汽車人機工程學課件xin

1、5.3眼橢圓組長：齊明組員：楊輝 陳金映 王理睿 尤玉華 寧肖 傅崢 陳宇 祁佳寧 華君宇 何俊彥 曹悅5.3.1 眼橢圓的定義、由來和用途眼橢圓的定義、由來和用途n眼橢圓定義眼橢圓定義：指不同身材的乘員以正常的姿勢坐在車內時，眼睛位置的分布圖形。 （左右各一，分別代表左右眼的分布圖形）眼橢圓的測量方法：1.駕駛員按意愿調整座椅， 以正常駕駛姿勢入座；2.前方屏幕上播放城市交通景象；3.兩臺攝像機等高，在前方和側面同步拍攝，已確定駕駛員位置。n眼橢圓的由來眼橢圓的由來 眼橢圓的概念是隨著汽車產業(yè)的工程能力發(fā)展而被提出的，是汽車工程師們?yōu)榱吮ＷC大多數汽車駕駛員擁有良好的視野特性，而發(fā)展出來的。

2、在1963年, 美國選用三種車型, 對 2 000 多人進行了眼點測試。被測試者來自世界各地, 然后對測試的眼點位置進行統(tǒng)計分析, 形成最佳的與實際相符的曲線。 統(tǒng)計結果是：眼睛分布范圍在俯視統(tǒng)計結果是：眼睛分布范圍在俯視圖和側視圖的投影均可近似為橢圓圖和側視圖的投影均可近似為橢圓, 故稱為眼橢故稱為眼橢圓圓。據此, 美國制定了SAE J941汽車駕駛員眼范圍標準。在標準中, 根據眼點的分布情況, 分為 90 百分位、 95 百分位、 99 百分位等眼橢圓。眼橢圓的用途眼橢圓的用途 駕駛員眼睛在車內坐標系中的位置是進行視野設計與校核的基準，它是視野設計的工具視野設計的工具。駕駛員眼橢圓的確立為

3、研究汽車視野性能提供了科學的視野原點基準。由于駕駛員身材、姿勢及駕駛習慣的差異，視野原點不可能是某個固定點，而是呈某種形狀的分布圖形，不能簡單的以平均身材駕駛員的眼睛位置所在點作為汽車視野分析的視點基準。因此，在試驗測定和統(tǒng)計分析試驗測定和統(tǒng)計分析后，美國SAE推薦使用標準眼橢圓這種統(tǒng)計概念的圖形作為汽車視野設計和校核的科學依據基準。5.3.2 A類車、行程可調節(jié)座椅眼橢圓什么是什么是A類車和類車和B類車類車A類車通常包括小型乘用車類車通常包括小型乘用車、多功能車、輕型皮卡等。、多功能車、輕型皮卡等。B類車通常包括載貨汽車、類車通常包括載貨汽車、大客車、多功能車（大客車、多功能車（MPV）1.

4、眼橢圓尺寸的計算n1）長軸長度Lx 研究表明，駕駛員眼睛位置沿橢圓長軸方向（Ax方向）的部分與駕駛員身高呈現0.473的相關關系。即，若兩個駕駛員身高相差10mm，則其眼睛位置與Ax方向相差4.73mm。令變量X=0.473（S-Sr）表示眼睛在Ax方向的位置，S代表身高，Sr為參考身高。由單一性別駕駛群體的身高成正態(tài)分布，則男子和女子的眼睛的位置沿Ax方向各自呈正態(tài)分布，如下圖。眼橢圓的長軸計算原理眼橢圓的長軸計算原理2.眼橢圓的定位n眼橢圓定位包括：橢圓中心位置和傾角。n影響眼橢圓定位的布置參數：轉向盤在前后方向相對加速踏板基準點（PRP）的距離（L6），座椅高度（H30），變速類型和座椅

