增强汽车驾驶员视野的方法及视野发展趋势

张 莹

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

增强汽车驾驶员视野的方法及视野发展趋势

张 莹

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

驾驶员视野是汽车主动安全的主要内容之一，对汽车的行车安全具有非常重要的作用。本文通过对驾驶员视野的原理分析来寻求增强视野的方法，来进一步分析汽车视野的发展趋势。

汽车；驾驶员；视野

CLC NO.: U471.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-146-05

前言

当今，汽车安全、节能、环保已成为汽车工业发展的三大主题，在这三大主题中，安全是最首要的，也是其他两项的基础。汽车只有首先保证安全性，才能继续在节能环保上深入研究。根据美国联邦机动车安全法规（FMVSS）把汽车安全划分为主动安全、被动安全和事故发生后的安全性，其中主动安全包括了汽车灯光、汽车视野、驾驶操作性、操纵稳定性、汽车制动系、汽车轮胎和轮毂等，涵盖了汽车性能的所有方面。在这其中，汽车视野安全在整个主动安全性中占有相当重要的地位。

1、视觉原理

要进行汽车视野方面的研究，首先应该了解视觉原理。在汽车主动安全系统设计中应用的主要视觉特性如下：

1.1 视角

由瞳孔中心到被观察对象两端所张开的角度。在一般照明条件下，正常人的眼睛能辨别5m远处两点间的最小距离，其相应的视角为1°，被定义为最小视角。人眼辨别物体细部的能力随着照度及物体与背景亮度的对比度的增大而增大。

1.2 视力

人眼对物体细部识别能力的生理尺度，被定义为临界视角的倒数。规定当临界视角为1°时，视力等于1.0，为正常视力。

1.3 视野

指人的眼睛观看正前方所能看得见的空间范围，常以角度表示，按状态可分为静视野和动视野。正常人双眼静视野范围：在垂直方向约为130°（视水平线上方60°，下方70°）；在水平方向约为120°（两眼内侧视野重合约60°，外侧各30°）。为了减轻人眼的疲劳，人-机系统设计中常以人眼的静视野为依据。动视野范围是车速在40km/h时，双眼总视野约100 °，车速在75km/h时，双眼总视野约65 °，车速在100km/h时，双眼总视野约40 °，因此在高速行驶时，要及时发现并躲避突然闯入的人货物比较困难。

1.4 视觉的运动规律

眼睛水平运动比垂直运动快，通常先看到沿眼睛水平运动方向放置的物体，后看到沿眼睛垂直运动方向放置的物体；人眼沿垂直方向运动比沿水平方向更易疲劳；人眼视线移动习惯于从左到右、从上到下和顺时针方向运动；人眼对水平方向尺寸和比例的估计比垂直方向准确[1]。

2、视野的分类

汽车视野按方向不同可分为前方视野、后方视野和侧方视野。另外，夜间行驶需要夜间视野。根据视野的性质分可分为直接视野和间接视野。直接视野包括前方地面视野、交通灯视野、A柱障碍角、仪表板视野、直接后方视野，间接视野主要是指间接后方视野。

3、增强视野校核的方法

当今，随着科技的进步，汽车在设计上也不断创新，加入了很多科技元素，在增强视野方面也处处体现科技的力量。

3.1 增强直接前方视野的方法

3.1.1 改善眼睛舒适度

随着汽车玻璃技术的发展，新汽车挡风玻璃技术也陆续出现。例如能减少阳光对轿车车厢内的影响，提高舒适性的水平，目前广泛使用的绿色玻璃就是采用反射涂层工艺或改善玻璃的成分，只让阳光中的可见光进入车厢内，挡住紫外线和红外线。从而提高眼睛的舒适度，来提高直接前方视野。

有一种反红外线辐射银膜玻璃，在多片夹层玻璃中加入镀银薄膜，其红外线反射率为48%。当阳光通过这种看似普通的玻璃时，光和热会减少23%。这种玻璃实际上还起隔热节能作用，可相对减少空调能量负荷。

