眼椭圆在汽车人机设计中的应用

Vol.16　No.4重　庆　工　学　院　学　报

Journal of Chongqing Institute of Technology 2002年8月Aug.2002

　　文章编号:1671—0924(2002)04—0025—03

眼椭圆在汽车人机设计中的应用

Ξ

欧健1,罗虹2

(11重庆工学院机械工程系,重庆　400050;21重庆大学机械工程学院,重庆　400044)

摘要:介绍了眼椭圆及其在汽车前后视野、风窗和其它与视野有关的车身部件人机设计校核中的运用,比较了眼椭圆与视原点的关系。对视野校核进行了实车验证。关

键

词:眼椭圆;人机工程;设计

中图分类号:TH12　　　　　　　　　　　　　文献标识码:A

0　引言

随着汽车技术的发展以及高速公路的兴建,汽车车速的日益提高,汽车设计如何适应人体心理和生理结构的要求,确保人机系统的主动安全性,已成为汽车设计的一个重点问题。这就要求从人、人机关系的角度来设计汽车,因此汽车人机工程学得到了迅猛的发展,研究成果也已逐步运用到了具体的设计之中,驾驶员眼椭圆就是其中的一项。

眼椭圆是指驾驶员按自己的意愿调整座椅,并以正常的驾驶姿势入座,眼睛位置在车身坐标系统中的统计分布图形。对驾驶员眼睛位置的摄影数据进行分析,它们服从于二维正态分布,而等百分位的二维正态分布的图形是椭圆,故称之为眼椭圆。美国SAE ,ISO 等组织把它定为汽车人机工程设计的主要工具。百分位是汽车人机工程设计的基本术语,眼椭圆的百分位是指其视切比,即由某目标点向某百分位眼椭圆作一切线,将其分为两方,含眼椭圆一方区域内的眼睛数与两方区域内的眼睛总数之比常用的为第95百分位以及第90百分位和第99百分位。

按SAE 的规定,眼椭圆作图包括两个步骤:(1)作眼椭圆样板:在其自身坐标系中由人体躯干与大腿的交接点———H 点的水平行程(或座椅水平调节量),确定眼椭圆中心、椭圆长短轴,由于长短轴与自身坐标系的夹角是固定的,故可作出眼椭圆样板;(2)眼椭圆样板在车身坐标系中定位,由最后H 点———正常驾驶或乘坐姿势的最后的H 点,和座椅靠背角,来确定眼椭圆的自身坐标原点在车身坐标系中的位置。

1　眼椭圆在汽车人机设计中的应用

驾驶员在驾驶过程中,有80%的信息是靠视觉得到的,确定良好视野是预防安全事故的必要条件,各汽车生产国也都制定了相应的标准或法规作强制性规范,眼椭圆是视野以及与视野有关的零部件人机设计的主要工具。

1.1　汽车风窗玻璃透明区及刮扫面积与部位校核

按SAE 推荐的方法,先在车身侧视图与侧视图上画出第95百分位眼椭圆,根据[1]中规定的角度分别作眼椭圆上、下左右4个切平面,这4个切平面与风窗玻璃交线构成了视野要求的刮扫区域,如图1所示。首先风窗玻璃透明区至少应包括整个A 区,遮阳板、遮阳带及其它对透光性能有妨碍的风窗附件应在该区域之外。其次,为保证雨雪天有良好的视野,汽车风窗玻璃刮扫系统应保证各区域的刮净率分别是:区域C 为100%,区域B 为95%,区域

A 为80%。

图1　汽车风窗玻璃透明区及刮扫面积与部位

Ξ收稿日期:2002202226

作者简介:欧健(19692),男(汉族),重庆人,讲师,主要从事汽车工程研究.

1.2　方向盘、仪表板、前门窗人机设计

汽车行驶中驾驶员的前方180°范围内的视野要受到方向盘、仪表盘、前门窗下沿高度等的影响,在设计中应当用眼椭圆进行校核。首先,通过眼椭圆向下分别作与水平面成1°和4°的夹角的两个切平面,前方方向盘最高点应当低1°切平面,仪表板的最高点应低于4°的切平面,4°切平面绕Z 轴向左右各旋转90°,前门窗下沿的最高处及其它对视野有影响的障碍物应处于该平面之下。另外,方向盘的轮缘、轮幅和轮廓在仪表板上形成的视野盲区,不应当影响驾驶员对仪表或显示装置的读识。该视野盲区可以通过眼椭圆用作图法确定。这样可以使车速表,发动机转速表等重要仪表避开方向盘所形成的视野盲区。同时可以验证视点到仪表的目视距离是否符合要求,美国

