乘用車內(nèi)飾人機(jī)設(shè)計(jì)中如何利用眼橢圓

滕永泉

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 510640）

隨著乘用車的普及發(fā)展和其速度的日益提高，汽車的設(shè)計(jì)如何能夠適應(yīng)駕駛室人體生理和心理的要求，確保人機(jī)系統(tǒng)的安全性和高效性，保證乘車的舒適性等問題已經(jīng)成為汽車設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。這就要求乘用車的設(shè)計(jì)要從人機(jī)關(guān)系的角度進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)，隨著人機(jī)工程學(xué)的迅猛發(fā)展，其研究成果已逐步用到了具體的汽車設(shè)計(jì)中，而駕駛員眼橢圓就是運(yùn)用的其中一項(xiàng)。

1 駕駛員眼橢圓的概念

眼橢圓是指駕駛員根據(jù)自己的意愿來調(diào)整座椅，并且以正常的駕駛姿勢入座，眼睛的位置在車身坐標(biāo)系統(tǒng)中的統(tǒng)計(jì)學(xué)分布圖形。在駕駛員、車輛以及環(huán)境系統(tǒng)中，駕駛員和機(jī)車以及其外部環(huán)境界面形成視覺鏈進(jìn)行優(yōu)化匹配，結(jié)果必須以駕駛員的眼睛為視點(diǎn)位置來定位基準(zhǔn)。由于人身體具有各不相同的特征，所以不同駕駛員的眼睛所處位置也不盡相同，使用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理和方法，對駕駛員眼睛位置的攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，來研究駕駛員的視點(diǎn)分布規(guī)律，它們服從于二維正態(tài)分布，而等百分位的二維正態(tài)分布的圖形是橢圓，故稱之為眼橢圓。

美國SAE、ISO等組織將眼橢圓定為汽車人機(jī)工程設(shè)計(jì)的主要工具。百分位是乘用車在人機(jī)工程設(shè)計(jì)中的基本應(yīng)用術(shù)語，眼橢圓百分位是指其視切比，即由某個(gè)目標(biāo)點(diǎn)向某百分位眼橢圓作一條切線，使其分做兩方，含眼橢圓的一方其區(qū)域內(nèi)的眼睛數(shù)和兩方區(qū)域內(nèi)的眼睛總數(shù)之比常用的為第 95百分位以及第90百分位和第99百分位。

2 汽車內(nèi)飾的視覺可見性評估

駕駛員的視野可見性主要有，在駕駛的過程中機(jī)車前方的視野可見性，包括前方的廣告牌、路標(biāo)等的可見性評估；汽車內(nèi)飾儀表盤的可見性，包括駕駛員在駕駛過程中能否清晰的看到汽車的內(nèi)飾按鈕和操作裝備；后方視野主要是通過后視鏡的作用看到的后方視野。

在以往的汽車內(nèi)飾可見性評估中，通過人體參數(shù)的不同百分位，來求取眼點(diǎn)位置，主要是通過現(xiàn)存的軟件系統(tǒng)和國際上的成熟標(biāo)準(zhǔn)來建立眼橢圓，通過眼橢圓對汽車內(nèi)飾進(jìn)行可見性評估。

2.1 A柱設(shè)計(jì)評估

本文通過比較各種設(shè)計(jì)計(jì)算方法，最后確定采用下列方法[1]：主要考慮在汽車的前方視野可見性評價(jià)中，A柱對前方視野的影響價(jià)值，使其能夠通過使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)做出應(yīng)用分析。在傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)中，A柱影響人機(jī)功效評價(jià)一般采用實(shí)驗(yàn)法得到的眼橢圓來進(jìn)行評價(jià)。首先是畫出眼橢圓，然后再根據(jù)汽車的座椅位置計(jì)算出眼橢圓的位置，從而使用作圖法來對汽車A柱進(jìn)行評估。

繪圖過程主要是：首先，畫出眼橢圓的正視圖軸線坐標(biāo)XX－ZZ和俯視圖的軸線坐標(biāo)XX－YY；依據(jù)汽車駕駛員的座椅來確定H點(diǎn)前后方向的水平調(diào)節(jié)距離，以便確定眼橢圓的中心位置；接著，要確定眼橢圓的長軸方向，在眼橢圓的正視圖上，橢圓長軸XX的方向和坐標(biāo)軸線XX－ZZ為－6.4°，眼橢圓的俯視圖上，橢圓的長軸方向和坐標(biāo)軸線XX的位置是5.4°。通過駕駛員座椅的H點(diǎn)調(diào)節(jié)量以及選定的人體百分位數(shù)，查詢標(biāo)準(zhǔn)，確定眼橢圓的長短軸長度，然后就可以畫出眼橢圓。

通過眼橢圓對乘用車A柱進(jìn)行評價(jià)。在眼橢圓的主視圖上繪制出A柱的外部輪廓投影，在俯視圖上繪制其剖面圖；在俯視圖上尋找離A柱距離最短的點(diǎn)B，從B點(diǎn)向A柱的剖面圖做一條切線BA1，切點(diǎn)為A1，將B點(diǎn)在主視圖長軸上的投影得到相對應(yīng)的點(diǎn)B1；在俯視圖上尋找到右眼的對應(yīng)點(diǎn)C，瞳距是BC的距離，通常采用65 mm，一次通過BC中垂線的后方98.6求出頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)中心J點(diǎn)；測算中，眼睛的勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動(dòng)角30°，但是A柱在左右眼前視線的30°外，超出范圍，如標(biāo)準(zhǔn)的眼睛和頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，所以駕駛員通過頭部轉(zhuǎn)動(dòng)使前視線射向了 A柱，B、C點(diǎn)同時(shí)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，直到頭部中心線與B′A1之間成為30°的夾角；從俯視圖上看，自C′點(diǎn)做CE視線，C′ E在A柱的切點(diǎn) E。視線B′A1和視線C′E的夾角就是A柱對駕駛員雙眼造成的雙眼盲區(qū)。

2.2 方向盤、儀表板、前門窗人機(jī)設(shè)計(jì)

在汽車的駕駛過程中，駕駛員直面的180°范圍內(nèi)，其視野會(huì)受到方向盤、儀表盤和前門窗下沿高度等方面的影響，在其設(shè)計(jì)過程中要運(yùn)用眼橢圓來進(jìn)行核對。方向盤的輪廓和輪緣、輪幅在儀表板上容易形成視野盲區(qū)，在設(shè)計(jì)中注意不要影響了駕駛員讀識儀表數(shù)字或顯示裝置。其視野盲區(qū)可以運(yùn)用眼橢圓作圖確定。設(shè)計(jì)中使車速表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表等重要儀表設(shè)置避開方向盤形成的視野盲區(qū)，防止影響駕駛員的使用。

3 討論

眼橢圓的運(yùn)用為汽車的人機(jī)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，通過對眼橢圓的設(shè)計(jì)運(yùn)用，可以知道，好的人機(jī)設(shè)計(jì)可以增加乘用車的使用價(jià)值和功能，為人性化的使用提供了更多的便利。

[1]張利峰.汽車內(nèi)飾人機(jī)功效評估增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué)，2010.

[2]郭榮春，張華.眼橢圓在汽車車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2010（9）.

[3]杜子學(xué)，伍毅.乘用車A柱盲區(qū)的校核方法[J].汽車工程師，2012（1）.