汽車前方視野校核方法的研究

姜永勝 張士金 吳光淮 朱甲旺 姜宇

摘 要：前方視野是影響駕駛員駕駛的重要因素，前方視野可分為正前方視野，左前方視野和右前方視野。外后視鏡和A柱在一起形成的遮擋區(qū)域，對(duì)車輛的左右前方視野影響非常大。為了分析評(píng)價(jià)側(cè)向視野遮擋區(qū)域的影響水平，文章提出了一種量化的評(píng)價(jià)方法：結(jié)合點(diǎn)云掃描，使用imageware處理提取要素，使用CATIA進(jìn)行處理，最終通過數(shù)據(jù)化的計(jì)算進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。通過這種方法可以直觀的評(píng)價(jià)各個(gè)車型前方視野以及各個(gè)區(qū)域的評(píng)分情況。

關(guān)鍵詞：前方視野;量化評(píng)價(jià);數(shù)據(jù)處理

Abstract： The front view is an important factor affecting the drivers driving. The front view can be divided into the front view， the left front view and the right front view. The occlusion atea formed by the outer rearview mirror and column A pillar， together has A great influence on the left and right front vision of the vehicle. In order to analyze and evaluate the influence level of lateral visual field occlusion area， this paper proposes a quantitative evaluation method： combining point cloud scanning， using imageware processing to extract elements， using CATIA processing， and finally using data calculation to evaluate. Throuth this method， the visual field of each vehicle and the score of each region can be directly evaluated.

Keywords： Front view; Quantitative evaluation; Data processing

引言

在汽車設(shè)計(jì)過程中，前視野是極為重要的影響安全的因素。雖然有很多標(biāo)準(zhǔn)給出前視野中不同項(xiàng)目的判斷標(biāo)準(zhǔn)，例如《GB 11562-2014 汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法》中明確了P點(diǎn)、E點(diǎn)、V點(diǎn)、A柱雙目障礙角、透明區(qū)域等;《GB 15084-2013 機(jī)動(dòng)車輛間接視野裝置性能及安裝要求》中明確了內(nèi)后視鏡和外后視鏡的位置、可見區(qū)域等。但對(duì)于A柱下方、外后視鏡、前車門上的前三角蓋板區(qū)域這三者組合后，對(duì)視野的影響沒有規(guī)范，而這個(gè)組合區(qū)域是影響機(jī)動(dòng)車側(cè)前方視野的重點(diǎn)。如何評(píng)價(jià)這一區(qū)域的影響，以及擴(kuò)展到對(duì)整個(gè)駕駛員前視野的評(píng)價(jià)，是本文說明的重點(diǎn)。最后通過對(duì)比不同車型的分析結(jié)果進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的說明

前方視野分為直接視野和間接視野。涉及到視野的國(guó)標(biāo)有：《GB 11562-2014 汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法》、《GB 15084-2013 機(jī)動(dòng)車輛間接視野裝置性能及安裝要求》。

由下表可以看出，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)駕駛員的前方視野進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，但是在實(shí)際駕駛過程中，兩側(cè)外后視鏡處的視野遮擋沒有明確的規(guī)定，存在駕駛安全隱患。

2 側(cè)方視野遮擋描述

如圖1所示，圖中的畫框區(qū)域內(nèi)的因素主要有：A柱，外后視鏡、車門前三角區(qū)域、車門內(nèi)飾板。

國(guó)標(biāo)對(duì)A柱障礙角的要求是：過Pm點(diǎn)做向上2度的截面和向下5度的截面，過兩個(gè)截面的最前點(diǎn)再做水平截面，投影到過P1點(diǎn)的水平面上，從E1點(diǎn)過下斷面的外側(cè)做直線，從E2點(diǎn)過上斷面的內(nèi)側(cè)做直線，兩根直線的夾角即是A柱障礙角。以上僅針對(duì)A柱中間區(qū)域，對(duì)A柱下段沒有要求。外后視鏡鏡片需要在側(cè)窗可視區(qū)域內(nèi)，因此外后視鏡殼體結(jié)構(gòu)也會(huì)遮擋視野。

