汽车驾驶员前方视野测量中A柱双目障碍角边界点选取的分析

吴天昊 谭琪 程汉收

摘  要：本文对根据GB11562-2014《汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》制定的两种试验方案得出不同结果的原因进行分析，得出原因在于测量A柱双目障碍角时选取的边界点不同，同时结合现实存在的风窗玻璃黑边情况，分析将黑边考虑在测量范围内的理由，并给出了边界点的定义。最后通过试验分析了两种不同的边界点带来的测量误差。

关键词：汽车前方视野;A柱双目障碍角;风窗玻璃黑边;边界点

中图分类号：U467.4       文献标识码：A      文章编号：1005-2550（2022）01-0092-05

Analysis On The Selection Of Boundary Points Of A-Pillar

Binocular Obstacle Angle In The Measurement Of Driver’s Front Field Of Vision

WU Tian-hao¹，TAN Qi²， CHENG Han-shou¹

（1.Xiangyang Daan Automobile Testing Center Co.， Ltd.， Xiangyang 441004， China;

2. Wuhan lanen Automobile Service Co.， Ltd.， Wuhan 430070， China）

Abstract： This paper analyzes the reasons for the different results of the two test schemes formulated according to GB11562-2014 “Requirements and Measurement Methods for the forward field of vision of the motor vehicle driver”. The reason is that the boundary points selected when measuring the binocular obstacle angle of the A-pillar are different. At the same time， combined with the actual black edge of the windshield， the reason for considering the black edge in the measurement range is analyzed， and the definition of the boundary point is given. Finally， the measurement errors caused by two different boundary points are analyzed through testing.

Key Words： Forward Visibility Of Motor Vehicles; A Column Of Binocular Obstruction Angle; The Wind Window Black Border; Boundary Point

引    言

通过在实车上对汽车驾驶员前方视野测量的案例，发现对前方视野的不同检测结果的原因所在，并结合GB11562-2014《汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》标准（以下简称：GB11562-2014标准），发现该标准没有对A柱双目障碍角测量时边界点的定义，在根据现实风窗玻璃边界情况发现，风窗玻璃边上纯黑边及渐变黑边不是透明的元素，对于驾驶员来说这是障碍。经过试验分析，分别从标准中A柱定义及双目障碍角测量示意图选取边界点测量双目障碍角，然后以风窗玻璃上的渐变黑边内侧边界为测量点进行测量，将数据列表分析测量结果的误差影响。

1    测量A柱障碍角时边界点的选取分析

1.1   问题产生

在对一辆新产品样车进行汽车驾驶员前方视野检测时，开始由试验员甲进行测量，按照GB 11562-2014标准进行试验，得出了不合格检测结果，然后又由试验员乙进行测量，得出了合格检测结果。就此案例情况进行研究，两位试驗人员都是根据GB11562-2014标准进行测量，为什么会有不相同的检测结果？本文就此问题进行探究，根据上述标准从源头进行分析出现此情况的原因。

1.2   原因分析

1.2.1 找出原因

首先根据上述情况考虑对试验结果产生影响的因素有：仪器设备、3-DH装置安放、试验人员对标准的理解不同等。

1）仪器设备的不同可能导致试验结果差异。如果两位试验人员采用试验仪器相同，所使用的仪器设备都考虑了仪器的精度误差，不会对试验造成两种极端的现象。

2）试验人员对标准的理解不同会导致试验结果不同，安排监督人员在试验员甲开展试验时目击，然后由试验员乙进行试验，通过试验过程发现，两试验人员对于A柱双目障碍角检测时边界点选取不同，试验员甲作截面内侧切线时是以风窗玻璃黑边及过渡区的边缘为边界点，试验员乙以A柱截面内侧作切线，内切边界点选取为A柱金属边，试验结果不同的。

1.2.2 选取不同边界点的原因分析

两种试验方案边界点选取不同的原因在于试验员乙是根据GB11562-2014标准中测定方法并结合标准中双目障碍角测量示意图对车辆进行测量，见图2。而试验员甲是根据测量双目障碍角的根本意义出发。双目障碍角测的是由人的双眼出发通过该物体不能清楚看到其后方区域的角度，A柱及附近的不透明零件、不透明元素对驾驶员观察车外情况形成了盲区，见图1。于是选择的边界是不透明因素—风窗玻璃黑边为测量的边界点。

甲、乙两试验员选取不同边界点的结果存在差异，原因在于测量A柱双目障碍角时选取的边界点不同。乙依据GB11562标准中的测量方法和示意图进行测量，而该标准是2014年修订发布。随着汽车行业的发展，汽车越来越追求整体外观的效果。近年来，汽车都对前挡风窗玻璃进行了黑边处理，除了避免密封胶条的老化，粘贴的作用，还起到了装饰和美化汽车玻璃边缘等作用，并且感觉和汽车融为一体，也更美观大方。因此也导致了标准中的该项测定方法与汽车行业的实际发展不相符。