5、升程（A19）。n2002版SAE J941標準采用的是有關乘員眼睛位置分布規(guī)律最新的研究成果，其眼橢圓不再根據設計乘員軀干角度A40定位，而是認為：轉向盤前后位置和座椅高度是影響眼睛橢圓中心位置的主要因素。新的定位方法采用更多、更準確的參數作為定位因子，提高了靈活性和準確性。196 .18A2/sin)(306385 .32205 .32202/cos)(5 .1230176. 06587. 0664CFCMHZcWYcrWYclCFCMtHLc1）橢圓傾角的計算 對于A類車可調節(jié)座椅的眼橢圓，長軸線Ax與水平面的夾角應根據H點調節(jié)軌跡傾角A19計算，即：2）橢圓中心的計算 橢圓中心的3個坐

6、標分量Xc，Yc（分別以Ycl和Ycr代表左右眼橢圓中心Y坐標）和Zc分別以PRP，Y零平面和過AHP的水平面為定位基準。t為變速類型，當有離合踏板時t=1，否則，t=0。CM、CF分別為男子和女子眼睛位置分布的上、下1-P分位點3適合某些國家駕駛員群體的眼橢圓n截止2002年，SAE給出了美國，日本和荷蘭眼橢圓的尺寸和定位公式，這三個國家的人體尺寸特征表如下圖：國家國家性別性別平均身高平均身高身高標準偏差身高標準偏差平均座椅高度平均座椅高度美國美國男男1755175574.274.2919.5919.5女女1618161868.768.7856.2856.2日本日本男男1672.71672.

7、762.462.4901.3901.3女女1544.81544.861.261.2838.4838.4荷蘭荷蘭男男1806.21806.28080944944女女1690169070708878871）眼橢圓尺寸 適合美國人的A類車，可調節(jié)左右眼橢圓尺寸見下表。日本和荷蘭眼橢圓只給出了當TL123大于133mm時的尺寸，見下表。國家國家百分比百分比X X軸長軸長Y Y軸長軸長Z Z軸長軸長日本日本9595195.1195.160.360.393.493.49999271.5271.585.385.3132.1132.1荷蘭荷蘭9595202.0202.060.360.393.493.49999

8、283.1283.185.385.3132.1132.1座椅調節(jié)行程座椅調節(jié)行程百分比百分比X X軸長軸長Y Y軸長軸長Z Z軸長軸長 133 1339595206.4206.460.360.393.493.49999287.1287.185.385.3132.1132.1 1 - 133 1 - 1339595173.8173.8（1 1）60.360.393.493.49999242.1242.1（1 1）85.385.3132.1132.12 ）眼橢圓定位30638/5 .32205 .3220cos)(473. 05 .1230176. 06587. 0664196 .18*HHHZc

9、WYcrWYclSStHLXcAUSTUSTnA類車可調節(jié)座椅眼橢圓定位公式為：注釋：St為目標駕駛員群體平均身高；Sus為美國駕駛員群體平均身高；Ht為目標駕駛員群體平均身高；Hus為美國駕駛員群體平均坐高。對于美國人的情況，=12。4.眼點n1）E點：E點代表眼睛位置，是視野設計過程中視線的出發(fā)點。眼點有兩個，分別代表左右眼睛的位置，左右相距65mm。n2）P點：P點是駕駛員頭部水平轉動的中心點，與E點等高，位于左右眼點El與Er連線中點后方的98mm處，見右圖：眼點與P點的相對位置nP點相對于95th百分位中央眼橢圓中心的偏移量 頭部轉動點P1和P2分別用來計算駕駛員左、右側A柱的雙目視

10、野障礙角。頭部轉動點P3、P4分別用來計算駕駛員左、右側后視鏡的間接視野。 TL23P點x / mmy / mmy / mmz / mm左側駕駛右側駕駛133mmP10-7.37.3-20.5P226.220.6-20.6-20.5P3191-11.211.222.5P419111.2-11.222.5133mmP116.3-7.37.3-20.5P239.220.6-20.6-20.5P3175-11.211.222.5P417511.2-11.222.55.3.3 A類車、固定座椅眼橢圓n所謂的固定座椅，是專指H點或者靠背角度不可調節(jié)的座椅。這種情況見于H點不能調節(jié)的前排乘員布置方案，或者