3 視野遮擋分析處理方法

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的范圍

3.1.1 整車內(nèi)外飾點(diǎn)云

涉及到假人位置確定的可移動(dòng)的內(nèi)飾的不同狀態(tài)的點(diǎn)云，整車不同載荷的點(diǎn)云，內(nèi)外飾點(diǎn)云等。具體參考《基于人機(jī)工程學(xué)的汽車點(diǎn)云處理方法》-汽車實(shí)用技術(shù)-2017年第四期-P54。

通過處理點(diǎn)云獲得：

3.1.1.1 該車的內(nèi)外飾擬合曲面;

3.1.1.2 該車的主駕假人硬點(diǎn)，進(jìn)而獲得V2點(diǎn)。

3.2 在CATIA中處理數(shù)據(jù)

3.2.1 視野線的繪制

3.2.1.1 過V2點(diǎn)做平行于XY平面的面，在該面上描繪水平方向上的視野區(qū)域。半徑建議按照2500mm，這個(gè)半徑可以包括引擎蓋和翼子板的遮擋。最左視野和X軸夾角為45°，最右視野和X軸夾角為75°，中間視野區(qū)域和X軸夾角分別為21°和25°。

3.2.1.2 過眼點(diǎn)做平行于XZ平面的面，在該面上描繪上下方向上的視野區(qū)域。最上視野和水平面夾角為20°，最下視野和水平面夾角為10度，中間視野區(qū)域和水平面的夾角分別為12°和5°。

3.2.1.3 提取邊緣，使用掃略命令，掃略得出視野面。

3.2.1.4 根據(jù)前兩個(gè)草圖，在視野面上畫出區(qū)間分割線，把曲面分為9個(gè)區(qū)域，并且分別涂上不同的顏色。如圖3所示。

3.2.1.5 為了保證精細(xì)程度同時(shí)兼顧工作量，建議以0.5°為間隔，分別劃分9個(gè)視野區(qū)域，并和V2點(diǎn)連線模擬視野線。

3.2.2 裝配零件

3.2.2.1 在CATIA中裝配擬合曲面;

3.2.2.2 在CATIA中裝配V2點(diǎn);

3.2.2.3 在CATIA中裝配1.3.1中繪制好的視野線，并對(duì)其至V2點(diǎn)。如圖4所示。

3.2.3 處理視野線

將被內(nèi)外飾遮擋的視野線隱藏，如圖5所示。

3.2.4 使用曲線命令連接視野面上未被遮擋的視野線的端點(diǎn)

并且和視野面相交分割，最終結(jié)果如圖6所示。

3.2.5 分別測(cè)量不同視野分區(qū)內(nèi)的可視面積

填入下表格中，通過計(jì)算得出各區(qū)視野評(píng)分、前方視野評(píng)分以及百分比評(píng)分。

其中各區(qū)域評(píng)分系數(shù)的確定參考了駕駛員的使用習(xí)慣和國(guó)標(biāo)的要求。權(quán)重的確定方法如下表所示：

4 不同車型對(duì)比

4.1 采用上述方法，對(duì)市場(chǎng)上的幾款車型進(jìn)行分析，分析結(jié)論如下

通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，某本品牌轎車的左視野得分最差，中間視野排名第二，右視野排名第二，總得分排名第三。

4.2 進(jìn)一步分析右側(cè)外后視鏡對(duì)視野的遮擋

4.2.1 采用過眼點(diǎn)