1.2.3 将黑边考虑在内的原因

现有风窗玻璃用纯黑边将玻璃和钢板之间衔接处粘胶进行覆盖，现在汽车不仅对实用、性能要求，还对汽车外观进行美化，因此各厂家为了使风窗玻璃黑边更美化，将纯黑边进行过渡处理，让汽车更加美观。以下是目前风窗玻璃黑边存在形式，如图3所示。

结合GB11562-2014标准和现实风窗玻璃黑边进行考虑，在测量A柱双目障碍角时应将玻璃黑边及过渡黑边考虑进去。参考俄罗斯国家标准GOST R51266-99中明确规定“在确定A柱形成盲区角度时，挡风玻璃立柱和前门立柱与相邻的不透明元素所形成的区域也应考虑在内”，同时，对于A柱双目障碍角的测量主要是为了测量司机左前方盲区角度大小，于是A柱附近风窗玻璃黑边算是盲区，对司机视野形成障碍，影响驾驶安全，同时汽车前方视野测量的根本目的在于行车安全，测量该车的视野情况，所以从这点考虑应该在测量A柱双目障碍角时将黑边考虑进去。

对于过渡黑边视线边界时，是选在过渡黑边最内侧，还是取过渡中间空白区域的中间点问题？从汽车本身来说，它是运动的物体。当汽车静止时，驾驶员的视野可达到180度，当车速为40Km/h时，驾驶员视野约1000，随着车速的增加，视野变得更窄，当车速达到100Km/h时，视野就只有400，只能看清正前方很窄的区域[4]。如果司机眼睛从过渡黑边进行观察车外情况时，会使司机引起疲劳，不利于安全行车。由此对于测量边界选取时，应选取过渡黑边最内侧作为视线的边界点。

1.3   定义边界点

国标在作A柱S截面内、外侧切线时，其内外侧的边界点选取未知，综上所述可知，在作S截面外侧切线时，边界点应选取不透明零件门框或三角窗外边缘，对于选取S截面内侧边界点应选取不透明元素—风窗玻璃黑边最边缘。

2    驾驶员前方视野试验与分析

2.1   试验准备

2.1.1试验仪器：如表1所示。

2.1.2 试验车辆

以东风风行SX6为试验样车，主要参数见表2：

2.2   试验过程

1）将车身调正并按照设计位置进行放置在坐标系上，并将车辆座椅调节到规定的座椅行程最低最后驾驶位置，并将方向盘调节到中间位置。

2）按照要求进行安放三维H点假人装置，腿长采用第50百分位双脚自然伸直，并通过H点的铅垂线与假人装置的躯干线角度调整到设计座椅靠背角度。然后安放重块进行配重，副驾放置75Kg沙袋模拟人体模型质量。安放后状态如图4所示：

2.2.1 风窗透明区基准点的校核

首先在三维坐标仪的系统中将车辆参数输入电脑，然后通过单臂三维测量划线机对R点进行确认，R点确定后根据座椅靠背角和座椅调节范围就能确定V点坐标和P点、Pm点坐标。

法规中需从V1、V2点按照规定角度去寻找基准点，同时还需要寻找透明区，然而在实际测量中，我们是从V1、V2点出发到风窗玻璃黑边最外侧边缘的角度是否大于所规定基准点的角度，若大于所规定角度就可认定所有的基准点是在透明区内，符合标准要求。

2.2.2 A柱双目障碍角的测量

首先找到Pm点，根据R点坐标和座椅靠背角进行修正后，Pm点是在R点上方，相对R点Z坐标为638mm处，P点和Pm在同一水平面内，P点坐标确定见2.2.1，然后通过Pm点作A柱S截面。

障碍角求作方法：驾驶员（左）侧A柱双目障碍角测量原理：过E1点作S2截面外边缘的切线，E1E2绕P1旋转，使得∠E1E2X为90°，从E2作S1截面内边缘的切线，同时作E2X的平行线与E2点重合形成的夹角，并将其投影在P点所在的水平面内进行测量得出驾驶员侧A柱双目障碍角。如图2所示。

駕驶员（右）侧A柱双目障碍角测量原理与在驾驶员左侧测量原理相同，过E4点作S2截面外边缘的切线，E3E4绕P2旋转，使得∠E4E3Y为90°， 从E3作S1截面内边缘的切线，同时作E4Y的平行线与E3点重合形成的夹角，并将其投影在P点所在的水平面内进行测量得出驾驶员（右）侧A柱双目障碍角。

先按照GB11562-2014标准进行A柱障碍角的测量，然后根据上述1.3定义的边界点进行双目障碍角的测量。作对比试验进行分析两者不同边界点的误差。

2.2.3 前方视野评价及转向盘倾斜角校核

根据GB11562-2014标准的技术要求进行求作，测试结果符合标准要求。过V2点通过转向盘上边缘相切的平面与水平面的夹角向下倾斜为4°，此角度大于规定角度，符合要求。

