汽车前方视野校核方法的研究

姜永胜 张士金 吴光淮 朱甲旺 姜宇

摘 要：前方视野是影响驾驶员驾驶的重要因素，前方视野可分为正前方视野，左前方视野和右前方视野。外后视镜和A柱在一起形成的遮挡区域，对车辆的左右前方视野影响非常大。为了分析评价侧向视野遮挡区域的影响水平，文章提出了一种量化的评价方法：结合点云扫描，使用imageware处理提取要素，使用CATIA进行处理，最终通过数据化的计算进行评价的方法。通过这种方法可以直观的评价各个车型前方视野以及各个区域的评分情况。

关键词：前方视野;量化评价;数据处理

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

在汽車设计过程中，前视野是极为重要的影响安全的因素。虽然有很多标准给出前视野中不同项目的判断标准，例如《GB 11562-2014 汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》中明确了P点、E点、V点、A柱双目障碍角、透明区域等;《GB 15084-2013 机动车辆间接视野装置性能及安装要求》中明确了内后视镜和外后视镜的位置、可见区域等。但对于A柱下方、外后视镜、前车门上的前三角盖板区域这三者组合后，对视野的影响没有规范，而这个组合区域是影响机动车侧前方视野的重点。如何评价这一区域的影响，以及扩展到对整个驾驶员前视野的评价，是本文说明的重点。最后通过对比不同车型的分析结果进行横向对比。

1 相关标准的说明

前方视野分为直接视野和间接视野。涉及到视野的国标有：《GB 11562-2014 汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》、《GB 15084-2013 机动车辆间接视野装置性能及安装要求》。

由下表可以看出，国家标准对驾驶员的前方视野进行了详细的规定，但是在实际驾驶过程中，两侧外后视镜处的视野遮挡没有明确的规定，存在驾驶安全隐患。

2 侧方视野遮挡描述

如图1所示，图中的画框区域内的因素主要有：A柱，外后视镜、车门前三角区域、车门内饰板。

国标对A柱障碍角的要求是：过Pm点做向上2度的截面和向下5度的截面，过两个截面的最前点再做水平截面，投影到过P1点的水平面上，从E1点过下断面的外侧做直线，从E2点过上断面的内侧做直线，两根直线的夹角即是A柱障碍角。以上仅针对A柱中间区域，对A柱下段没有要求。外后视镜镜片需要在侧窗可视区域内，因此外后视镜壳体结构也会遮挡视野。

3 视野遮挡分析处理方法

3.1 基础数据的范围

3.1.1 整车内外饰点云

涉及到假人位置确定的可移动的内饰的不同状态的点云，整车不同载荷的点云，内外饰点云等。具体参考《基于人机工程学的汽车点云处理方法》-汽车实用技术-2017年第四期-P54。

通过处理点云获得：

3.1.1.1 该车的内外饰拟合曲面;

3.1.1.2 该车的主驾假人硬点，进而获得V2点。

3.2 在CATIA中处理数据

3.2.1 视野线的绘制

3.2.1.1 过V2点做平行于XY平面的面，在该面上描绘水平方向上的视野区域。半径建议按照2500mm，这个半径可以包括引擎盖和翼子板的遮挡。最左视野和X轴夹角为45°，最右视野和X轴夹角为75°，中间视野区域和X轴夹角分别为21°和25°。

3.2.1.2 过眼点做平行于XZ平面的面，在该面上描绘上下方向上的视野区域。最上视野和水平面夹角为20°，最下视野和水平面夹角为10度，中间视野区域和水平面的夹角分别为12°和5°。

3.2.1.3 提取边缘，使用扫略命令，扫略得出视野面。

3.2.1.4 根据前两个草图，在视野面上画出区间分割线，把曲面分为9个区域，并且分别涂上不同的颜色。如图3所示。

3.2.1.5 为了保证精细程度同时兼顾工作量，建议以0.5°为间隔，分别划分9个视野区域，并和V2点连线模拟视野线。

3.2.2 装配零件

3.2.2.1 在CATIA中装配拟合曲面;

3.2.2.2 在CATIA中装配V2点;

