视野校核和汽车设计：视野障碍与后视镜布置

1.概述

驾驶人视野是指驾驶人处于正常驾驶位置，且其眼睛和头部在正常活动范围内时，能直接或借助于辅助设备看到的范围，可分为直接视野和间接视野。驾驶人直接视野，是指驾驶人直接看到的范围；驾驶人间接视野，是指驾驶人借助后视镜等辅助设备看到的范围。

阻碍驾驶人视线的物体称为视野障碍。被视野障碍挡住而驾驶人看不见的区域，称为盲区。按照眼睛的使用情况，盲区有单眼盲区和双眼盲区之分。所谓单眼盲区，是指左眼或右眼单独观察时，因视野障碍的阻挡而看不见的区域；双眼盲区是指因视野障碍的阻挡而两眼不能同时看见的区域。

以驾驶人环绕视野为例，驾驶人在驾驶位置向周围地面观察时，由于立柱、车门、发动机舱盖和行李舱盖等的阻挡，会形成盲区，如图3-32所示。盲区之外的地方就是可见区域。

图3-32 环绕视野和盲区

视野校核必须选定合适的眼点，而眼点的选定又要以眼椭圆为根据。眼点的选取原则是：选取眼椭圆轮廓上，视野性能最差的眼点。例如：计算可视区要选择使视野最小的眼点，而计算盲区则应选择使盲区最大的眼点。

2.前方视野校核

（1）前风窗开口视野校核

前风窗开口上沿应该具有足够的高度，以使驾驶人能够方便地观察车头前方12 m远、5 m高的交通信号灯。前风窗开口下沿高度与前方下视野有关，其高度的选取应保证地面盲区长度在许可范围内。对于轿车和微型车，前方上视野必须给予重视。此外，不合理的前方上、下视野还会影响驾驶人颈部的舒适性。设计时，需要作出各种条件下的上、下视野线，以检查前风窗的布置，如图3-33所示。其中，V1、V2两点的定义参见GB 11562—2014。

图3-33 前方视野及视角

1—观察交通信号灯的眼椭圆视切线（最小为14°）
2—过前风窗玻璃刮扫区域上边界的眼椭圆视切线（通常为10°）
3—过V1点的前风窗玻璃透明区上边界视线（7°）4—过V2点的前风窗玻璃透明区下边界视线（5°）
5—过V2点的转向盘轮缘上切线 6—V1点 7—V2点 8—SgRP

（2）A柱盲区校核

驾驶人一侧的A柱（包括所有能够阻挡驾驶人视线的附件、玻璃密封条等）盲区，是驾驶人前方视野盲区中最主要的部分。由于A柱对驾驶人视线的阻挡，驾驶人常常需要转动眼睛和头部观察自身一侧前方的交通状况，这容易引起疲劳，对安全行车不利。《汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》（GB 11562—2014）采用双目障碍角表示A柱盲区，其大小与A柱本身的结构尺寸和驾驶人眼睛到A柱的距离有关，每根A柱的双目障碍角不能超过6°，具体测量方法请参考CB 11562—2014。

SAE J1050标准评价A柱盲区，只使用眼点高度上的A柱截面尺寸。以计算左侧A柱盲区为例（见图3-34），求作过程如下。

图3-34 SAE J1050推荐的A柱盲区求作方法

①计算头部转动点P。由于是驾驶人左侧的A柱，应使用P 1的公式计算P点；反之，根据P 2的公式计算P点。(www.xing528.com)

②按照头部转动角为零时计算两个眼点的坐标。

③在眼点高度上做一水平面，截左A柱得到左A柱断面。

④计算头部的最小水平转角。通常左眼点转动到极限位置（30°）仍不能看到左A柱断面外侧，因此需要向左转动头部。头部最小水平转角是在保持左眼点向左转动30°的状态下，再向左转动头部至左眼完全看见A柱断面时的头部水平转角。

