直運(yùn)動(dòng)方向放置的物體；人眼沿垂直方向運(yùn)動(dòng)比沿水平方向更易疲勞；人眼視線移動(dòng)習(xí)慣于從左到右、從上到下和順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)；人眼對(duì)水平方向尺寸和比例的估計(jì)比垂直方向準(zhǔn)確[1]。

2、視野的分類

汽車視野按方向不同可分為前方視野、后方視野和側(cè)方視野。另外，夜間行駛需要夜間視野。根據(jù)視野的性質(zhì)分可分為直接視野和間接視野。直接視野包括前方地面視野、交通燈視野、A柱障礙角、儀表板視野、直接后方視野，間接視野主要是指間接后方視野。

3、增強(qiáng)視野校核的方法

當(dāng)今，隨著科技的進(jìn)步，汽車在設(shè)計(jì)上也不斷創(chuàng)新，加入了很多科技元素，在增強(qiáng)視野方面也處處體現(xiàn)科技的力量。

3.1 增強(qiáng)直接前方視野的方法

3.1.1 改善眼睛舒適度

隨著汽車玻璃技術(shù)的發(fā)展，新汽車擋風(fēng)玻璃技術(shù)也陸續(xù)出現(xiàn)。例如能減少陽(yáng)光對(duì)轎車車廂內(nèi)的影響，提高舒適性的水平，目前廣泛使用的綠色玻璃就是采用反射涂層工藝或改善玻璃的成分，只讓陽(yáng)光中的可見光進(jìn)入車廂內(nèi)，擋住紫外線和紅外線。從而提高眼睛的舒適度，來(lái)提高直接前方視野。

有一種反紅外線輻射銀膜玻璃，在多片夾層玻璃中加入鍍銀薄膜，其紅外線反射率為48%。當(dāng)陽(yáng)光通過這種看似普通的玻璃時(shí)，光和熱會(huì)減少23%。這種玻璃實(shí)際上還起隔熱節(jié)能作用，可相對(duì)減少空調(diào)能量負(fù)荷。

3.1.2 擴(kuò)大前下視野范圍

3.1.2.1 地形監(jiān)視

在一些艱難環(huán)境下的路況下，駕駛員往往不能很好的判斷當(dāng)下的路況，這就衍生出許多輔助駕駛員擴(kuò)大視野的功能，例如地形監(jiān)視功能。地形監(jiān)視系統(tǒng)的作用是通過攝像頭將路面情況反饋給駕駛員，消除行車過程中的盲區(qū)并輔助駕駛員更好地選擇車輛駕駛模式。這種系統(tǒng)通過位于車頭、車尾、兩側(cè)后視鏡處的攝像頭及儀表盤中間的前輪轉(zhuǎn)向角度的提示，讓駕駛員能夠清楚地知道自己車子的位置及路面狀況，在通過復(fù)雜路段時(shí)，可以告知駕駛員什么時(shí)間怎么打方向，并輔助駕駛員選擇最合適的駕駛模式，使車輛一直保持最佳的行駛狀態(tài)。

如圖1所示，許多越野車在攀爬角度很大的陡坡時(shí)，駕駛員的眼前往往只能看到藍(lán)天白云，而此時(shí)車前的攝像頭則可以及時(shí)將車前的路面形勢(shì)在顯示屏中呈現(xiàn)給駕駛員，應(yīng)該避開哪些障礙，到達(dá)坡頂?shù)木嚯x都會(huì)一目了然。

3.1.2.2 涉水感測(cè)功能

許多車型在行駛到積水路面時(shí)，往往不能很好的判斷水深，容易造成被淹、熄火等問題。而近年來(lái)一些車型出現(xiàn)的涉水感測(cè)功能便在很大程度的幫助駕駛員做出有效的判斷，為駕駛提供幫助，無(wú)形中為駕駛員視野起到的輔助的作用。這種功能可提高車輛在積水路面行駛的安全性，讓駕駛者決定是否通過積水路段，避免因積水過深導(dǎo)致車輛被淹。負(fù)責(zé)探測(cè)水深的探測(cè)器被安裝在兩側(cè)后視鏡，可與傾斜儀協(xié)同工作鑒別水下地面起伏，探測(cè)到的信息用圖像顯示在中央觸摸屏上，如圖3。

涉水探測(cè)功能可通過觸摸屏顯示出當(dāng)前水深和最大涉水深度。當(dāng)接近該車的最大涉水深度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過觸屏顯示及聲音提示警告駕駛員。

