乘用车A柱盲区视窗系统研究与应用

2016-12-12吴映辉吴宇嘉

公路与汽运 2016年6期

关键词：视窗盲区驾驶者

吴映辉，吴宇嘉

（1.江西交通职业技术学院，江西南昌 330013；2.江西农业大学，江西南昌 330045）

乘用车A柱盲区视窗系统研究与应用

吴映辉1，吴宇嘉2

（1.江西交通职业技术学院，江西南昌 330013；2.江西农业大学，江西南昌 330045）

分析了乘用车A柱盲区的形成及对行车安全性与舒适性的不利影响，列举了现有技术下的汽车A柱无盲区显示装置的缺陷；介绍了一汽轿车奔腾B50车A柱盲区的测量方法和结果，阐述了乘用车A柱盲区视窗系统的组成、工作原理、技术特点和安装调试要求；介绍了A柱透明化的OLED柔性屏幕技术。

汽车；乘用车；A柱；盲区视窗

1 乘用车A柱盲区的形成及不利影响

乘用车车身前挡风玻璃两侧的斜立柱即为A柱（见图1）。A柱会导致驾驶者视野形成盲区，盲区范围受A柱结构尺寸及驾驶员眼部相对A柱位置等因素的影响（见图2～4）。

图1 乘用车A柱位置

图2 左A柱对视野的影响

如图5所示，A、B、C和前纵梁等具有保证车身整体架构的作用，像“鸟笼”一样确保内部驾乘人员的安全。其中A柱还有支撑车顶、安装前门和前挡风玻璃、承受碰撞冲击力的作用。

图3 右A柱对视野的影响

图4 A柱盲区范围

图5 A柱的作用

A柱形状、结构、尺寸设计需兼顾其强度和刚度、车身造型、视野盲区三大因素。A柱视角截面尺寸大多为90～100 mm，大尺寸可以增加A柱的强度和刚度，但同时视野盲区增大，不利于安全行车。在车身造型设计上，由于追求外形美观，A柱有时被

设计得非常粗或设计成三角窗，使盲区进一步扩大。加上前车门门框和密封胶条、挡雨棚、外侧后视镜外廓所形成的视野盲区，更扩大了盲区的范围。以下将A柱与前车门门框和密封胶条、挡雨棚、外侧后视镜外廓所形成的视野盲区统称为“A柱盲区”。由于驾驶者与左A柱较近，相对于右A柱，左A柱盲区的安全隐患更大，尤其是对于正在左转弯行驶的左置方向盘汽车。为了看清A柱盲区的交通状况，驾驶员行车中必须向前探身观察路况，正常驾驶姿势被破坏，可能引起误操作，造成交通事故。因此，GB 11562-1994《汽车驾驶员前方视野及测量方法》规定，A柱的双目障碍角不得超过6°。目前很多新款车型将A柱视角截面尺寸缩小至70～80 mm。但多起A柱断裂、严重变形及车身溃缩等重大交通事故警示A柱视角截面尺寸必须保证其刚度和强度。因此，在保证强度和刚度、车身外形美观的同时，如何将A柱盲区景象呈现于驾驶者的眼前，保证行车安全性和舒适性是亟待解决的技术问题。

2 现有技术的汽车A柱盲区解决方案

2.1 汽车A柱无盲区显示装置

公告号为CN203739757U的中国实用新型专利公开了“一种汽车A柱无盲区显示装置”，其通过安装在A柱内侧上的影像显示设备和安装在A柱外侧的影像输入设备使A柱透明化（见图6）。

图6 汽车A柱无盲区显示装置实景

该装置存在以下弊端：1）因影像输入设备安装于A柱外侧，易受雨水、尘土等的影响，无法全天候工作；2）影像显示设备结构尺寸大，安装于A柱内侧，影响汽车内饰美观；3）特殊比例的LED液晶显示屏生产技术要求高，难以适应车型各异的A柱，成本高；4）过大的显示屏影像完全遮挡了A柱，由于没有了A柱作参照物，驾驶者无法直观判断车身在交通环境中的位置，容易产生错觉而引发交通事故；5）影像输入设备安装在车外，其与车内影像显示设备布线安装调试较难，需使用专业工具，由专业人员利用专业技术来完成，不利于装置的推广普及；6）平板式显示屏长度与A柱相配合，安装于向后倾斜的A柱上，由于屏幕可视视角的原因，驾驶者可能无法看清楚显示屏影像。

2.2 乘用车A柱盲区视窗系统

乘用车A柱盲区视窗系统的设计基本思路：在A柱开设一个“视窗”显示A柱盲区的交通状况。“视窗”处于驾驶者正常驾驶位左右瞭望视线扫过的区域内，驾驶者通过“视窗”看清A柱盲区的交通状况，同时以A柱为参照物，判断车身所处的位置，保证行车安全。该系统既保证了对A柱强度和刚度、车身外形美观的要求，又实时地呈现了A柱盲区的景象，从而保证行车的安全性和舒适性。

