汽車駕駛員前方視野測量中A柱雙目障礙角邊界點選取的分析

吳天昊 譚琪 程漢收

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

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

中圖分類號：U467.4 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：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

通過在實車上對汽車駕駛員前方視野測量的案例，發(fā)現(xiàn)對前方視野的不同檢測結(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量方法》標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱：GB11562-2014標(biāo)準(zhǔn)），發(fā)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)沒有對A柱雙目障礙角測量時邊界點的定義，在根據(jù)現(xiàn)實風(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，對于駕駛員來說這是障礙。經(jīng)過試驗分析，分別從標(biāo)準(zhǔn)中A柱定義及雙目障礙角測量示意圖選取邊界點測量雙目障礙角，然后以風(fēng)窗玻璃上的漸變黑邊內(nèi)側(cè)邊界為測量點進(jìn)行測量，將數(shù)據(jù)列表分析測量結(jié)果的誤差影響。

1 ? ?測量A柱障礙角時邊界點的選取分析

1.1 ? 問題產(chǎn)生

在對一輛新產(chǎn)品樣車進(jìn)行汽車駕駛員前方視野檢測時，開始由試驗員甲進(jìn)行測量，按照GB 11562-2014標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗，得出了不合格檢測結(jié)果，然后又由試驗員乙進(jìn)行測量，得出了合格檢測結(jié)果。就此案例情況進(jìn)行研究，兩位試驗人員都是根據(jù)GB11562-2014標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量，為什么會有不相同的檢測結(jié)果？本文就此問題進(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)上述情況考慮對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響的因素有：儀器設(shè)備、3-DH裝置安放、試驗人員對標(biāo)準(zhǔn)的理解不同等。

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

2）試驗人員對標(biāo)準(zhǔn)的理解不同會導(dǎo)致試驗結(jié)果不同，安排監(jiān)督人員在試驗員甲開展試驗時目擊，然后由試驗員乙進(jìn)行試驗，通過試驗過程發(fā)現(xiàn)，兩試驗人員對于A柱雙目障礙角檢測時邊界點選取不同，試驗員甲作截面內(nèi)側(cè)切線時是以風(fēng)窗玻璃黑邊及過渡區(qū)的邊緣為邊界點，試驗員乙以A柱截面內(nèi)側(cè)作切線，內(nèi)切邊界點選取為A柱金屬邊，試驗結(jié)果不同的。

1.2.2 選取不同邊界點的原因分析

兩種試驗方案邊界點選取不同的原因在于試驗員乙是根據(jù)GB11562-2014標(biāo)準(zhǔn)中測定方法并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)中雙目障礙角測量示意圖對車輛進(jìn)行測量，見圖2。而試驗員甲是根據(jù)測量雙目障礙角的根本意義出發(fā)。雙目障礙角測的是由人的雙眼出發(fā)通過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、不透明元素對駕駛員觀察車外情況形成了盲區(qū)，見圖1。于是選擇的邊界是不透明因素—風(fēng)窗玻璃黑邊為測量的邊界點。

甲、乙兩試驗員選取不同邊界點的結(jié)果存在差異，原因在于測量A柱雙目障礙角時選取的邊界點不同。乙依據(jù)GB11562標(biāo)準(zhǔn)中的測量方法和示意圖進(jìn)行測量，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，汽車越來越追求整體外觀的效果。近年來，汽車都對前擋風(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)中的該項測定方法與汽車行業(yè)的實際發(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)在汽車不僅對實用、性能要求，還對汽車外觀進(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)實風(fēng)窗玻璃黑邊進(jìn)行考慮，在測量A柱雙目障礙角時應(yīng)將玻璃黑邊及過渡黑邊考慮進(jìn)去。參考俄羅斯國家標(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，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，對于A柱雙目障礙角的測量主要是為了測量司機(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)，對司機(jī)視野形成障礙，影響駕駛安全，同時汽車前方視野測量的根本目的在于行車安全，測量該車的視野情況，所以從這點考慮應(yīng)該在測量A柱雙目障礙角時將黑邊考慮進(jìn)去。

對于過渡黑邊視線邊界時，是選在過渡黑邊最內(nèi)側(cè)，還是取過渡中間空白區(qū)域的中間點問題？從汽車本身來說，它是運動的物體。當(dāng)汽車靜止時，駕駛員的視野可達(dá)到180度，當(dāng)車速為40Km/h時，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，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)眼睛從過渡黑邊進(jìn)行觀察車外情況時，會使司機(jī)引起疲勞，不利于安全行車。由此對于測量邊界選取時，應(yīng)選取過渡黑邊最內(nèi)側(cè)作為視線的邊界點。

1.3 ? 定義邊界點

國標(biāo)在作A柱S截面內(nèi)、外側(cè)切線時，其內(nèi)外側(cè)的邊界點選取未知，綜上所述可知，在作S截面外側(cè)切線時，邊界點應(yīng)選取不透明零件門框或三角窗外邊緣，對于選取S截面內(nèi)側(cè)邊界點應(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與分析

