汽車駕駛員前方視野測試系統(tǒng)的設(shè)計與研究

張曉龍，李兵，胥峰，林德強(qiáng)，趙晨光

（1.中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300；2.卡達(dá)克機(jī)動車質(zhì)量檢驗中心（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

汽車駕駛員前方視野測試系統(tǒng)的設(shè)計與研究

張曉龍1，李兵2，胥峰2，林德強(qiáng)2，趙晨光2

（1.中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300；2.卡達(dá)克機(jī)動車質(zhì)量檢驗中心（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

文章通過對汽車駕駛員前方視野測試方法相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究分析，介紹一套基于VB平臺開發(fā)的汽車駕駛員前方視野測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先利用具有定位功能的專用裝置快速地估計出擋風(fēng)玻璃或 A 柱上符合標(biāo)準(zhǔn)要求的點和線的大概區(qū)域，然后通過數(shù)據(jù)接口文件實現(xiàn)計算機(jī)與三坐標(biāo)測量儀間的實時通訊，將獲取的三坐標(biāo)當(dāng)前測量點的數(shù)據(jù)代入各測試項目的數(shù)學(xué)計算模型，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)限值對其進(jìn)行符合性判定。

前方視野；VB平臺；三坐標(biāo)測量儀

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-143-03

引言

汽車駕駛員前方視野是指駕駛員通過前方的風(fēng)窗玻璃以及側(cè)面的門窗玻璃，所能直接清晰地看到道路、車輛、行人等信息的能力，是汽車主動安全領(lǐng)域一項重要的性能指標(biāo)，良好的駕駛員前方視野對于確保行車安全有著重要的意義[1]。在汽車產(chǎn)品強(qiáng)制性認(rèn)證過程中，M1類汽車的駕駛員前方視野性能是必須檢測的項目之一。GB 11562《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》中只是對駕駛員前方視野的試驗原理和限值做了規(guī)定和要求，但具體的試驗方法和實施細(xì)則并未明確提出，而且目前大多數(shù)檢測機(jī)構(gòu)對汽車駕駛員前方視野的測量均是檢測人員采用手工記錄三坐標(biāo)獲得的數(shù)據(jù)，并通過計算器進(jìn)行風(fēng)窗玻璃基準(zhǔn)點、A柱雙目障礙角等測試項目的計算，之后手工填寫檢測記錄、檢測報告[2][3]。這種方式重復(fù)性勞動較多，比較容易出錯，工作效率低下，而且日后分析、提取相關(guān)數(shù)據(jù)比較困難，需要翻箱倒柜地查閱大量文本資料，難以進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的比對。作者設(shè)計了一套基于VB平臺開發(fā)的汽車駕駛員前方視野測量系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機(jī)與三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行通訊，實時地獲取測量點的數(shù)據(jù)，并給出了各測試項目的數(shù)學(xué)計算模型，在提高了工作效率的同時，保證了測試數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性。

1 系統(tǒng)的總體框架設(shè)計

汽車駕駛員前方視野測試系統(tǒng)主要從三個方面著手：一是設(shè)計加工一套具有定位功能的專用裝置，利用該裝置能夠快速估計出擋風(fēng)玻璃或A柱上符合標(biāo)準(zhǔn)要求的點和線的大概區(qū)域；二是基于VB平臺搭建駕駛員前方視野測量參數(shù)計算模塊，通過計算機(jī)與三坐標(biāo)測量儀間實時通訊獲取的測量點的數(shù)據(jù)，計算出試驗樣車各測試項目的值，并判斷其是否符合標(biāo)準(zhǔn)限值，尤其是針對需要進(jìn)行繁雜計算的A柱雙目障礙角給出通用的計算公式，確定具體的計算方法從而極大地提高了工作效率，保證了測試數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性；三是對基礎(chǔ)測量點、測量過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫化存儲（保存到Access 文件中），可以確保隨時調(diào)用相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，保證后續(xù)分析、改進(jìn)工作能順利開展。汽車駕駛員前方視野測試系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 汽車駕駛員前方視野測試系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)功能的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 具有快速定位功能的汽車駕駛員前方視野測量專用裝置

