基于駕駛員眼動信息的A柱視野研究

楊春朝 錢方 李春雨 郭瑞

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

主題詞：眼動信息 A柱視野 人機工程

1 前言

目前，國內外對A 柱視野的控制方法主要分為2種，即GB 11562[1]中規定的A 柱障礙角測量方法（與ECE R125 測量方法一致）和SAE J1050[2]中提出的A 柱障礙角測量方法。但以上2 種方法均不能充分反映A柱視野優劣：文獻[3]研究了A柱主體部分和根部對A柱障礙角的影響，并給出了優化方向；文獻[4]運用幾何模型分析法解釋了GB 11562測量方法A柱障礙角較小、A柱實際視野障礙過大的原因；文獻[5]對比了GB 11562測量方法、SAE J1050測量方法、RAMSIS 眼點分析法在A柱盲區校核結果上的差異；文獻[6]分析了A柱相關參數的變化對A柱障礙角測量結果的影響，指出前風窗玻璃走勢和側窗玻璃走勢的變化對GB 11562 測量方法、SAE J1050測量方法測得的A柱障礙角呈相反的影響趨勢；文獻[7]提出了透明A 柱的概念，將路況信息投影到車內的A柱顯示屏上，從而消除A柱盲區。上述研究對A柱盲區的控制具有重要意義，但均未結合駕駛員的實際關注區域提出明確的A柱視野控制方法，而透明A柱因存在成本、視覺疲勞等問題，也并未得到廣泛應用。

眼動儀通過眼動追蹤技術，可采集駕駛員在駕駛過程中的眼動信息，目前國內外已有不少基于眼動儀的駕駛員動態視覺特性研究[8-12]。本文借助眼動儀采集駕駛員的眼動信息，研究駕駛員對A 柱的實際關注區域，并在此基礎上提出新的A柱視野控制方法。

2 試驗設計

2.1 試驗流程

為采集駕駛員眼動信息，設計試驗流程如圖1所示。

2.2 試驗對象與設備

2.2.1 車輛

試驗共選用3 款車型進行對比測試。A 柱視野與前風窗玻璃、A柱本體、外后視鏡鏡殼及底座、A柱與外后視鏡間隙（含三角窗）、外后視鏡與水切間隙相關，為了探究上述各區域對A 柱視野影響的重要度，將A 柱整體區域進一步細分為5 個子區域，如圖2 所示。此外，為了分析駕駛員在駕駛過程中主要關注的A 柱本體范圍，試驗基于GB 11562 測量方法，在向上2°、向下5°的區域外，每間隔1°對A 柱本體區域進行實車標記，如圖3所示。

圖1 試驗流程

圖2 A柱視野細分區域

圖3 A柱本體細分區域

2.2.2 眼動儀

試驗采用Dikablis Pro 眼鏡式眼動儀，采樣頻率為60 Hz。該款眼動儀能兼容眼鏡，并能通過調節鼻梁架的角度和寬度適應不同面部結構。配合D-Lab軟件，可對眼動數據進行處理、分析。

2.2.3 模擬障礙物

由于A 柱最容易遮擋車輛外部行人從而引發交通事故，本文旨在研究試驗車輛對車外行人的遮擋情況，以及駕駛員在駕駛過程中遭遇行人時的視覺特性。試驗選用相當于第95百分位人體以及6歲兒童尺寸的圓柱桶作為模擬障礙物，為駕駛員提供視野參考。

2.3 試驗工況

城市交叉口是道路交通系統的重要組成部分，也是交通事故的多發區域[13]，因此，選取交叉口車輛與行人沖突的典型工況，包含直行、左轉、右轉、掉頭工況。此外，為了對比動態與靜態工況的眼動信息差異，設計了靜態試驗工況。

CJJ 37—2012《城市道路工程設計規范》[14]規定了機動車道的最小寬度，如表1 所示，本文將每條車道寬度定義為3.5 m，評價場地采用雙向4車道，動態試驗場地如圖4所示。

表1 機動車道最小寬度 m

圖4 動態試驗場地示意

靜態試驗場地如圖5所示。模擬障礙物沿圓弧擺放，與人眼視距定義為6 m[15]，覆蓋左、右A柱的觀察區域。試驗車輛R點位置在地面上的投影與圓弧的圓心重合。

2.4 數據采集

試驗數據的采集包含客觀數據和主觀評分采集。選取男、女駕駛員共10 人，身高范圍覆蓋第5～第95 百分位人體，采集有效視點共計26.8萬個。主觀評分采用十點評價法，以主觀評價表的評分結果確定試驗車輛的A柱視野優劣。

圖5 靜態試驗場地示意

3 數據分析

3.1 A柱視野細分區域視野重要度分析

A柱視野細分區域的視點分布結果如表2所示。

表2 A柱視野細分區域視點分布比例%

直行過程中，由于駕駛員能通過前風窗提前觀察到模擬障礙物的位置，判斷車輛可順利通行，因此視點全部分布在前風窗區域。

左轉、掉頭過程中，駕駛員在左A 柱本體兩側往復掃視，此時前風窗、A 柱與外后視鏡間隙區域的視點分布較多，且左A柱本體上有相當比例的視點分布。

右轉過程中，駕駛員主要通過觀察靠近右A柱的前風窗區域判斷模擬障礙物與車輛的距離，視點主要分布在靠近右A柱的前風窗區域。

靜態工況下，駕駛員的視點分布與動態工況的視點分布規律不一致。由于駕駛員無需進行駕駛操作，因此視線更集中于模擬障礙物，A 柱本體視點分布最多，其次為前風窗、A柱與外后視鏡間隙。