2.2.1 乘用车A柱盲区测量

为了得到A柱盲区的具体数据，以一汽轿车奔腾B50为样车进行实车测量（见图7和表1）。

图7 A柱盲区实测数据（单位：mm）

表1 A柱盲区实测数据

A柱盲区的测量方法如下：1）将车身纵轴垂直于幕墙，车前保险杠距幕墙3 680 mm停放；2）测量出处于正常驾驶位的驾驶者（身高1 700 mm）眼部位置M点距幕墙的距离5 930 mm；3）用激光笔从M点水平方向发出激光，光束通过A柱边缘投射到幕墙上，分别得到点B、C、D和E；从M点发出激光，光束通过方向盘中心的铅锤位置投射到幕墙上，得到F点。

按1∶150的比例绘制图7，测出左A柱盲区角为18°左右，右A柱盲区角14°左右。依据图7，以安全隐患较大的左A柱盲区为例进行测算，得到距车前纵向2 700 mm、车左侧横向1 720 mm处，一个身高1 700 mm双臂齐肩左右平伸的人会被左A柱盲区完全覆盖，而这个距离和位置对于交通安全至关重要，特别是在转弯及在交叉路口行驶时极易导致交通事故。

考虑A柱的倾斜角、仪表台形式、方向盘位置和上下车便利性等因素，显示屏的尺寸实测为水平宽度100 mm、垂直高度80 mm。按该数据可推算出显示屏规格为11.938～13.97 cm。

2.2.2 系统的基本组成及工作原理

如图8所示，该系统由显示屏支架组件、摄像头支架组件、信号传输线和电源线组成，通过摄像头摄取A柱盲区的交通状况并转换为电信号，经信号传输线传送至显示屏，由显示屏再现交通路况景象，并呈现给驾驶者。

图8 乘用车A柱盲区视窗系统

摄像头支架组件中，摄像头采用视角为50°左右的标准镜头，以保证所拍摄的影像与目视接近；支架采用粘结技术固定于前挡风玻璃车内侧上角或下角处；采用鹅颈和万向球节柔性调节，使摄像头指向A柱盲区；摄像头孔位于前挡风玻璃雨刷覆盖范围内，以适应车型各异的A柱和规避雨水对拍摄清晰度的影响。

显示屏支架组件中，显示屏为LED背光液晶平板式，其长、宽尺寸与车型A柱结构相匹配，采用13.97、11.938 cm两种规格，该规格尺寸能与各车型相匹配。显示屏位于驾驶者眼部到A柱的直线连线上，具体位置以显示屏刚好完全遮盖住A柱盲区为准，达到视觉上的透视效果；支架采用粘结接技术固定于仪表台平面或前挡风玻璃上；采用鹅颈软管和万向球节的柔性调节，使显示屏正面朝向驾驶者眼部，实现可视性和舒适性的统一。

该系统采用汽车电源供电，电源线由汽车点烟器拾取电能，向并联的显示器支架供电。

2.2.3 系统的应用及特点

如图9所示，实际应用中，该系统可为扫除A柱盲区的安全隐患，保证行车舒适度和安全性发挥积极作用。

图9 乘用车A柱盲区视窗系统的应用

该系统的应用特点：1）所有部件均安装在车内，不受气候等外界条件的影响，能全天候工作；2）采用LED背光液晶显示屏，发热少，能长时间连续稳定工作；3）采用视角为50°左右的标准摄像头，图像摄取与目视接近，视觉自然；4）结构轻巧、美观，成本低，适合各种车型的自行安装；5）驾驶者能透过显示屏“窗口”观察盲区景象，始终保持正常驾驶姿势，操作轻松自如，行车舒适、安全。

3 OLED柔性屏幕A柱透明化的展望

由于液晶显示屏的液晶材料在环境温度过高时会变成液体，温度过低时会冷却变成晶体，无论变成哪种状态，液晶材料都不再具有能受电场控制的光电效应，导致液晶显示屏不能正常工作。此外，液晶显示的对比度、视角、响应速度会随温度变化而变化，因而对于环境变化大的车载显示，液晶不是最佳的显示方式。

OLED（Organic Light-Emitting Diode）有机发光二极管是利用有机电致发光二极管制成的显示屏。由于同时具备自发光、不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制作较简单等优异特性，OLED显示屏应用在车载领域具有极大的优势。

所谓OLED柔性屏幕A柱透明化是指利用OLED的可弯曲、柔韧性佳的特性制作出与A柱外廓尺寸相适应的柔性屏幕，贴敷在A柱上，用于显示由摄像头传来的A柱盲区影像信号，这样A柱就被“透明”了。随着OLED技术的发展，构件的“透明化”将成为现实。英国工艺创新中心（CPI）正致力于用OLED技术构造无窗飞机研发。