3.2 增強(qiáng)間接后方視野的方法

3.2.1 自動(dòng)防眩目?jī)?nèi)后視鏡

夜間行車最大的安全隱患就是視線問題，不僅是因?yàn)樘旌诠饩€不好，而且各向來(lái)車的大燈對(duì)行駛安全也有影響；遇上不規(guī)矩的司機(jī)在后方長(zhǎng)期開著遠(yuǎn)光燈行駛，車內(nèi)后視鏡直接將強(qiáng)光反射入了眼睛，刺眼的強(qiáng)光直接影響到行車的安全。為了減小危險(xiǎn)的發(fā)生，后視鏡帶有一般都帶有防眩目功能。目前后視鏡防眩目有兩種形式，一種為手動(dòng)，通過光學(xué)原理抑制炫目，這種后視鏡使用一塊兒雙反射率的鏡子，當(dāng)駕駛員認(rèn)為反射光過強(qiáng)感到刺眼時(shí)，即可手動(dòng)拌動(dòng)后視鏡角度調(diào)節(jié)桿，使后視鏡角度偏移，此時(shí)鏡面的反射率小，自然可以削弱光線強(qiáng)度，如圖4。自動(dòng)防眩目，這種后視鏡在鏡面后面安裝了光敏二極管，二極管感應(yīng)到強(qiáng)光時(shí)控制電路將施加電壓到鏡面的電離層上，在電壓的作用下鏡片就會(huì)變暗以達(dá)到防眩目的目的，如圖5。

3.2.2 可投影到風(fēng)擋的汽車后視系統(tǒng)

常見的后視鏡總會(huì)有一些視區(qū)盲點(diǎn)，對(duì)車輛造成了一些安全隱患，最新出現(xiàn)的汽車后視系統(tǒng)則避免了這樣的問題。該系統(tǒng)由兩部分組成，車身兩側(cè)和后部裝置的攝像頭和前擋玻璃上的顯示器。采用先進(jìn)的高科技手段，即使在光照條件不佳的情況下，也可以提供良好的后視圖像，而且不會(huì)受到車內(nèi)環(huán)境和乘客的影響，如圖6。

3.2.3 雙曲率外后視鏡

我們?cè)诔踔形锢碚n就學(xué)過凸面鏡的原理，在狹窄的胡同拐角處也經(jīng)常能看到凸面鏡為我們指示拐角另一面的情況。工程師們將凸面鏡直接安裝在側(cè)后視鏡上就是其在應(yīng)用上最簡(jiǎn)單的創(chuàng)新，解決了側(cè)后視鏡視野不足的難題，如圖7。不過這種方法實(shí)在是不太美觀，于是很多廠家便有了一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)——雙曲率側(cè)后視鏡，如圖8。

這種外后視鏡鏡面曲率會(huì)發(fā)生變化，靠車輛外側(cè)鏡面曲率較大，用來(lái)擴(kuò)大外后視鏡的視野。當(dāng)然，曲率變大會(huì)導(dǎo)致視覺失真，所以廠商會(huì)出于安全考慮在鏡面上標(biāo)有標(biāo)示線，提醒駕駛員注意失真現(xiàn)象。

3.2.4 帶電加熱外后視鏡

通過對(duì)鏡面的改良，外后視鏡視野不足的問題得到了很大程度上的改善，不過雨天行車能見度比晴朗天氣下要差許多，天空掉落的雨滴在空氣形成了一道水幕，影響了駕駛員的視野。

外后視鏡加熱功能正是為避免上面這種情況而開發(fā)的。其工作原理非常簡(jiǎn)單，只需在側(cè)后視鏡的鏡片內(nèi)安裝一個(gè)電熱片（電熱膜）即可。此時(shí)，若再碰到雨雪天氣，只要按下外后視鏡加熱按鈕，電熱片就會(huì)在幾分鐘內(nèi)迅速將側(cè)后視鏡鏡面加熱至一個(gè)固定的溫度（一般在35-60攝氏度之間），利用電熱片的熱量將外后視鏡上的水蒸發(fā)掉，以此免受視線不清帶來(lái)的困擾。

3.2.5 防眩目外后視鏡

對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，并不是什么時(shí)候都要看得越清楚越好，有過夜間駕車經(jīng)歷的人都知道，后車的燈光在漆黑的夜色中顯得格外耀眼，會(huì)對(duì)駕駛員的視覺造成影響，如圖11。帶有防炫目功能的外后視鏡可以過濾部分強(qiáng)光，保證車輛的行駛安全。