綜上，不同工況下A柱視野細分區域的視點分布情況差異較大，視點分布比例從大到小依次為：前風窗、A柱與外后視鏡間隙、A柱本體、外后視鏡鏡殼及底座、外后視鏡與水切間隙。由于A 柱本體對外部環境的遮擋直接影響前風窗、A 柱與外后視鏡間隙的視野，結合各工況分析結果得出A 柱各區域視野重要度從高到低依次為：A 柱本體、前風窗、A 柱與外后視鏡間隙、外后視鏡鏡殼及底座、外后視鏡與水切間隙。

3.2 A柱本體細分區域視野權重分析

A 柱本體細分區域的視點分布如表3 所示，其中，上方區域角度為負，下方區域角度為正。

表3 A柱本體細分區域視點分布比例

動態工況下，[-2°,5°)區域（GB 11562測量方法中規定的A 柱障礙角測量范圍）視點分布概率最大，但僅覆蓋60%～70%的視點。鑒于視野設計時通常采用第95百分位眼橢圓，因此以覆蓋95%視點的A柱區域作為判斷依據，得出駕駛員主要關注的A柱視野范圍為[-4°,9°)。

靜態工況下，駕駛員無需進行駕駛操作，視點分布較動態工況更為分散，主要分布在[-2°,5°)及偏上的區域，靜態工況下駕駛員關注的區域與動態工況不一致。

由上述分析可知，動態工況下的A柱本體細分區域視點分布與靜態工況的視點分布存在差異，主要與駕駛員是否需要進行駕駛操作有關。動態工況與實際駕駛情況更為符合，因此應參考動態工況，將A 柱本體的控制區域修正為[-4°,9°)。

4 A柱視野控制方法研究

4.1 A柱視野的控制原則

由上述分析可知，要實現優秀的A 柱視野，需對A柱本體、前風窗水平寬度、A柱與外后視鏡間隙、外后視鏡鏡殼及底座尺寸、外后視鏡與水切間隙進行控制。

設計時，A 柱與外后視鏡間隙、外后視鏡與水切間隙往往不能兼顧，由于A柱與外后視鏡間隙對視野的影響更大，因此應首先保證該間隙。外后視鏡底座及殼體大小影響A柱視野，因此在保證外后視鏡視野的前提下應盡量優化底座及殼體大小。對于前門有三角窗的車型，外后視鏡的布置位置不應遮擋三角窗視野。

A柱本體對A柱視野的影響最大，設計時可通過減小A 柱障礙角對A 柱本體進行有效控制。由于目前常用的A 柱障礙角測量方法與A 柱盲區的實際感受存在差異，因此有必要探究一種更符合實際感受的A柱障礙角測量方法。

4.2 A柱障礙角測量方法分析

4.2.1 SAE J1050測量方法分析

SAE J1050測量方法如圖6所示。該方法僅選取眼點高度的單一水平截面測量A 柱障礙角[3]，可反映該截面上的A 柱粗細。但結合動態工況下駕駛員視點在A柱本體上的分布情況以及日常駕駛經驗可知，單個截面的粗細并不足以分析A柱對外部環境的遮擋情況，因此SAE J1050測量方法不能反映實際的A柱視野優劣。

圖6 SAE J1050測量方法

4.2.2 GB 11562測量方法分析

GB 11562測量方法如圖7所示，俯視圖中E1與左A柱S2截面外側的切點a、E2與左A柱S1截面內側的切點b分別為前視圖中A-A、B-B在俯視圖上的投影，即駕駛員側（左側）的A柱雙目障礙角對應了A-A、B-B之間的盲區角度，當障礙物完全處于S1、S2、A-A、B-B之間的區域，障礙物被完全遮擋。

由此可知，GB 11562 測量方法的實際意義在于反映測量區域內的A 柱對車外豎直障礙物的遮擋情況。實際駕駛中車外行人也屬于豎直障礙物，因此該方法比較符合實際駕駛情況，但由于測量范圍偏小，因此仍與實際主觀感受存在一定差異。

圖7 GB 11562測量方法

4.2.3 A柱障礙角測量方法修正

根據試驗采集的視點分布情況以及SAE J1050 測量方法、GB 11562 測量方法的分析結果，本文基于GB 11562測量方法將A柱障礙角的測量范圍由[-2°,5°)擴大至[-4°,9°)。同時采用GB 11562 測量方法、SAE J1050測量方法，將A柱障礙角的測量結果進行對比。

客觀測量值與主觀評分的對比結果如表4 所示。SAE J1050 測量方法的結果表明，車輛2 的A 柱障礙角最小，車輛3 的A 柱障礙角最大；GB 11562 測量方法的結果表明，車輛3的A柱障礙角最小，車輛1、車輛2的A柱障礙角相同；本文提出的標準修正法的結果表明，車輛2的A柱障礙角最小，車輛1的A柱障礙角最大。

本文提出的標準修正方法與動態主觀評價結果一致，表明該方法更符合A 柱視野的實際感受，通過減小該方法測出的A柱障礙角可有效改善A柱盲區。

5 結束語

本文基于眼動儀采集的駕駛員眼動信息，就駕駛員對A柱的實際關注區域進行了研究，得到A柱各細分區域的視野重要度從高到低依次為：A 柱本體、前風窗、A柱與外后視鏡間隙、外后視鏡鏡殼及底座、外后視鏡與水切間隙。當A柱與外后視鏡間隙、外后視鏡與水切間隙不能兼顧時，應首先保證A 柱與外后視鏡間隙；在保證外后視鏡視野的前提下應盡量優化底座及殼體大??；對于前門有三角窗的車型，外后視鏡布置位置注意不要遮擋三角窗視野。

基于GB 11562 測量方法，本文將A 柱障礙角的測量范圍由[-2°,5°)擴大至[-4°,9°)，驗證結果表明，通過減小該方法測出的A柱障礙角可有效改善A柱視野。