11、用于后排乘員的情況。由于與可調節(jié)座椅乘坐環(huán)境的差異，使得乘員眼睛位置的分布規(guī)律有很大不同。n在側視圖上，固定座椅眼橢圓的尺寸計算和定位是基于單一性別駕駛員眼睛位置沿SgRP（乘坐基準點）到橢圓中心連線方向呈正態(tài)分布的假設，根據眼橢圓百分位來選取合適的分布位點來計算。以下是適合美國人的固定座椅眼橢圓尺寸。cos6405 .325 .32sin6406 . 940719. 0rrrrlZYYXrA5.3.4 B類車眼橢圓B類車眼橢圓n1、B類車眼橢圓尺寸和定位B類車眼橢圓自1987年以來一直沒有更新。B類車眼橢圓定位時以ATRP（駕駛室布置工具圖形定位基準點）作為基準點。由于B類車男女駕駛員比例有

12、很大差異，故眼橢圓定位時要考慮駕駛員群體中男女比例。眼橢圓中心相對于ATRP的公式（表中A40表示H點裝置的軀干角度）眼橢圓繞其中心旋轉：在俯視圖中向內側偏5.4度，側視圖中向前下偏轉11.6度n2、ATRP（Accommodation Tool Reference Point）ATRP是駕駛時布置工具圖形定位基準點，是SAE J1516標準中定義的，用于定位布置工具圖形的基準點。對于A類車，根據95th百分位H點位置曲線和H點高度計算ATRP。對于B型車，根據50th百分位駕駛員H點位置曲線，H點高度和駕駛員男女比例來計算ATRP。A類車基本不計算ATRP，B類車計算ATRP會按照如下公式X

13、=855.31-0.509Z（M:F=90:10）X=822.44-0.460Z（M:F=75:25）X=798.74-0.466Z（M:F=50:50） A為ATRP到AHP的水平距離，Z為ATRP到AHP的垂直距離,mm。這條曲線實際上是SAE J1517標準中定義的50th百分位H點位置曲線。A類車眼橢圓和B類車眼橢圓對比n1、A類車的眼橢圓主要按照國別（或者人種）進行分類，如美國、荷蘭、日本，而B類車眼橢圓是按照駕駛員的男女比例進行分類，如90:10,75:25,50:50。n2、A類車眼橢圓分布在2002年進行了更新，而B類車的眼橢圓標準1987年以來一直沒有更新?？梢钥闯銎噺S商對

14、于兩種車型駕駛舒適度和人機工程學上的不同側重點。n3、關于ATRP：對于A類車，根據95th百分位H點位置曲線和H點高度計算ATRP。對于B型車，根據50th百分位駕駛員H點位置曲線，H點高度和駕駛員男女比例來計算ATRP。而且A類車基本不計算ATRP，B類車計算ATRP會按照課本P168公式5-18來計算ATRP。5.3.5眼橢圓的理論解釋n1、眼橢圓的數學含義n眼橢圓的理論是基于二維隨機變量：即對一定的駕駛員群體，當其坐在適意的駕駛位置時，其眼睛位置在汽車坐標系三個方向上呈正態(tài)分布。設二維隨機變量（x1,x2）中，x1,x2代表眼睛位置坐標在汽車坐標系相應視圖方向上的兩個分量由正態(tài)分布可知