2.1 ? 試驗準(zhǔn)備

2.1.1試驗儀器：如表1所示。

2.1.2 試驗車輛

以東風(fēng)風(fēng)行SX6為試驗樣車，主要參數(shù)見表2：

2.2 ? 試驗過程

1）將車身調(diào)正并按照設(shè)計位置進(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點假人裝置，腿長采用第50百分位雙腳自然伸直，并通過H點的鉛垂線與假人裝置的軀干線角度調(diào)整到設(shè)計座椅靠背角度。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，然后通過單臂三維測量劃線機(jī)對R點進(jìn)行確認(rèn)，R點確定后根據(jù)座椅靠背角和座椅調(diào)節(jié)范圍就能確定V點坐標(biāo)和P點、Pm點坐標(biāo)。

法規(guī)中需從V1、V2點按照規(guī)定角度去尋找基準(zhǔn)點，同時還需要尋找透明區(qū)，然而在實際測量中，我們是從V1、V2點出發(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)點的角度，若大于所規(guī)定角度就可認(rèn)定所有的基準(zhǔn)點是在透明區(qū)內(nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2 A柱雙目障礙角的測量

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

障礙角求作方法：駕駛員（左）側(cè)A柱雙目障礙角測量原理：過E1點作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，同時作E2X的平行線與E2點重合形成的夾角，并將其投影在P點所在的水平面內(nèi)進(jìn)行測量得出駕駛員側(cè)A柱雙目障礙角。如圖2所示。

駕駛員（右）側(cè)A柱雙目障礙角測量原理與在駕駛員左側(cè)測量原理相同，過E4點作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，同時作E4Y的平行線與E3點重合形成的夾角，并將其投影在P點所在的水平面內(nèi)進(jìn)行測量得出駕駛員（右）側(cè)A柱雙目障礙角。

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

2.2.3 前方視野評價及轉(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，測試結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。過V2點通過轉(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點前1.5m處鉛垂平面中的一個四邊形區(qū)域，其上邊界為從V2點向前向下偏1°的平面與1.5m處鉛垂平面的交點確定，下邊界從V2點向前向下偏4°的平面與1.5m處鉛垂平面的交點，左右邊界由2.2.3定義的3個向下傾斜4°的平面與V2點前1.5m處鉛垂平面的橫向鉛垂面的交點確定。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，然后在“S”區(qū)觀察投影面積，通過試驗發(fā)現(xiàn)該車在“S”投影面積為0。

2.3 ? 試驗結(jié)果分析

2.3.1 對比試驗分析

測量A柱雙目障礙角時，對不同邊界點的選取進(jìn)行了對比試驗，試驗結(jié)果如下：

1）按照GB測量方法進(jìn)行試驗，邊界點為A柱金屬邊緣，測量結(jié)果見表3。（單位mm）

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

2）按照GB測量方法進(jìn)行試驗，邊界點為風(fēng)窗玻璃黑邊邊緣，測量結(jié)果見表4。（單位mm）

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

通過對比試驗結(jié)果可知，兩者的角度之差已超過測量儀器角度的精度±0.5°[3]，所以選取邊界點的不同對于試驗結(jié)果來說影響很大。

2.3.2 雙目障礙角的角度計算

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S1（a1，b1）、外切點S2（a2，b2），P1 E1= P1 E2=104，E1 E2=65，已知P1（a，b）、S1（a1，b1）、S2（a2，b2）各點的坐標(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。

通過上述A柱雙目障礙角的對比試驗，從表中列出的數(shù)據(jù)可知，兩個不同的邊界點主要是S1內(nèi)側(cè)點的坐標(biāo)不同，將上述表中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入計算公式計算得出兩個不同的雙目障礙角，通過障礙角度值比較得知，在測量雙目障礙角時黑邊對于試驗結(jié)果誤差很大，同時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)致整個試驗測量結(jié)果的不合格，因此企業(yè)在設(shè)計玻璃黑邊時應(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量方法為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，通過研究汽車駕駛員前方視野實際發(fā)生案例，分析問題時發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中對于測量雙目障礙角時邊界點的選取沒有定義，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，通過案例分析發(fā)現(xiàn)，玻璃黑邊應(yīng)把它考慮到測量雙目障礙角中，并通過對比試驗分析了不同邊界點對于汽車障礙角測量影響。

通過該試驗方法的研究，充分說明玻璃黑邊對汽車駕駛員前方視野的影響，在汽車設(shè)計時應(yīng)盡量減少玻璃黑邊的寬度及采用透明邊框設(shè)計，以提高汽車駕駛員前方視野的安全性。

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專家推薦語

李再華

中國質(zhì)量認(rèn)證中心武漢分中心

高級工程師 ?技術(shù)專家

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