2.2.4 “S”区障碍面积

“S”区是V2点前1.5m处铅垂平面中的一个四边形区域，其上边界为从V2点向前向下偏1°的平面与1.5m处铅垂平面的交点确定，下边界从V2点向前向下偏4°的平面与1.5m处铅垂平面的交点，左右边界由2.2.3定义的3个向下倾斜4°的平面与V2点前1.5m处铅垂平面的横向铅垂面的交点确定。其“S”区面积为1.5×2×1.5×（tan4°-tan3°）=236123 mm2。

按照技术要求进行试验，然后在“S”区观察投影面积，通过试验发现该车在“S”投影面积为0。

2.3   试验结果分析

2.3.1 对比试验分析

测量A柱双目障碍角时，对不同边界点的选取进行了对比试验，试验结果如下：

1）按照GB测量方法进行试验，边界点为A柱金属边缘，测量结果见表3。（单位mm）

经计算机双目障碍角的计算软件计算，得出双目障碍角为4.03°

2）按照GB测量方法进行试验，边界点为风窗玻璃黑边边缘，测量结果见表4。（单位mm）

经计算机双目障碍角的计算軟件计算，得出双目障碍角为4.86°

通过对比试验结果可知，两者的角度之差已超过测量仪器角度的精度±0.5°[3]，所以选取边界点的不同对于试验结果来说影响很大。

2.3.2 双目障碍角的角度计算

以P1所在的水平面建立坐标系，如图5所示：

设P1（a，b）、E1（x1，y1）、E2（x2，y2）、内切点S1（a1，b1）、外切点S2（a2，b2），P1 E1= P1 E2=104，E1 E2=65，已知P1（a，b）、S1（a1，b1）、S2（a2，b2）各点的坐标，α1+α2+α3=180°，求θ。

（1）

α1+α2+α3=180°                 （2）

（3）

（4）

x12+ y12=1042                                     （5）

结合上面五个方程求解出x1、y2，然后根据下面公式求的x2、y2。

（6）

（7）

先求得 S1 E2 =（x2­–a1，y2–b1）、

S2 E1 =（x1–a2，y1–b2）

（8）

（9）

（10）

（11）

根据公式8向量夹角公式求得cosθ，然后根据反三角函数求得θ。

通过上述A柱双目障碍角的对比试验，从表中列出的数据可知，两个不同的边界点主要是S1内侧点的坐标不同，将上述表中的相关数据代入计算公式计算得出两个不同的双目障碍角，通过障碍角度值比较得知，在测量双目障碍角时黑边对于试验结果误差很大，同时黑边增大了双目障碍角度，增加了司机的盲区。还有可能导致整个试验测量结果的不合格，因此企业在设计玻璃黑边时应尽量减少黑边的宽度，从而减少盲区，有利于行车安全。

3    结论

本文根据汽车驾驶员前方视野要求及测量方法为基础进行研究，通过研究汽车驾驶员前方视野实际发生案例，分析问题时发现标准中对于测量双目障碍角时边界点的选取没有定义，并随着汽车发展目前汽车出现了风窗玻璃黑边的情况，通过案例分析发现，玻璃黑边应把它考虑到测量双目障碍角中，并通过对比试验分析了不同边界点对于汽车障碍角测量影响。

通过该试验方法的研究，充分说明玻璃黑边对汽车驾驶员前方视野的影响，在汽车设计时应尽量减少玻璃黑边的宽度及采用透明边框设计，以提高汽车驾驶员前方视野的安全性。

参考文献：

[1]赵高晖，朱文宁，何稚桦，黄虎，徐兆坤.汽车安全性分析[J].上海工程技术大学学报 ，2001，15（3）：199-200.

[2]张莹.汽车设计开发中驾驶员视野设计及校核[J].华晨汽车工程研究院，2010（1）：527-528.

[3]GB11562-2014，汽车驾驶员前方视野要求及测量方法[S].

[4]何云堂.汽车视野的安全对策探讨[J].汽车安全，2010（6）：50.

[5]周恩临.视野仿真在汽车设计中的应用[D].湖南：湖南大学，2016.

[6]SAE J1050-2003，Describing and Measuring the Driver’Field of View.

[7]77/649/EEC驾驶员前方视野区域.

[8]GOST R 51266-99，Motor Vehicles FORWARD VIEW FROM THE DRIVER’S SEAT Technical Requirements Test Methods.

[9]罗长亮.基于不同设备的驾驶员前方视野测量方法分析[J].电子世界，2014（1）：343.

专家推荐语

李再华

中国质量认证中心武汉分中心

高级工程师  技术专家

该稿件内容依据国家标准GB11562-2014《汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》和实际测量案例围绕汽车驾驶员前方视野测量中A柱双目障碍角边界点选取的分析，展开了论述。给出了边界点的定义，通过试验分析得出两种不同的边界点的选择，会产生测量误差，从而导致测量结果的差异。对应检测方法的研究是有着指导性的意义，具有可读性。