15、， x1,x2的聯合分布為二維正態(tài)分布。該視圖方向的眼橢圓輪廓實際上是二維隨機變量（x1,x2）在某高度上的水平截面線。n總結：某視圖方向眼橢圓的幾何含義，就是該方向眼睛坐標變量二維正態(tài)分布概率密度函數的等概率密度曲線。n2、眼橢圓的視切比 視切比定義為眼睛位置落在眼橢圓切線包含眼橢圓一側的概率。對于眼橢圓的任意切線，眼睛位置落在包含眼橢圓一側的概率都相等，且等于眼橢圓百分位。課本P169下方的陰影部分即為切視比。三維眼橢圓：由于眼睛位置在x,y,z三個方向上的正態(tài)分布性質，它在三維空間中的分布成橢球狀，成為三維眼橢圓。三維眼橢圓是由平面包絡而成的，落在包絡面包含眼橢圓一側的概率等于視切比。三

16、維眼橢圓左右各一，表示左右眼的分布圖形。n視切比與包含比：容易與視切比混淆的是包含比，它定義為眼睛位置落在眼橢圓內的概率。視切比總是大于包含比。5.3.6 眼橢圓的應用 駕駛員在駕駛過程中，有80的信息是靠視覺得到的，確定良好視野是預防安全事故的必要條件，各汽車生產國也都制定了相應的標準或法規(guī)作強制性規(guī)范，眼橢圓是視野以及與視野有關的零部件人機設計的主要工具。1、后視鏡安裝位置設計和后視野校核后視鏡安裝位置設計和后視野校核n后視野是指駕駛員通過內外后視鏡，所能見到的區(qū)域，在超車倒車、制動和轉向過程中,起著很重要的作用，它決定于后視鏡的鏡面尺寸、形狀和安裝位置等因素。我國已將后視野列為汽車安全性

17、認證的主要項目，具體要求 如圖1 所示。 在設計與校核時一般以第95百分位眼橢圓為基準，將其定位在車身坐標系中 如圖2 所示，初定鏡面中心點A，并給定鏡面尺寸及安裝角度，求左眼橢圓上距A點最遠點B，B點代表距鏡面最遠的駕駛員眼睛位置；一般情況下內后視鏡為平面鏡，外后視鏡為球面鏡，根據光學成像原理，可以求出駕駛員眼睛在鏡中的成像點C；以C點為頂點，則可作出鏡面4角的射線，求出水平單眼后視角和垂直后視角；水平后視角根據鏡面寬度,轉角等參數可轉換成雙眼后視角，這樣內外后視鏡的視野范圍就確定了。當汽車的后視野不滿足要求,可以通過改變A點(鏡面中心)來使其符合標準。圖32、 汽車風窗玻璃刮掃面積與部位校

18、核汽車風窗玻璃刮掃面積與部位校核n汽車風窗玻璃刮掃面積的大小及其部位的校核要以駕駛員眼橢圓為基準。 為了保證駕駛員在雨雪天能有良好的視野，汽車風窗玻璃刮掃系統(tǒng)不僅應有足夠的刮掃面積，而且要有正確的刮掃部位，在刮掃面積內對不同區(qū)域的清晰度也應有不同要求。 n按 SAE 推薦的方法，先在車身側視圖上畫出第 95百分位眼橢圓， 根據 SAE中規(guī)定的角度分別作眼橢圓上下左右 4 個切平面，這 4 個切平面與風窗玻璃的四條交線構成了視野要求的刮掃區(qū)域， 如圖 4 所示。 n風窗玻璃透明區(qū)至少應包括整個 A 區(qū)，其次，為保證雨雪天有良好的視野，汽車風窗玻璃刮掃系統(tǒng)應保證各區(qū)域的刮凈率分別是：區(qū)域 C 內要求 100刮凈，區(qū)域 B 內應刮凈 95，區(qū)域 A 內應刮凈 80。3、方向盤、儀表板、前門窗人機設計、方向盤、儀表板、前門窗人機設計n汽車行駛中駕駛員的前方180范圍內的視野要受到方向盤、儀表盤、前門窗下沿高度等的影響，在設計中應當用眼橢圓進行校核。n首先，通過眼橢圓向下分別作與水平面成1和4的夾角的兩個切平面， 前方方向盤最高點應當低1切平面，儀表