汪新偉

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241003）

視野設(shè)計(jì)作為汽車前期造型工程的一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到車輛的駕乘舒適性和行駛安全性。對(duì)于不同身高、性別和坐姿的駕駛員，眼睛的位置各不相同，在視野設(shè)計(jì)中保證滿足大多數(shù)駕駛員要求是設(shè)計(jì)的基本原則[1]。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，視野邊界可以調(diào)取車輛數(shù)據(jù)獲取，但駕駛員的眼睛位置為一抽象概念，為準(zhǔn)確描述駕駛員眼睛位置，美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）對(duì)美國(guó)近2 000 名駕駛員眼點(diǎn)位置進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，將研究結(jié)果整理成SAE J941 駕駛員眼點(diǎn)位置眼橢圓標(biāo)準(zhǔn)，并成為當(dāng)今全球汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中采用的主流標(biāo)準(zhǔn)。筆者根據(jù)SAE J941（2010）版標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合具體案例，詳細(xì)分析了眼橢圓在汽車上下視野、內(nèi)部可見(jiàn)性、儀表盲區(qū)和防眩目校核等方面的應(yīng)用。

1 眼橢圓的構(gòu)建

1.1 眼橢圓定義

眼橢圓是描述不同身高、性別和坐姿的駕駛員眼睛在空間上相對(duì)車輛內(nèi)部位置的一種統(tǒng)計(jì)圖形，由于呈橢圓形，故稱為眼橢圓。針對(duì)不同人群，眼橢圓有不同百分位類型，其大小位置各不相同?？紤]到實(shí)際應(yīng)用情況，SAE 直接給出了95%和99%的兩個(gè)百分位眼橢圓的尺寸，并對(duì)其他百分位眼橢圓尺寸的計(jì)算方法做出了說(shuō)明。如圖1 所示，對(duì)于95%百分位的眼橢圓，在眼橢圓任意一點(diǎn)引一條切線，將會(huì)有95%的眼點(diǎn)位置是位于切線眼橢圓側(cè)，而5%的眼點(diǎn)位置是位于另外一側(cè)[2-3]。同理，對(duì)于99%百分位的眼橢圓，在眼橢圓任意一點(diǎn)引一條切線，將會(huì)有99%的眼點(diǎn)位置是位于切線眼橢圓側(cè)，而1%的眼點(diǎn)位置是位于另外一側(cè)。

圖1 95%切線眼橢圓示意圖

1.2 眼橢圓尺寸

眼橢圓呈現(xiàn)出立體橢圓形，眼橢圓三軸尺寸定義如圖2 所示，其大小由橢圓的三根軸X、Y 和Z 的長(zhǎng)度共同確定。因駕駛側(cè)座椅的滑軌長(zhǎng)度影響駕駛員及眼睛位置，故不同座椅滑軌長(zhǎng)度的尺寸有所差異。其三軸尺寸長(zhǎng)度如表1所示[4]。

圖2 眼橢圓三軸尺寸定義

表1 眼橢圓三軸尺寸長(zhǎng)度

1.3 眼橢圓位置

眼橢圓在整車中的位置由眼橢圓質(zhì)心的三個(gè)坐標(biāo)值決定。在整車坐標(biāo)系中，其質(zhì)心位置坐標(biāo)可由下列公式進(jìn)行計(jì)算。

式中：Xc、Ycl、Ycr、Zc 為左右眼橢圓的質(zhì)心位置坐標(biāo)（左右眼橢圓的Xc、Zc 相同），L1 為踏板參考點(diǎn)X坐標(biāo)，L6 為方向盤(pán)中心點(diǎn)到踏板參考點(diǎn)X 向距離，H30 為座椅參考點(diǎn)到終點(diǎn)Z 向距離，t 為變速器類型（手動(dòng)檔取1、自動(dòng)檔取2），W20 為座椅參考點(diǎn)Y 坐標(biāo)，H8為終點(diǎn)Z坐標(biāo)[4]。

2 眼橢圓在汽車視野設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 汽車上下視野校核

汽車的上下視野一般用于車輛行駛過(guò)程中觀察車輛前方上部的紅綠燈和下部的路面障礙物和行人。其大小用視野線角度來(lái)衡量，角度越大，駕駛員視野越開(kāi)闊，車輛安全性及舒適性越好。在SAE 法規(guī)中要求上視野≧7o，下視野≧5o。在汽車造型設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)階段，需要根據(jù)數(shù)模校核上下視野大小。進(jìn)行上下視野校核時(shí)，一般步驟為：1）根據(jù)車輛人體位置做出95%百分位眼橢圓；2）找到車輛前擋風(fēng)玻璃的上下黑邊邊界；3）分別過(guò)上下黑邊邊界點(diǎn)做眼橢圓的上下切線；4）分別測(cè)量上下切線與水平線的夾角。

兩切線即為車輛的上下視野線，視野線與水平線的夾角即為上下視野大小。某轎車用眼橢圓進(jìn)行車輛上下視野校核，如圖3 所示。其上視野為7.68o，下視野為5.95o，均滿足法規(guī)要求。