⑤计算A柱双目障碍角。在眼点高度上的水平面内，从左眼点向A柱断面的左侧做切线，再从右眼点向A柱断面的右侧做切线，左右切线的夹角就是A柱双目障碍角。有可能出现左右切线平行或在A柱截面前方相交的情况，这时认为A柱盲区不存在。

（3）前风窗刮水器刮扫区域校核

刮水器的功能是刮除风窗玻璃上的雨、雪和其他污物，保持风窗玻璃有良好的视野。刮扫面积指刮水器在风窗玻璃上能刮扫到的有效面积。保证该区域满足驾驶人的视野要求，是布置刮水器的依据。刮扫面积与刮水器的布置位置、刮扫摆角和刮片尺寸有关。在布置刮扫系统时，不仅应保证有足够的刮扫面积，还要有正确的刮扫部位。

SAE J1903定义的理论刮扫区是由眼椭圆上下左右四个切平面与前风窗玻璃的交线围成的区域，是重点要刮扫的部位。

由于刮水器的空间运动特性、刮扫轴线空间的布置以及前风窗玻璃的空间形状为曲面等因素，刮水器实际刮扫到的区域常常不能完全覆盖理论刮扫区。为评定刮水器刮扫的有效性，需要计算刮净率，它定义为实际刮扫区和理论刮扫区重合部分的面积与对应的理论刮扫区面积之比。不同理论刮扫区的清晰度要求不同，在驾驶人经常观察的前风窗玻璃区域，清晰度要求要高一些。为求得实际刮扫区，应该对刮水器进行运动分析，建立刮水器的运动学模型，设定刮片的起始角和终止角等运动参数来模拟刮水器的工作过程，将刮片在前风窗玻璃上扫过的实际刮扫区求出来。

3.后方视野校核

驾驶人后方视野是驾驶人借助后视镜间接观察到的范围，一般分为两种：驾驶人借助车外后视镜看到的外后视野和借助车内后视镜看到的内后视野。内后视镜通常为平面镜，外后视镜有平面镜和曲面镜两种形式。

汽车后视镜布置应充分考虑人眼的视觉特性，以尽量靠近驾驶人直前视线为宜，这样，驾驶人不用经常转动眼睛和头部就能获得足够的信息。人机工程学推荐：后视镜水平方向的位置位于驾驶人直前视线左右各60°（45°头部自然转动角与15°眼睛自然转动角之和）范围内，垂直方向的位置位于驾驶人直前视线上下各45°（30°头部自然转动角与15°眼睛自然转动角之和）范围内。对于驾驶人侧后视镜，一般推荐镜中心与靠近视镜一侧眼点的连线（或眼椭圆切线）与驾驶人直前视线的夹角不大于55°。观察后视镜的视线不应被立柱阻挡。若通过前风窗观察后视镜，则后视镜应布置在通过前风窗刮扫区域看到的范围内。对于前排乘客侧后视镜，应安装在驾驶人直前视线75°范围内，如图3-35所示。

图3-35 汽车后视镜的布置

GB 15084—2013要求汽车在整车整备质量状态，且前排具有一名乘客的条件下，达到下述视野要求。

①对于M1和N1类汽车内后视镜，要求驾驶人借助它能在水平路面上看见一段宽度至少为20 m的视野区域，其中心平面为汽车纵向基准面，并从驾驶人的眼点后60 m处延伸至地平线，如图3-36所示。

图3-36 M1和N1类汽车后视野的要求

②对于M1和N1类汽车外后视镜，要求驾驶人借助左外后视镜能在水平路面上看见一段宽度至少为2.5 m的视野区域，其右边与汽车纵向基准面平行，且与汽车左边最外侧点相切，并从驾驶人眼点后10 m处延伸至地平线；要求驾驶人借助右外后视镜能在水平路面上看见一段宽度至少为4 m的视野区域，其左边与汽车纵向基准面平行，且与汽车右边最外侧点相切，并从驾驶人的眼点后20 m处延伸至地平线，如图3-36所示。