乘用车内饰人机设计中如何利用眼椭圆

2012-08-15滕永泉

科学之友 2012年9期

滕永泉

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 510640）

随着乘用车的普及发展和其速度的日益提高，汽车的设计如何能够适应驾驶室人体生理和心理的要求，确保人机系统的安全性和高效性，保证乘车的舒适性等问题已经成为汽车设计中的一个重要问题。这就要求乘用车的设计要从人机关系的角度进行合理地设计，随着人机工程学的迅猛发展，其研究成果已逐步用到了具体的汽车设计中，而驾驶员眼椭圆就是运用的其中一项。

1 驾驶员眼椭圆的概念

眼椭圆是指驾驶员根据自己的意愿来调整座椅，并且以正常的驾驶姿势入座，眼睛的位置在车身坐标系统中的统计学分布图形。在驾驶员、车辆以及环境系统中，驾驶员和机车以及其外部环境界面形成视觉链进行优化匹配，结果必须以驾驶员的眼睛为视点位置来定位基准。由于人身体具有各不相同的特征，所以不同驾驶员的眼睛所处位置也不尽相同，使用统计学原理和方法，对驾驶员眼睛位置的摄影数据进行分析，来研究驾驶员的视点分布规律，它们服从于二维正态分布，而等百分位的二维正态分布的图形是椭圆，故称之为眼椭圆。

美国SAE、ISO等组织将眼椭圆定为汽车人机工程设计的主要工具。百分位是乘用车在人机工程设计中的基本应用术语，眼椭圆百分位是指其视切比，即由某个目标点向某百分位眼椭圆作一条切线，使其分做两方，含眼椭圆的一方其区域内的眼睛数和两方区域内的眼睛总数之比常用的为第 95百分位以及第90百分位和第99百分位。

2 汽车内饰的视觉可见性评估

驾驶员的视野可见性主要有，在驾驶的过程中机车前方的视野可见性，包括前方的广告牌、路标等的可见性评估；汽车内饰仪表盘的可见性，包括驾驶员在驾驶过程中能否清晰的看到汽车的内饰按钮和操作装备；后方视野主要是通过后视镜的作用看到的后方视野。

在以往的汽车内饰可见性评估中，通过人体参数的不同百分位，来求取眼点位置，主要是通过现存的软件系统和国际上的成熟标准来建立眼椭圆，通过眼椭圆对汽车内饰进行可见性评估。

2.1 A柱设计评估

本文通过比较各种设计计算方法，最后确定采用下列方法[1]：主要考虑在汽车的前方视野可见性评价中，A柱对前方视野的影响价值，使其能够通过使用增强现实技术做出应用分析。在传统汽车设计中，A柱影响人机功效评价一般采用实验法得到的眼椭圆来进行评价。首先是画出眼椭圆，然后再根据汽车的座椅位置计算出眼椭圆的位置，从而使用作图法来对汽车A柱进行评估。

绘图过程主要是：首先，画出眼椭圆的正视图轴线坐标XX－ZZ和俯视图的轴线坐标XX－YY；依据汽车驾驶员的座椅来确定H点前后方向的水平调节距离，以便确定眼椭圆的中心位置；接着，要确定眼椭圆的长轴方向，在眼椭圆的正视图上，椭圆长轴XX的方向和坐标轴线XX－ZZ为－6.4°，眼椭圆的俯视图上，椭圆的长轴方向和坐标轴线XX的位置是5.4°。通过驾驶员座椅的H点调节量以及选定的人体百分位数，查询标准，确定眼椭圆的长短轴长度，然后就可以画出眼椭圆。

通过眼椭圆对乘用车A柱进行评价。在眼椭圆的主视图上绘制出A柱的外部轮廓投影，在俯视图上绘制其剖面图；在俯视图上寻找离A柱距离最短的点B，从B点向A柱的剖面图做一条切线BA1，切点为A1，将B点在主视图长轴上的投影得到相对应的点B1；在俯视图上寻找到右眼的对应点C，瞳距是BC的距离，通常采用65 mm，一次通过BC中垂线的后方98.6求出头部的转动中心J点；测算中，眼睛的勉强转动角30°，但是A柱在左右眼前视线的30°外，超出范围，如标准的眼睛和头部的转动范围，所以驾驶员通过头部转动使前视线射向了 A柱，B、C点同时随着转动，直到头部中心线与B′A1之间成为30°的夹角；从俯视图上看，自C′点做CE视线，C′ E在A柱的切点 E。视线B′A1和视线C′E的夹角就是A柱对驾驶员双眼造成的双眼盲区。

2.2 方向盘、仪表板、前门窗人机设计

在汽车的驾驶过程中，驾驶员直面的180°范围内，其视野会受到方向盘、仪表盘和前门窗下沿高度等方面的影响，在其设计过程中要运用眼椭圆来进行核对。方向盘的轮廓和轮缘、轮幅在仪表板上容易形成视野盲区，在设计中注意不要影响了驾驶员读识仪表数字或显示装置。其视野盲区可以运用眼椭圆作图确定。设计中使车速表、发动机转速表等重要仪表设置避开方向盘形成的视野盲区，防止影响驾驶员的使用。