汽車駕駛員前方視野測(cè)量中A柱雙目障礙角邊界點(diǎn)選取的分析

吳天昊 譚琪 程漢收

摘 ?要：本文對(duì)根據(jù)GB11562-2014《汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法》制定的兩種試驗(yàn)方案得出不同結(jié)果的原因進(jìn)行分析，得出原因在于測(cè)量A柱雙目障礙角時(shí)選取的邊界點(diǎn)不同，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)實(shí)存在的風(fēng)窗玻璃黑邊情況，分析將黑邊考慮在測(cè)量范圍內(nèi)的理由，并給出了邊界點(diǎn)的定義。最后通過(guò)試驗(yàn)分析了兩種不同的邊界點(diǎn)帶來(lái)的測(cè)量誤差。

關(guān)鍵詞：汽車前方視野;A柱雙目障礙角;風(fēng)窗玻璃黑邊;邊界點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U467.4 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：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

通過(guò)在實(shí)車上對(duì)汽車駕駛員前方視野測(cè)量的案例，發(fā)現(xiàn)對(duì)前方視野的不同檢測(cè)結(jié)果的原因所在，并結(jié)合GB11562-2014《汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱：GB11562-2014標(biāo)準(zhǔn)），發(fā)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)A柱雙目障礙角測(cè)量時(shí)邊界點(diǎn)的定義，在根據(jù)現(xiàn)實(shí)風(fēng)窗玻璃邊界情況發(fā)現(xiàn)，風(fēng)窗玻璃邊上純黑邊及漸變黑邊不是透明的元素，對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)這是障礙。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析，分別從標(biāo)準(zhǔn)中A柱定義及雙目障礙角測(cè)量示意圖選取邊界點(diǎn)測(cè)量雙目障礙角，然后以風(fēng)窗玻璃上的漸變黑邊內(nèi)側(cè)邊界為測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，將數(shù)據(jù)列表分析測(cè)量結(jié)果的誤差影響。

1 ? ?測(cè)量A柱障礙角時(shí)邊界點(diǎn)的選取分析

1.1 ? 問(wèn)題產(chǎn)生

在對(duì)一輛新產(chǎn)品樣車進(jìn)行汽車駕駛員前方視野檢測(cè)時(shí)，開(kāi)始由試驗(yàn)員甲進(jìn)行測(cè)量，按照GB 11562-2014標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，得出了不合格檢測(cè)結(jié)果，然后又由試驗(yàn)員乙進(jìn)行測(cè)量，得出了合格檢測(cè)結(jié)果。就此案例情況進(jìn)行研究，兩位試驗(yàn)人員都是根據(jù)GB11562-2014標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，為什么會(huì)有不相同的檢測(cè)結(jié)果？本文就此問(wèn)題進(jìn)行探究，根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)從源頭進(jìn)行分析出現(xiàn)此情況的原因。

1.2 ? 原因分析

1.2.1 找出原因

首先根據(jù)上述情況考慮對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素有：儀器設(shè)備、3-DH裝置安放、試驗(yàn)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解不同等。

1）儀器設(shè)備的不同可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果差異。如果兩位試驗(yàn)人員采用試驗(yàn)儀器相同，所使用的儀器設(shè)備都考慮了儀器的精度誤差，不會(huì)對(duì)試驗(yàn)造成兩種極端的現(xiàn)象。

2）試驗(yàn)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解不同會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不同，安排監(jiān)督人員在試驗(yàn)員甲開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)目擊，然后由試驗(yàn)員乙進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，兩試驗(yàn)人員對(duì)于A柱雙目障礙角檢測(cè)時(shí)邊界點(diǎn)選取不同，試驗(yàn)員甲作截面內(nèi)側(cè)切線時(shí)是以風(fēng)窗玻璃黑邊及過(guò)渡區(qū)的邊緣為邊界點(diǎn)，試驗(yàn)員乙以A柱截面內(nèi)側(cè)作切線，內(nèi)切邊界點(diǎn)選取為A柱金屬邊，試驗(yàn)結(jié)果不同的。

1.2.2 選取不同邊界點(diǎn)的原因分析

兩種試驗(yàn)方案邊界點(diǎn)選取不同的原因在于試驗(yàn)員乙是根據(jù)GB11562-2014標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)定方法并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)中雙目障礙角測(cè)量示意圖對(duì)車輛進(jìn)行測(cè)量，見(jiàn)圖2。而試驗(yàn)員甲是根據(jù)測(cè)量雙目障礙角的根本意義出發(fā)。雙目障礙角測(cè)的是由人的雙眼出發(fā)通過(guò)該物體不能清楚看到其后方區(qū)域的角度，A柱及附近的不透明零件、不透明元素對(duì)駕駛員觀察車外情況形成了盲區(qū)，見(jiàn)圖1。于是選擇的邊界是不透明因素—風(fēng)窗玻璃黑邊為測(cè)量的邊界點(diǎn)。