圖3 眼橢圓校核車輛上下視野

2.2 內(nèi)部可見(jiàn)性校核

為追求美觀性，車輛內(nèi)飾一般為封閉或半封閉結(jié)構(gòu)。一些特殊區(qū)域或零件如儀表板手套箱下部的空調(diào)蒸發(fā)器，需要外露在儀表板之外，如果駕駛員或后排乘客在座椅上看到外露的蒸發(fā)器，勢(shì)必會(huì)影響到整車感官質(zhì)量和精細(xì)化水平，故在設(shè)計(jì)階段需要對(duì)車輛內(nèi)部的可見(jiàn)性進(jìn)行校核，因在車內(nèi)副駕駛側(cè)和后排乘客的眼睛位置有明確的位置分布，故采用眼橢圓校核法。某SUV 的儀表板區(qū)域如圖4 所示，分別做出副駕駛側(cè)和后排乘客95%百分位眼橢圓，過(guò)眼橢圓下部和手套箱下部做出切線，切線下部即為可見(jiàn)區(qū)域，觀察發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器不在可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)，滿足要求。

圖4 汽車內(nèi)飾蒸發(fā)器可視性校核

2.3 儀表盲區(qū)校核

駕駛員在車輛行駛過(guò)程中需要密切關(guān)注組合儀表內(nèi)的車速、轉(zhuǎn)速及各種指示燈信息以確保行駛安全。方向盤(pán)位于駕駛員人眼和組合儀表之間，其輪緣內(nèi)外側(cè)會(huì)對(duì)駕駛員視野起阻礙作用，造成儀表視野盲區(qū)，影響行車安全。儀表盲區(qū)校核的目的是通過(guò)眼橢圓做出儀表盲區(qū)的邊界，在組合儀表布置時(shí)確保儀表的信息區(qū)不在盲區(qū)邊界范圍內(nèi)[5]。其校核一般采用UG 軟件中的車輛設(shè)計(jì)自動(dòng)化模塊，具體步驟為：1）建立車輛坐標(biāo)系，一般以整車（0，0，0）為坐標(biāo)系原點(diǎn)；2）輸入相應(yīng)參數(shù)，包括車輛類型、座椅滑軌行程、座椅位置、靠背角度及換檔類型，UG 軟件根據(jù)這些參數(shù)自動(dòng)生成眼橢圓；3）輸入方向盤(pán)的輪緣上下邊緣線，軟件自動(dòng)提取輪緣上下邊界；4）選擇生成雙眼盲區(qū)即可見(jiàn)盲區(qū)邊界。

某SUV 車型的儀表視野盲區(qū)如圖5 所示，可以看見(jiàn)組合儀表部分信息區(qū)在盲區(qū)范圍內(nèi)，影響駕駛員讀取車輛行駛信息，組合儀表需要重新布置位置。

圖5 汽車組合儀表視野盲區(qū)校核

2.4 防眩目校核

車輛內(nèi)飾中的部分零件如空調(diào)旋鈕、出風(fēng)口邊緣等常采用鍍鉻亮條處理以增加車輛美觀性。在清晨或黃昏時(shí)太陽(yáng)高度較低，可能會(huì)有部分陽(yáng)光透過(guò)擋風(fēng)玻璃經(jīng)過(guò)鍍鉻亮條的反光射入人眼造成駕駛員眩目，影響行車安全。通過(guò)眼橢圓可以校核駕駛員眩目的風(fēng)險(xiǎn)，利用光線可逆原理，將光線從眼點(diǎn)射出，經(jīng)過(guò)亮條反射，判斷是否透過(guò)透明區(qū)，進(jìn)而判斷汽車設(shè)計(jì)是否合理。其具體步驟為：1）做出駕駛員的眼橢圓，提取鍍鉻亮條邊界；2）連接眼橢圓的邊界點(diǎn)和亮條的邊界點(diǎn)形成直線，做出此直線關(guān)于亮條的對(duì)稱線并向外延長(zhǎng)至車外；3）按照步驟2 做出多根對(duì)稱線，觀察對(duì)稱線和風(fēng)擋玻璃的相交情況。

某SUV 的防眩目校核如圖6 所示，僅有少部分線條（小于5%）透過(guò)擋風(fēng)玻璃，說(shuō)明只有很少一部分陽(yáng)光可以通過(guò)鍍鉻亮條反射到人眼，不會(huì)引起眩目風(fēng)險(xiǎn)，滿足要求，達(dá)到了兼顧造型和工程的目的。

圖6 汽車防眩目校核

3 結(jié)論

筆者根據(jù)SAE J941（2010）版標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)介紹了眼橢圓的含義、位置及尺寸，并結(jié)合具體車型數(shù)模對(duì)其在上下視野、內(nèi)部可見(jiàn)性、儀表盲區(qū)和防眩目等方面的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)際校核分析，對(duì)于車型前期造型開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。