目前最常用的防炫目方法就是將外后視鏡表面鍍上鍍層，以過濾較強(qiáng)的光線。鍍鉻外后視鏡雖然可以很好的防止強(qiáng)光炫目，不過這種鍍層反射率較低，夜間視野會(huì)稍顯昏暗。因此我們更常使用涂布二氧化鈦與二氧化矽的藍(lán)鏡。這種外后視鏡可對(duì)容易產(chǎn)生炫目的高波長(zhǎng)可見光產(chǎn)生干涉，轉(zhuǎn)化為藍(lán)光，而藍(lán)光則是人類眼睛最能適應(yīng)的光線，從而達(dá)到防炫目的效果，如圖12。除了在外后視鏡表面添加鍍層以外，一些電化學(xué)技術(shù)的外后視鏡也具有防炫目功能，比如EC電化學(xué)外后視鏡。其內(nèi)部含有一種膠黏體，只要對(duì)其施加小電荷，膠黏體就會(huì)變暗。因此當(dāng)后車前照燈發(fā)出強(qiáng)光時(shí)，外后視鏡的光敏傳感器會(huì)感知光線強(qiáng)度，激發(fā)后視鏡電荷，這樣外后視鏡就不再晃眼了。

3.2.6 外后視攝像頭

外后視鏡的最基本功用就是觀察兩側(cè)來(lái)車，外后視鏡的視野越大，駕駛員在并線、超車、轉(zhuǎn)彎、倒車等情況下行車的安全系數(shù)就越高。要做到這一點(diǎn)，最簡(jiǎn)單的方法就是把外后視鏡加大。鏡面越大，視野自然也就越好。不過物極必反，這種增大不是無(wú)限度的。個(gè)頭太大會(huì)使整車顯得不協(xié)調(diào)，同時(shí)也會(huì)影響加駕駛員對(duì)側(cè)前方路況的觀察。而且過大的外后視鏡對(duì)于整車風(fēng)阻上也有很大的影響。因此，目前一些高端車型用攝像頭取代了傳統(tǒng)的外后視鏡，如圖13。

3.2.7 并線輔助系統(tǒng)

在駕駛過程中，由于車身設(shè)計(jì)的緣故，外后視鏡所能提供給我們的視覺范圍總會(huì)有一些盲區(qū)存在。為了解決這一問題，很多車輛安裝了并線輔助系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的警告指示燈被安裝在外后視鏡或其周圍，可在外后視鏡的基礎(chǔ)上給駕駛員提輔助。這種系統(tǒng)能夠通過雷達(dá)探測(cè)后方車輛，并通過警示燈提醒駕駛員并線可能存在風(fēng)險(xiǎn)，降低盲區(qū)給車輛并線帶來(lái)的隱患，提高駕車的安全系數(shù)。

通過安裝在后保險(xiǎn)杠兩側(cè)的兩個(gè)雷達(dá)及安裝在外后視鏡內(nèi)側(cè)的指示燈輔助駕駛員消除盲區(qū)完成并線行駛。該系統(tǒng)可辨識(shí)后側(cè)車輛的當(dāng)前位置速度和移動(dòng)方向。其工作原理是先發(fā)生高頻電磁射線，即“微波”，隨后接收探測(cè)物體返回的射線并分析。物體的反射特性各不相同，金屬可以良好的反射射線而塑料則幾乎完全穿透射線，因此系統(tǒng)可以很準(zhǔn)確地探測(cè)機(jī)動(dòng)車。

當(dāng)車速超過60km/h時(shí)，系統(tǒng)開始對(duì)車輛后方及側(cè)面50m范圍內(nèi)的道路狀況進(jìn)行監(jiān)控。若此時(shí)存在潛在并線風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，其對(duì)應(yīng)方向側(cè)后視鏡上的警告指示燈將會(huì)亮起。如果駕駛員此時(shí)仍舊打開轉(zhuǎn)向燈試圖并線，則外后視鏡上的警告指示燈將會(huì)增加亮度并開始閃爍，提醒駕駛員危險(xiǎn)的存在。

3.2.8 電子車身影像

電子車身影像系統(tǒng)在當(dāng)今很多車型都具備這種功能。這種系統(tǒng)可以最大做到360度全方位無(wú)盲區(qū)，通過車內(nèi)顯示屏就可以將車身四周的環(huán)境一覽無(wú)余，大大增加了泊車、倒車等情況下的駕車安全，而其側(cè)向監(jiān)控?cái)z像頭便安裝在外后視鏡上。