專用裝置主要由連接部件、位置調(diào)節(jié)裝置、激光定位器三部分組成，首先通過連接部件將能夠在水平面和鉛垂面內(nèi)精確定位角度的位置調(diào)節(jié)裝置固定在三維H點裝置上，然后在該裝置中心固定激光定位器，最后通過連接部件將專用裝置與安放在汽車座椅上的三維H點裝置連接。通過位置調(diào)節(jié)裝置能實現(xiàn)在X、Y、Z方向位移的變化，快速定位眼點（V1，V2）和Pm點的高度位置[4]。通過激光定位器在測量對象（前擋風(fēng)玻璃、側(cè)窗、A 柱等）上留下的點和線，用肉眼就可以大致地預(yù)判出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的點、線的位置。具有快速定位功能的汽車駕駛員前方視野測量專用裝置原理圖如圖2所示。

圖2 汽車駕駛員前方視野測量專用裝置原理圖

2.2 計算機(jī)與三坐標(biāo)測量儀數(shù)據(jù)通信模塊

利用VB平臺搭建串行通訊程序主要基于Windows通訊API函數(shù)和VB標(biāo)準(zhǔn)控件Mscomm兩種方法來實現(xiàn)[5-7]，本文中利用Mscomm控件實現(xiàn)串口通信，從而獲取?？怂箍礡A-7540-3三坐標(biāo)測量儀當(dāng)前點的三維空間坐標(biāo)值。為了實時地獲取三坐標(biāo)測量值，本文利用VB中自帶的軟件查詢方式，每隔0.5s讀取串口中相關(guān)數(shù)據(jù)，并顯示到相應(yīng)坐標(biāo)對應(yīng)的文本框中，以下是事件驅(qū)動方式的串口數(shù)據(jù)接收程序的主要部分：

Dim app As Object Set app = CreateObject("pcdlrn. applica tion")

Dim part As Object Set part = app.ActivePartProgram

Dim cmds As Object Set cmds = part.Commands

Dim cmd As PCDLRN.Command Dim featName As String

Dim measX, measY, measZ As String

For Each cmd In cmds

If cmd.IsMeasuredFeature Or cmd.IsDCCFeature Then

featName = cmd.ID

measX = cmd.GetText(MEAS_X, 0)

measY = cmd.GetText(MEAS_Y, 0)

measZ = cmd.GetText(MEAS_Z, 0)

End If

Next

2.3 汽車駕駛員前方視野各測試項目計算模塊

α即為所求的駕駛員一側(cè)的A柱雙目障礙角，若駕駛員側(cè)和乘客側(cè)的A柱相對車輛中央縱向鉛垂面是對稱的（通常是對稱的），則乘客側(cè)的A柱雙目障礙角不需要再測量。

圖3 雙目障礙角計算分析圖

2.4 原始數(shù)據(jù)存儲模塊

為了方便檢測單位或者汽車廠家對先前車型原始數(shù)據(jù)的提取、對比及分析，本文在測試系統(tǒng)中搭建了原始數(shù)據(jù)存儲模塊，該模塊將基礎(chǔ)測量點、測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫化存儲（保存到 Access 文件中），可以確保隨時調(diào)用相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，保證后續(xù)分析、改進(jìn)工作能順利開展。

2.5 具體實施方式

試驗前首先將樣車放置于水平地面上，調(diào)節(jié)輪胎氣壓至標(biāo)準(zhǔn)值并把駕駛員座椅調(diào)節(jié)至廠家設(shè)計位置；然后將三維H點裝置安裝在駕駛員座位上，并利用連接部件將汽車駕駛員前方視野測量專用裝置固定在三維H點裝置上，通過廠家提供的座椅靠背角對激光定位器進(jìn)行位置調(diào)節(jié)使其分別位于眼點V和頭部轉(zhuǎn)動中心點Pm處從而初步確認(rèn)測量大致區(qū)域；打開駕駛員前方視野測試系統(tǒng)，利用平面-線-點法建立車輛空間坐標(biāo)系，然后通過三坐標(biāo)測量儀數(shù)據(jù)通信模塊將試驗車輛R點的空間坐標(biāo)值讀入測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)界面中，點擊“計算P/V點坐標(biāo)”，測試系統(tǒng)會根據(jù)修正公式自動計算出相應(yīng)的P1點、P2點、Pm點、V1點、V2點的空間坐標(biāo)值。在計算完試驗車輛的基礎(chǔ)測量點之后，點擊“前方視野測試”按鈕，進(jìn)入駕駛員前方視野各測試項目計算模塊，通過測試系統(tǒng)中每一步的提示，從而快速地完成試驗樣車該項目的測試。試驗完成后，試驗員可以點擊保存按鈕將車輛的基礎(chǔ)測量點及測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)化存儲。