3.1.2 扩大前下视野范围

3.1.2.1 地形监视

在一些艰难环境下的路况下，驾驶员往往不能很好的判断当下的路况，这就衍生出许多辅助驾驶员扩大视野的功能，例如地形监视功能。地形监视系统的作用是通过摄像头将路面情况反馈给驾驶员，消除行车过程中的盲区并辅助驾驶员更好地选择车辆驾驶模式。这种系统通过位于车头、车尾、两侧后视镜处的摄像头及仪表盘中间的前轮转向角度的提示，让驾驶员能够清楚地知道自己车子的位置及路面状况，在通过复杂路段时，可以告知驾驶员什么时间怎么打方向，并辅助驾驶员选择最合适的驾驶模式，使车辆一直保持最佳的行驶状态。

如图1所示，许多越野车在攀爬角度很大的陡坡时，驾驶员的眼前往往只能看到蓝天白云，而此时车前的摄像头则可以及时将车前的路面形势在显示屏中呈现给驾驶员，应该避开哪些障碍，到达坡顶的距离都会一目了然。

3.1.2.2 涉水感测功能

许多车型在行驶到积水路面时，往往不能很好的判断水深，容易造成被淹、熄火等问题。而近年来一些车型出现的涉水感测功能便在很大程度的帮助驾驶员做出有效的判断，为驾驶提供帮助，无形中为驾驶员视野起到的辅助的作用。这种功能可提高车辆在积水路面行驶的安全性，让驾驶者决定是否通过积水路段，避免因积水过深导致车辆被淹。负责探测水深的探测器被安装在两侧后视镜，可与倾斜仪协同工作鉴别水下地面起伏，探测到的信息用图像显示在中央触摸屏上，如图3。

涉水探测功能可通过触摸屏显示出当前水深和最大涉水深度。当接近该车的最大涉水深度时，系统会通过触屏显示及声音提示警告驾驶员。

3.2 增强间接后方视野的方法

3.2.1 自动防眩目内后视镜

夜间行车最大的安全隐患就是视线问题，不仅是因为天黑光线不好，而且各向来车的大灯对行驶安全也有影响；遇上不规矩的司机在后方长期开着远光灯行驶，车内后视镜直接将强光反射入了眼睛，刺眼的强光直接影响到行车的安全。为了减小危险的发生，后视镜带有一般都带有防眩目功能。目前后视镜防眩目有两种形式，一种为手动，通过光学原理抑制炫目，这种后视镜使用一块儿双反射率的镜子，当驾驶员认为反射光过强感到刺眼时，即可手动拌动后视镜角度调节杆，使后视镜角度偏移，此时镜面的反射率小，自然可以削弱光线强度，如图4。自动防眩目，这种后视镜在镜面后面安装了光敏二极管，二极管感应到强光时控制电路将施加电压到镜面的电离层上，在电压的作用下镜片就会变暗以达到防眩目的目的，如图5。

3.2.2 可投影到风挡的汽车后视系统

常见的后视镜总会有一些视区盲点，对车辆造成了一些安全隐患，最新出现的汽车后视系统则避免了这样的问题。该系统由两部分组成，车身两侧和后部装置的摄像头和前挡玻璃上的显示器。采用先进的高科技手段，即使在光照条件不佳的情况下，也可以提供良好的后视图像，而且不会受到车内环境和乘客的影响，如图6。

3.2.3 双曲率外后视镜

我们在初中物理课就学过凸面镜的原理，在狭窄的胡同拐角处也经常能看到凸面镜为我们指示拐角另一面的情况。工程师们将凸面镜直接安装在侧后视镜上就是其在应用上最简单的创新，解决了侧后视镜视野不足的难题，如图7。不过这种方法实在是不太美观，于是很多厂家便有了一个相对复杂的设计——双曲率侧后视镜，如图8。