該系統(tǒng)主要由以下六部分組成：圖像獲取、攝像機(jī)定標(biāo)、圖像變換、圖像美化、圖像無(wú)縫拼接融合、圖像顯示。圖像的獲取往往利用安裝在車身前后左右4個(gè)超廣角攝像頭SWVC（Super-Wide-View-Camera）捕捉車輛周圍狀況。但由于采用SWVC后影像會(huì)產(chǎn)生“魚眼失真”的現(xiàn)象，所以必須通過計(jì)算處理進(jìn)行畫面合成及修正，合成一幅車身周圍的全景鳥瞰圖，從而將車輛四周真實(shí)畫面展示在車載顯示屏上，避免行車過程中的碰撞危險(xiǎn)。如圖15。

3.3 增強(qiáng)側(cè)方視野

許多車型雖然沒有全方位車身影像，但其配備的Lane Watch側(cè)面監(jiān)視功能也可以大范圍消除盲區(qū)，降低安全隱患。在車輛倒車時(shí)該功能可以輔助駕駛員倒車，就是我們平時(shí)所說(shuō)的倒車影像。不過其與一般倒車影像系統(tǒng)的差別在于，除在車尾安裝有倒車攝像頭外，車輛右外后視鏡下方也裝有一個(gè)攝像頭，用于監(jiān)控車輛右側(cè)盲區(qū)。駕駛員通過打開右轉(zhuǎn)向燈或按動(dòng)轉(zhuǎn)向撥桿頂端的按鈕進(jìn)行開啟。雖然其在視野上不及全方位車身影響系統(tǒng)那么強(qiáng)大，但清晰度較好，可以避免因車輛右側(cè)盲區(qū)導(dǎo)致的安全隱患。如圖16。

4、汽車視野安全的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 適應(yīng)汽車造型的需要

汽車的造型不斷地向流線型發(fā)展，從某種意義上講會(huì)使汽車的視野性能變壞，因此協(xié)調(diào)兩者間的矛盾，使流線型帶給視野的負(fù)面影響得到減少和控制。

4.2 電子技術(shù)的發(fā)展給視野以新概念

通過各種先進(jìn)的電子把車外環(huán)境視野轉(zhuǎn)變成車內(nèi)環(huán)境視野，使駕駛員看到的視野更大，更有利于駕駛。例如上面所述的地形監(jiān)視功能、并線輔助系統(tǒng)、電子車身影像等。

4.3 汽車輔助設(shè)施配置更加完善

車輛為保證自身安全性能不至因惡劣天氣、氣候所破壞所設(shè)置的一些設(shè)施，如雨刮、洗滌器、除霜裝置、除霧裝置、遮陽(yáng)板、帶電加熱外后視鏡、防眩目后視鏡等；在行駛過程中為其他道路使用者提供必要信息的裝置，如燈具、回復(fù)反射器等。

5、總結(jié)

為了提高駕駛員的視野，進(jìn)一步提高汽車駕駛的安全性，這不僅僅需要玻璃、后視鏡等零部件本身的結(jié)構(gòu)、性能等方面的提高，僅僅零件內(nèi)在的改變就已無(wú)法滿足當(dāng)下人們對(duì)駕乘安全的苛刻要求。由于車身構(gòu)造的限制，盲區(qū)依舊無(wú)法避免，這為行車安全埋下了隱患。在科技發(fā)達(dá)的今天，借助電子系統(tǒng)輔助，雙管齊下，才能做到眼觀六路，更直觀、更便捷地洞悉車外的每個(gè)角落。零部件自身設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)代電子科技雙管齊下，使我們?cè)隈{馭車輛時(shí)變得更加從容。最終的目的只有一個(gè)，就是使行車更加安全。

注：部分圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)

[1] 李國(guó)美 人機(jī)工程學(xué)與汽車主動(dòng)安全系統(tǒng).汽車技術(shù)，2004年第1期：9.

[2] 占建云[，鄭晉軍].汽車車身總布置設(shè)計(jì)工具綜述. 汽車科技，2002年第5期：19.

The Methods and Trends of Enhance the Car Driver's Field of Vision

Zhang Ying
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

Driver's field of vision is one of the main elements of automotive active safety. It is very important for traffic safety of the car. This paper analyses the principle of driver's field of vision, find the methods of enhanced vision, and analyze trends in the automotive vision

vehicle；driver；vision

U471.3

A

1671-7988(2015)01-146-05

張瑩，就職于華晨汽車工程研究院。