甲、乙兩試驗(yàn)員選取不同邊界點(diǎn)的結(jié)果存在差異，原因在于測(cè)量A柱雙目障礙角時(shí)選取的邊界點(diǎn)不同。乙依據(jù)GB11562標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)量方法和示意圖進(jìn)行測(cè)量，而該標(biāo)準(zhǔn)是2014年修訂發(fā)布。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車越來(lái)越追求整體外觀的效果。近年來(lái)，汽車都對(duì)前擋風(fēng)窗玻璃進(jìn)行了黑邊處理，除了避免密封膠條的老化，粘貼的作用，還起到了裝飾和美化汽車玻璃邊緣等作用，并且感覺(jué)和汽車融為一體，也更美觀大方。因此也導(dǎo)致了標(biāo)準(zhǔn)中的該項(xiàng)測(cè)定方法與汽車行業(yè)的實(shí)際發(fā)展不相符。

1.2.3 將黑邊考慮在內(nèi)的原因

現(xiàn)有風(fēng)窗玻璃用純黑邊將玻璃和鋼板之間銜接處粘膠進(jìn)行覆蓋，現(xiàn)在汽車不僅對(duì)實(shí)用、性能要求，還對(duì)汽車外觀進(jìn)行美化，因此各廠家為了使風(fēng)窗玻璃黑邊更美化，將純黑邊進(jìn)行過(guò)渡處理，讓汽車更加美觀。以下是目前風(fēng)窗玻璃黑邊存在形式，如圖3所示。

結(jié)合GB11562-2014標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)實(shí)風(fēng)窗玻璃黑邊進(jìn)行考慮，在測(cè)量A柱雙目障礙角時(shí)應(yīng)將玻璃黑邊及過(guò)渡黑邊考慮進(jìn)去。參考俄羅斯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GOST R51266-99中明確規(guī)定“在確定A柱形成盲區(qū)角度時(shí)，擋風(fēng)玻璃立柱和前門立柱與相鄰的不透明元素所形成的區(qū)域也應(yīng)考慮在內(nèi)”，同時(shí)，對(duì)于A柱雙目障礙角的測(cè)量主要是為了測(cè)量司機(jī)左前方盲區(qū)角度大小，于是A柱附近風(fēng)窗玻璃黑邊算是盲區(qū)，對(duì)司機(jī)視野形成障礙，影響駕駛安全，同時(shí)汽車前方視野測(cè)量的根本目的在于行車安全，測(cè)量該車的視野情況，所以從這點(diǎn)考慮應(yīng)該在測(cè)量A柱雙目障礙角時(shí)將黑邊考慮進(jìn)去。

對(duì)于過(guò)渡黑邊視線邊界時(shí)，是選在過(guò)渡黑邊最內(nèi)側(cè)，還是取過(guò)渡中間空白區(qū)域的中間點(diǎn)問(wèn)題？從汽車本身來(lái)說(shuō)，它是運(yùn)動(dòng)的物體。當(dāng)汽車靜止時(shí)，駕駛員的視野可達(dá)到180度，當(dāng)車速為40Km/h時(shí)，駕駛員視野約1000，隨著車速的增加，視野變得更窄，當(dāng)車速達(dá)到100Km/h時(shí)，視野就只有400，只能看清正前方很窄的區(qū)域[4]。如果司機(jī)眼睛從過(guò)渡黑邊進(jìn)行觀察車外情況時(shí)，會(huì)使司機(jī)引起疲勞，不利于安全行車。由此對(duì)于測(cè)量邊界選取時(shí)，應(yīng)選取過(guò)渡黑邊最內(nèi)側(cè)作為視線的邊界點(diǎn)。

1.3 ? 定義邊界點(diǎn)

國(guó)標(biāo)在作A柱S截面內(nèi)、外側(cè)切線時(shí)，其內(nèi)外側(cè)的邊界點(diǎn)選取未知，綜上所述可知，在作S截面外側(cè)切線時(shí)，邊界點(diǎn)應(yīng)選取不透明零件門框或三角窗外邊緣，對(duì)于選取S截面內(nèi)側(cè)邊界點(diǎn)應(yīng)選取不透明元素—風(fēng)窗玻璃黑邊最邊緣。