Hen 2

ry.Dreyfas 标准的规定为最大目视距离为711mm ,推荐值

为550mm 。

1.3　后视镜安装位置设计和后视野校核

后视野是指驾驶员通过内外后视镜,所能见到的区域,在超车倒车、制动和转向过程中,起着很重要的作用,它决定于后视镜的镜面尺寸、形状和安装位置等因素。我国已将后视野列为汽车安全性认证的主要项目,具体要求如图2所示。

1、视点

2、左后视镜

3、右后视镜

4、右视域

5、左视域

图2　内外后视镜视野范

在设计与校核时一般以第95百分位眼椭圆为基准,将其定位在车身坐标系中如图3所示

,初定镜面中心点

A ,并给定镜面尺寸及安装角度,求左眼椭圆上距A 点最

远点B ,B 点代表距镜面最远的驾驶员眼睛位置;一般情况下内后视镜为平面镜,外后视镜为球面镜,根据光学成

像原理,可以求出驾驶员眼睛在镜中的成像点C ;以C 点为顶点,则可作出镜面4角的射线,求出水平单眼后视角

图3　后视镜校核

和垂直后视角;水平后视角根据镜面宽度,转角等参数可转换成双眼后视角,这样内外后视镜的视野范围就确定了。

图4　眼点与眼椭圆的关系

当汽车的后视野不满足要求,可以通过改变A 点(镜面中心)来使其符合标准。

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2重庆工学院学报

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眼椭圆与视原点

图5　A 立柱双目障碍角

眼椭圆广泛应用于和视野有关的车身部件的人机工程设计。但是,它也存在实车测量视野困难等问题,特别是对于A 立柱的双目障碍角的测量很不方便。利用它派生出来的视原点,可使设计校核过程简化。EEC 标准就是以视原点为设计基准。视原点包括V 点、P 点、Pm 点和E 点,与眼椭圆的关系见图4。V 点表征驾驶员眼睛位置的点,用V 1、V 2表示V 点的上下位置,P 点是眼睛高度上的头部转动中心,以P 1、P 2表示驾驶员水平观察时P 点的不同位置,Pm 点指通过最后H 点(或座椅参考点S gR P 点)的纵向铅垂面与P 1、P 2连线的交点;E 点指驾驶员眼睛的中心,E 1(E 3)、E 2(E 4)分别为头部中心点,P 在P 1

(P 2)时的左右两只眼点,它在车身坐标系的定位,同样也

决定于H 点水平行程、座椅后背角和最后H 点。

下面介绍双目障碍角的确定,如图5所示

(1)确定立柱上的S 1S 2截面,从Pm 点向前分别作向

上2°和5°的平面与A 立柱相交,求交线的最前点,过这两

个点作水平面与A 立柱相交,得S 1、S 2截面。(2)将S 1、S 2

截面和Pm 点投影到同一平面内将E 1和E 2的连线P 1点旋转。使E 1至左A 立柱的S 2截面外侧的切线与E 1E 2连线成直角,从E 2向左A 立柱S 1截面内侧作切线,两切线所成的夹角就是双目障碍角。若该角度大于6°,就是不符合标准要求,这时设计中可以通过调整S gR P 点和改变A 立柱的形式,倾角使设计达到标准要求。

3　应用实例

笔者以某轿车为例进行了前视野实验,该车H 点水平行程为134、调节座椅后背角为25°,在HX Y -2500三坐标测量机下,将车身纵向中心线与X 轴平行,测得

S gR P 点坐标为(2872.4,66,305.6),校核结果为:风窗透

明区符合标准,要求双目障碍角为2.02°,方向盘上沿位置,仪表台板上沿高度,左右车门窗下沿高度均符合人机工程学要求。

参考文献:

[1]　黄天泽,黄金陵1汽车车身结构与设计[M ]1北京:机械工

程出版社,19921

[2]　SAE J941,J UN92Motor Vehicle Driver ’s Eye locations[S]1[3]　G B11562-94,汽车驾驶员前方视野要求及测量方法[S]1[4]　G B11565-,轿车风窗刮水器刮刷面积[S]1[5]　SAE J8340,Passenger Car Rear Vision[S]1[6]　G B15084-94,汽车后视野的性能和安装要求[S]1[7]　黄金陵1汽车视野设计CAD 系统开发及应用[J ]1汽车工

程,1997,19(1):202281

The Application of Eye -ellipse in Man -machine Design of Automobiles

OU jian ,L UO Hong

(Mechanical engineering department ,Chongqing Institute of Technology ,Chongqing 4000050,China )

Abstract :This paper introduces the application of eye -ellipse in man -machine design of automobile parts ,such as ,the forward and backward visual field ,car window and some body parts.It also states the relationship between eye -ellipse and visual origin.At the same time ,the visual field check is conducted in live car examinations.K ey w ords :eye -ellipse ;man -machine engineering ;design

(责任编辑　陈　庄)

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