这种外后视镜镜面曲率会发生变化，靠车辆外侧镜面曲率较大，用来扩大外后视镜的视野。当然，曲率变大会导致视觉失真，所以厂商会出于安全考虑在镜面上标有标示线，提醒驾驶员注意失真现象。

3.2.4 带电加热外后视镜

通过对镜面的改良，外后视镜视野不足的问题得到了很大程度上的改善，不过雨天行车能见度比晴朗天气下要差许多，天空掉落的雨滴在空气形成了一道水幕，影响了驾驶员的视野。

外后视镜加热功能正是为避免上面这种情况而开发的。其工作原理非常简单，只需在侧后视镜的镜片内安装一个电热片（电热膜）即可。此时，若再碰到雨雪天气，只要按下外后视镜加热按钮，电热片就会在几分钟内迅速将侧后视镜镜面加热至一个固定的温度（一般在35-60摄氏度之间），利用电热片的热量将外后视镜上的水蒸发掉，以此免受视线不清带来的困扰。

3.2.5 防眩目外后视镜

对于驾驶员来说，并不是什么时候都要看得越清楚越好，有过夜间驾车经历的人都知道，后车的灯光在漆黑的夜色中显得格外耀眼，会对驾驶员的视觉造成影响，如图11。带有防炫目功能的外后视镜可以过滤部分强光，保证车辆的行驶安全。

目前最常用的防炫目方法就是将外后视镜表面镀上镀层，以过滤较强的光线。镀铬外后视镜虽然可以很好的防止强光炫目，不过这种镀层反射率较低，夜间视野会稍显昏暗。因此我们更常使用涂布二氧化钛与二氧化矽的蓝镜。这种外后视镜可对容易产生炫目的高波长可见光产生干涉，转化为蓝光，而蓝光则是人类眼睛最能适应的光线，从而达到防炫目的效果，如图12。除了在外后视镜表面添加镀层以外，一些电化学技术的外后视镜也具有防炫目功能，比如EC电化学外后视镜。其内部含有一种胶黏体，只要对其施加小电荷，胶黏体就会变暗。因此当后车前照灯发出强光时，外后视镜的光敏传感器会感知光线强度，激发后视镜电荷，这样外后视镜就不再晃眼了。

3.2.6 外后视摄像头

外后视镜的最基本功用就是观察两侧来车，外后视镜的视野越大，驾驶员在并线、超车、转弯、倒车等情况下行车的安全系数就越高。要做到这一点，最简单的方法就是把外后视镜加大。镜面越大，视野自然也就越好。不过物极必反，这种增大不是无限度的。个头太大会使整车显得不协调，同时也会影响加驾驶员对侧前方路况的观察。而且过大的外后视镜对于整车风阻上也有很大的影响。因此，目前一些高端车型用摄像头取代了传统的外后视镜，如图13。

3.2.7 并线辅助系统

在驾驶过程中，由于车身设计的缘故，外后视镜所能提供给我们的视觉范围总会有一些盲区存在。为了解决这一问题，很多车辆安装了并线辅助系统。这种系统的警告指示灯被安装在外后视镜或其周围，可在外后视镜的基础上给驾驶员提辅助。这种系统能够通过雷达探测后方车辆，并通过警示灯提醒驾驶员并线可能存在风险，降低盲区给车辆并线带来的隐患，提高驾车的安全系数。

通过安装在后保险杠两侧的两个雷达及安装在外后视镜内侧的指示灯辅助驾驶员消除盲区完成并线行驶。该系统可辨识后侧车辆的当前位置速度和移动方向。其工作原理是先发生高频电磁射线，即“微波”，随后接收探测物体返回的射线并分析。物体的反射特性各不相同，金属可以良好的反射射线而塑料则几乎完全穿透射线，因此系统可以很准确地探测机动车。

当车速超过60km/h时，系统开始对车辆后方及侧面50m范围内的道路状况进行监控。若此时存在潜在并线风险时，其对应方向侧后视镜上的警告指示灯将会亮起。如果驾驶员此时仍旧打开转向灯试图并线，则外后视镜上的警告指示灯将会增加亮度并开始闪烁，提醒驾驶员危险的存在。