2 ? ?駕駛員前方視野試驗(yàn)與分析

2.1 ? 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1.1試驗(yàn)儀器：如表1所示。

2.1.2 試驗(yàn)車輛

以東風(fēng)風(fēng)行SX6為試驗(yàn)樣車，主要參數(shù)見(jiàn)表2：

2.2 ? 試驗(yàn)過(guò)程

1）將車身調(diào)正并按照設(shè)計(jì)位置進(jìn)行放置在坐標(biāo)系上，并將車輛座椅調(diào)節(jié)到規(guī)定的座椅行程最低最后駕駛位置，并將方向盤調(diào)節(jié)到中間位置。

2）按照要求進(jìn)行安放三維H點(diǎn)假人裝置，腿長(zhǎng)采用第50百分位雙腳自然伸直，并通過(guò)H點(diǎn)的鉛垂線與假人裝置的軀干線角度調(diào)整到設(shè)計(jì)座椅靠背角度。然后安放重塊進(jìn)行配重，副駕放置75Kg沙袋模擬人體模型質(zhì)量。安放后狀態(tài)如圖4所示：

2.2.1 風(fēng)窗透明區(qū)基準(zhǔn)點(diǎn)的校核

首先在三維坐標(biāo)儀的系統(tǒng)中將車輛參數(shù)輸入電腦，然后通過(guò)單臂三維測(cè)量劃線機(jī)對(duì)R點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，R點(diǎn)確定后根據(jù)座椅靠背角和座椅調(diào)節(jié)范圍就能確定V點(diǎn)坐標(biāo)和P點(diǎn)、Pm點(diǎn)坐標(biāo)。

法規(guī)中需從V1、V2點(diǎn)按照規(guī)定角度去尋找基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)還需要尋找透明區(qū)，然而在實(shí)際測(cè)量中，我們是從V1、V2點(diǎn)出發(fā)到風(fēng)窗玻璃黑邊最外側(cè)邊緣的角度是否大于所規(guī)定基準(zhǔn)點(diǎn)的角度，若大于所規(guī)定角度就可認(rèn)定所有的基準(zhǔn)點(diǎn)是在透明區(qū)內(nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2 A柱雙目障礙角的測(cè)量

首先找到Pm點(diǎn)，根據(jù)R點(diǎn)坐標(biāo)和座椅靠背角進(jìn)行修正后，Pm點(diǎn)是在R點(diǎn)上方，相對(duì)R點(diǎn)Z坐標(biāo)為638mm處，P點(diǎn)和Pm在同一水平面內(nèi)，P點(diǎn)坐標(biāo)確定見(jiàn)2.2.1，然后通過(guò)Pm點(diǎn)作A柱S截面。

障礙角求作方法：駕駛員（左）側(cè)A柱雙目障礙角測(cè)量原理：過(guò)E1點(diǎn)作S2截面外邊緣的切線，E1E2繞P1旋轉(zhuǎn)，使得∠E1E2X為90°，從E2作S1截面內(nèi)邊緣的切線，同時(shí)作E2X的平行線與E2點(diǎn)重合形成的夾角，并將其投影在P點(diǎn)所在的水平面內(nèi)進(jìn)行測(cè)量得出駕駛員側(cè)A柱雙目障礙角。如圖2所示。

駕駛員（右）側(cè)A柱雙目障礙角測(cè)量原理與在駕駛員左側(cè)測(cè)量原理相同，過(guò)E4點(diǎn)作S2截面外邊緣的切線，E3E4繞P2旋轉(zhuǎn)，使得∠E4E3Y為90°， 從E3作S1截面內(nèi)邊緣的切線，同時(shí)作E4Y的平行線與E3點(diǎn)重合形成的夾角，并將其投影在P點(diǎn)所在的水平面內(nèi)進(jìn)行測(cè)量得出駕駛員（右）側(cè)A柱雙目障礙角。

先按照GB11562-2014標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行A柱障礙角的測(cè)量，然后根據(jù)上述1.3定義的邊界點(diǎn)進(jìn)行雙目障礙角的測(cè)量。作對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行分析兩者不同邊界點(diǎn)的誤差。

2.2.3 前方視野評(píng)價(jià)及轉(zhuǎn)向盤傾斜角校核

根據(jù)GB11562-2014標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求進(jìn)行求作，測(cè)試結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。過(guò)V2點(diǎn)通過(guò)轉(zhuǎn)向盤上邊緣相切的平面與水平面的夾角向下傾斜為4°，此角度大于規(guī)定角度，符合要求。