3.2.2.3 在CATIA中装配1.3.1中绘制好的视野线，并对其至V2点。如图4所示。

3.2.3 处理视野线

将被内外饰遮挡的视野线隐藏，如图5所示。

3.2.4 使用曲线命令连接视野面上未被遮挡的视野线的端点

并且和视野面相交分割，最终结果如图6所示。

3.2.5 分别测量不同视野分区内的可视面积

填入下表格中，通过计算得出各区视野评分、前方视野评分以及百分比评分。

其中各区域评分系数的确定参考了驾驶员的使用习惯和国标的要求。权重的确定方法如下表所示：

4 不同车型对比

4.1 采用上述方法，对市场上的几款车型进行分析，分析结论如下

通过对比可以发现，某本品牌轿车的左视野得分最差，中间视野排名第二，右视野排名第二，总得分排名第三。

4.2 进一步分析右侧外后视镜对视野的遮挡

4.2.1 采用过眼点

做均匀发射线，计算外后视镜遮挡的线条数量的方法，对比某本品牌轿车、某合资轿车、某自主轿车的视野线遮挡数量。

某合资轿车遮挡235根，某本品牌轿车遮挡232根，某自主轿车遮挡173根，某合资轿车和某本品牌轿车外后视镜遮挡视野线数量相当。模拟视野如图7所示。

通过对比可以发现某自主品牌轿车的外后视镜壳体可视部分小于某本品牌轿车。因此视野线遮挡少。

4.2.2 对比A柱障碍角

因A柱左右对称，仅对比左侧A柱障碍角，三款车型的A柱障碍角如下表格所示：

對比可知某合资品牌轿车A柱障碍角明显优于其余两款车型。

为了分析A柱障碍角差距的原因，分别过V点做XY断面，将两款车型的断面对齐。如下图所示。

图中红色线条为某本品牌轿车，黄色线条为某合资车型。通过对比可以发现两个断面的X向尺寸相当，但是某本品牌轿车断面的Y向尺寸更大。图中黄色直线为某合资车型A柱障碍角的模拟线，红色为某本品牌车型的。所以A柱障碍角更大。

结合以上分析，A柱的断面和外后视镜的造型会影响右侧视野。

5 结论

5.1 过程总结

本评价方法流程：

5.1.1 采用点云处理获取V2点会存在一定的误差

所以在条件允许的情况下最好使用数模和设计的V2点。

5.1.2 内后视镜对视野线的遮挡也要考虑

5.1.3 需要考虑顶棚、玻璃黑边、引擎盖、翼子板等对视野的遮挡。

5.2 优化方案

5.2.1 外后视镜位置

（1）外后视镜镜片需要在侧窗透明范围内，以提供合格的间接视野，大部分外后视镜安装在车窗前端三角区域或者车门外钣金上。（2）外后视镜本体和车身需要有一定的Y向距离，以满足风噪的要求。（3）外后视镜需要尽量靠前，以方便驾驶员能够通过尽量小的头部转动获取必要的视野。综上，外后视镜可以通过改变固定点位置，优化镜片位置，优化壳体造型来弱化外后视镜对视野的遮挡。

5.2.2 A柱

定义外造型面后，A柱障碍角即可结合以往断面初步确认，最终确认需要结合内造型一起分析。

5.2.3 三角区域

侧窗前三角盖板尺寸受造型影响，需要满足玻璃的升降功能和外后视镜的固定功能。

5.2.4 窗台线

窗台线受造型影响，定义外造型面后，高度即可初步确认，最终确认需要结合内造型一起分析。

综上，左右前方视野的分析和优化需要在造型阶段开展分析优化，虽然该项分析工作量大，但量化分析视野可以有效提升感官质量，因此该项分析尤为重要并且需要尽早开展。

参考文献

[1] GB 11562-2014汽车驾驶员前方视野要求及测量方法.

[2] GB 15084-2013机动车辆间接视野装置性能及安装要求.

[3] GB 11555-2009汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法.

[4] GB 15085-2013汽车风窗玻璃刮水器和洗涤器性能要求和试验方法.

[5] 吴光淮.基于人机工程学的汽车点云处理方法.[J]汽车实用技术. 2017年第04期.