做均勻發(fā)射線，計(jì)算外后視鏡遮擋的線條數(shù)量的方法，對(duì)比某本品牌轎車、某合資轎車、某自主轎車的視野線遮擋數(shù)量。

某合資轎車遮擋235根，某本品牌轎車遮擋232根，某自主轎車遮擋173根，某合資轎車和某本品牌轎車外后視鏡遮擋視野線數(shù)量相當(dāng)。模擬視野如圖7所示。

通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)某自主品牌轎車的外后視鏡殼體可視部分小于某本品牌轎車。因此視野線遮擋少。

4.2.2 對(duì)比A柱障礙角

因A柱左右對(duì)稱，僅對(duì)比左側(cè)A柱障礙角，三款車型的A柱障礙角如下表格所示：

對(duì)比可知某合資品牌轎車A柱障礙角明顯優(yōu)于其余兩款車型。

為了分析A柱障礙角差距的原因，分別過V點(diǎn)做XY斷面，將兩款車型的斷面對(duì)齊。如下圖所示。

圖中紅色線條為某本品牌轎車，黃色線條為某合資車型。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)斷面的X向尺寸相當(dāng)，但是某本品牌轎車斷面的Y向尺寸更大。圖中黃色直線為某合資車型A柱障礙角的模擬線，紅色為某本品牌車型的。所以A柱障礙角更大。

結(jié)合以上分析，A柱的斷面和外后視鏡的造型會(huì)影響右側(cè)視野。

5 結(jié)論

5.1 過程總結(jié)

本評(píng)價(jià)方法流程：

5.1.1 采用點(diǎn)云處理獲取V2點(diǎn)會(huì)存在一定的誤差

所以在條件允許的情況下最好使用數(shù)模和設(shè)計(jì)的V2點(diǎn)。

5.1.2 內(nèi)后視鏡對(duì)視野線的遮擋也要考慮

5.1.3 需要考慮頂棚、玻璃黑邊、引擎蓋、翼子板等對(duì)視野的遮擋。

5.2 優(yōu)化方案

5.2.1 外后視鏡位置

（1）外后視鏡鏡片需要在側(cè)窗透明范圍內(nèi)，以提供合格的間接視野，大部分外后視鏡安裝在車窗前端三角區(qū)域或者車門外鈑金上。（2）外后視鏡本體和車身需要有一定的Y向距離，以滿足風(fēng)噪的要求。（3）外后視鏡需要盡量靠前，以方便駕駛員能夠通過盡量小的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)獲取必要的視野。綜上，外后視鏡可以通過改變固定點(diǎn)位置，優(yōu)化鏡片位置，優(yōu)化殼體造型來弱化外后視鏡對(duì)視野的遮擋。

5.2.2 A柱

定義外造型面后，A柱障礙角即可結(jié)合以往斷面初步確認(rèn)，最終確認(rèn)需要結(jié)合內(nèi)造型一起分析。

5.2.3 三角區(qū)域

側(cè)窗前三角蓋板尺寸受造型影響，需要滿足玻璃的升降功能和外后視鏡的固定功能。

5.2.4 窗臺(tái)線

窗臺(tái)線受造型影響，定義外造型面后，高度即可初步確認(rèn)，最終確認(rèn)需要結(jié)合內(nèi)造型一起分析。

綜上，左右前方視野的分析和優(yōu)化需要在造型階段開展分析優(yōu)化，雖然該項(xiàng)分析工作量大，但量化分析視野可以有效提升感官質(zhì)量，因此該項(xiàng)分析尤為重要并且需要盡早開展。

參考文獻(xiàn)

[1] GB 11562-2014汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法.

[2] GB 15084-2013機(jī)動(dòng)車輛間接視野裝置性能及安裝要求.

[3] GB 11555-2009汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)方法.

[4] GB 15085-2013汽車風(fēng)窗玻璃刮水器和洗滌器性能要求和試驗(yàn)方法.

[5] 吳光淮.基于人機(jī)工程學(xué)的汽車點(diǎn)云處理方法.[J]汽車實(shí)用技術(shù). 2017年第04期.