3.2.8 电子车身影像

电子车身影像系统在当今很多车型都具备这种功能。这种系统可以最大做到360度全方位无盲区，通过车内显示屏就可以将车身四周的环境一览无余，大大增加了泊车、倒车等情况下的驾车安全，而其侧向监控摄像头便安装在外后视镜上。

该系统主要由以下六部分组成：图像获取、摄像机定标、图像变换、图像美化、图像无缝拼接融合、图像显示。图像的获取往往利用安装在车身前后左右4个超广角摄像头SWVC（Super-Wide-View-Camera）捕捉车辆周围状况。但由于采用SWVC后影像会产生“鱼眼失真”的现象，所以必须通过计算处理进行画面合成及修正，合成一幅车身周围的全景鸟瞰图，从而将车辆四周真实画面展示在车载显示屏上，避免行车过程中的碰撞危险。如图15。

3.3 增强侧方视野

许多车型虽然没有全方位车身影像，但其配备的Lane Watch侧面监视功能也可以大范围消除盲区，降低安全隐患。在车辆倒车时该功能可以辅助驾驶员倒车，就是我们平时所说的倒车影像。不过其与一般倒车影像系统的差别在于，除在车尾安装有倒车摄像头外，车辆右外后视镜下方也装有一个摄像头，用于监控车辆右侧盲区。驾驶员通过打开右转向灯或按动转向拨杆顶端的按钮进行开启。虽然其在视野上不及全方位车身影响系统那么强大，但清晰度较好，可以避免因车辆右侧盲区导致的安全隐患。如图16。

4、汽车视野安全的发展趋势

4.1 适应汽车造型的需要

汽车的造型不断地向流线型发展，从某种意义上讲会使汽车的视野性能变坏，因此协调两者间的矛盾，使流线型带给视野的负面影响得到减少和控制。

4.2 电子技术的发展给视野以新概念

通过各种先进的电子把车外环境视野转变成车内环境视野，使驾驶员看到的视野更大，更有利于驾驶。例如上面所述的地形监视功能、并线辅助系统、电子车身影像等。

4.3 汽车辅助设施配置更加完善

车辆为保证自身安全性能不至因恶劣天气、气候所破坏所设置的一些设施，如雨刮、洗涤器、除霜装置、除雾装置、遮阳板、带电加热外后视镜、防眩目后视镜等；在行驶过程中为其他道路使用者提供必要信息的装置，如灯具、回复反射器等。

5、总结

为了提高驾驶员的视野，进一步提高汽车驾驶的安全性，这不仅仅需要玻璃、后视镜等零部件本身的结构、性能等方面的提高，仅仅零件内在的改变就已无法满足当下人们对驾乘安全的苛刻要求。由于车身构造的限制，盲区依旧无法避免，这为行车安全埋下了隐患。在科技发达的今天，借助电子系统辅助，双管齐下，才能做到眼观六路，更直观、更便捷地洞悉车外的每个角落。零部件自身设计结合现代电子科技双管齐下，使我们在驾驭车辆时变得更加从容。最终的目的只有一个，就是使行车更加安全。

注：部分图片来源于网络

[1] 李国美 人机工程学与汽车主动安全系统.汽车技术，2004年第1期：9.

[2] 占建云[，郑晋军].汽车车身总布置设计工具综述. 汽车科技，2002年第5期：19.

The Methods and Trends of Enhance the Car Driver's Field of Vision

Zhang Ying
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

Driver's field of vision is one of the main elements of automotive active safety. It is very important for traffic safety of the car. This paper analyses the principle of driver's field of vision, find the methods of enhanced vision, and analyze trends in the automotive vision

vehicle；driver；vision

U471.3

A

1671-7988(2015)01-146-05

张莹，就职于华晨汽车工程研究院。