3 應(yīng)用效果

通過傳統(tǒng)方法和優(yōu)化方法對3輛不同企業(yè)的M1類乘用車進(jìn)行了駕駛員前方視野測試比對試驗，從而對汽車駕駛員前方視野測試系統(tǒng)各功能模塊的應(yīng)用效果進(jìn)行測試分析，測試結(jié)果如表1所示。

表1 測試結(jié)果匯總表

從匯總表中可以看出，不同企業(yè)的3款車型采用傳統(tǒng)及優(yōu)化兩種手段在定性測量項目中，都是“符合”標(biāo)準(zhǔn)限值要求，在“A柱雙目障礙角”和“通過V2點與轉(zhuǎn)向盤上緣相切平面與水平面夾角”兩個測試項目中，傳統(tǒng)方法和優(yōu)化方法對于3款車的測試結(jié)果最大偏差均為0.1°。由此可以得出該駕駛員前方視野測試系統(tǒng)的測試精度是可以得到保障的，另外由匯總表的測試時間也可以看出，優(yōu)化后的測試方法相比于傳統(tǒng)的測試方法，測試效率提高了一倍。

4 結(jié)論

文章設(shè)計的汽車駕駛員前方視野測試系統(tǒng)，經(jīng)過檢測單位在試驗樣車上的實際應(yīng)用，取得了比較滿意的測試效果，總體上完成了測試系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，在保障了測試精度的前提下，有效地提高了檢測效率。

[1] GB 11562 汽車駕駛員前方視野要求及測量方法.

[2] 張志波,苑林,謝東明,郭勇.汽車駕駛員前方視野及評價[J].汽車技術(shù), 2013 (4) :46-49 .

[3] 吳中華,鄭恒雍,程軍軍.汽車前方視野測量與評價研究[C]// 中國汽車工程學(xué)會年會. 2008.

[4] 房旭,姚勇.三維H點裝置對汽車前方視野測試的影響[J]. 世界汽車, 1999(4):13-15.

[5] 陳浩,馬艷,郝亮,等.汽車駕駛員視野拓展系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].汽車工程師, 2016(6):19-23.

[6] 李長林.Visual Basic 串口通信技術(shù)與典型實例,清華大學(xué)出版社.2006年4月,ISBN7-302-1288505/TP.8192 P1-25.

[7] 劉文濤.Visual Basic+Access 數(shù)據(jù)庫開發(fā)與實例.清華大學(xué)出版社.2006年7月.

[8] 張瑩,曹金國,楊光輝.汽車設(shè)計開發(fā)中駕駛員視野設(shè)計及校核[C]沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會. 2013.

The Design and Research on motor vehicle forward visibility for drivers

Zhang Xiaolong1, Li Bing2, Xu Feng2, Lin Deqiang2, Zhao Chenguang2
( 1. China Automotive Technology & Research Center, Tianjin 300300; 2. CATARC Automotive Quality Inspection Center(Ningbo) Co. Ltd, Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper introduced a driver's forward vision field measurement system developed basing on VB platform through the research and analysis of the driver's forward vision field test methods and related standards. Firstly the system estimate the point and line’s general area on the windshield or the A-Pillar that meet the standards’s requirements. Then it achieved the real time communication between the computer and the three coordinate measuring instrument through the data interface file, then it put the achieved current three coordinate measuring instrument data into each test items’ mathematical models and do the conformity determination according to the standards’ limite value.

forward vision field; VB platform; the three coordinate measuring instrument

U467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)19-143-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.048

張曉龍（1978-），男，研究生，高級工程師，就職于中國汽車技術(shù)研究中心。研究方向：汽車被動安全。< class="emphasis_bold">通訊作者簡介：李兵

李兵(1988-)，男，研究生，中級工程師，就職于卡達(dá)克機(jī)動車質(zhì)量檢驗中心（寧波）有限公司。整車檢測與法規(guī)研究。