2.2.4 “S”區(qū)障礙面積

“S”區(qū)是V2點(diǎn)前1.5m處鉛垂平面中的一個(gè)四邊形區(qū)域，其上邊界為從V2點(diǎn)向前向下偏1°的平面與1.5m處鉛垂平面的交點(diǎn)確定，下邊界從V2點(diǎn)向前向下偏4°的平面與1.5m處鉛垂平面的交點(diǎn)，左右邊界由2.2.3定義的3個(gè)向下傾斜4°的平面與V2點(diǎn)前1.5m處鉛垂平面的橫向鉛垂面的交點(diǎn)確定。其“S”區(qū)面積為1.5×2×1.5×（tan4°-tan3°）=236123 mm2。

按照技術(shù)要求進(jìn)行試驗(yàn)，然后在“S”區(qū)觀察投影面積，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該車在“S”投影面積為0。

2.3 ? 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 對(duì)比試驗(yàn)分析

測(cè)量A柱雙目障礙角時(shí)，對(duì)不同邊界點(diǎn)的選取進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

1）按照GB測(cè)量方法進(jìn)行試驗(yàn)，邊界點(diǎn)為A柱金屬邊緣，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。（單位mm）

經(jīng)計(jì)算機(jī)雙目障礙角的計(jì)算軟件計(jì)算，得出雙目障礙角為4.03°

2）按照GB測(cè)量方法進(jìn)行試驗(yàn)，邊界點(diǎn)為風(fēng)窗玻璃黑邊邊緣，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4。（單位mm）

經(jīng)計(jì)算機(jī)雙目障礙角的計(jì)算軟件計(jì)算，得出雙目障礙角為4.86°

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可知，兩者的角度之差已超過(guò)測(cè)量?jī)x器角度的精度±0.5°[3]，所以選取邊界點(diǎn)的不同對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果來(lái)說(shuō)影響很大。

2.3.2 雙目障礙角的角度計(jì)算

以P1所在的水平面建立坐標(biāo)系，如圖5所示：

設(shè)P1（a，b）、E1（x1，y1）、E2（x2，y2）、內(nèi)切點(diǎn)S1（a1，b1）、外切點(diǎn)S2（a2，b2），P1 E1= P1 E2=104，E1 E2=65，已知P1（a，b）、S1（a1，b1）、S2（a2，b2）各點(diǎn)的坐標(biāo)，α1+α2+α3=180°，求θ。

（1）

α1+α2+α3=180° ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

（3）

（4）

x12+ y12=1042 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

結(jié)合上面五個(gè)方程求解出x1、y2，然后根據(jù)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）

根據(jù)公式8向量夾角公式求得cosθ，然后根據(jù)反三角函數(shù)求得θ。

通過(guò)上述A柱雙目障礙角的對(duì)比試驗(yàn)，從表中列出的數(shù)據(jù)可知，兩個(gè)不同的邊界點(diǎn)主要是S1內(nèi)側(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)不同，將上述表中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式計(jì)算得出兩個(gè)不同的雙目障礙角，通過(guò)障礙角度值比較得知，在測(cè)量雙目障礙角時(shí)黑邊對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果誤差很大，同時(shí)黑邊增大了雙目障礙角度，增加了司機(jī)的盲區(qū)。還有可能導(dǎo)致整個(gè)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的不合格，因此企業(yè)在設(shè)計(jì)玻璃黑邊時(shí)應(yīng)盡量減少黑邊的寬度，從而減少盲區(qū)，有利于行車安全。

3 ? ?結(jié)論

本文根據(jù)汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，通過(guò)研究汽車駕駛員前方視野實(shí)際發(fā)生案例，分析問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于測(cè)量雙目障礙角時(shí)邊界點(diǎn)的選取沒(méi)有定義，并隨著汽車發(fā)展目前汽車出現(xiàn)了風(fēng)窗玻璃黑邊的情況，通過(guò)案例分析發(fā)現(xiàn)，玻璃黑邊應(yīng)把它考慮到測(cè)量雙目障礙角中，并通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)分析了不同邊界點(diǎn)對(duì)于汽車障礙角測(cè)量影響。

通過(guò)該試驗(yàn)方法的研究，充分說(shuō)明玻璃黑邊對(duì)汽車駕駛員前方視野的影響，在汽車設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少玻璃黑邊的寬度及采用透明邊框設(shè)計(jì)，以提高汽車駕駛員前方視野的安全性。

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李再華

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該稿件內(nèi)容依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11562-2014《汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法》和實(shí)際測(cè)量案例圍繞汽車駕駛員前方視野測(cè)量中A柱雙目障礙角邊界點(diǎn)選取的分析，展開(kāi)了論述。給出了邊界點(diǎn)的定義，通過(guò)試驗(yàn)分析得出兩種不同的邊界點(diǎn)的選擇，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的差異。對(duì)應(yīng)檢測(cè)方法的研究是有著指導(dǎo)性的意義，具有可讀性。