基于驾驶员眼动信息的A柱视野研究

2020-03-21 01:40杨春朝钱方李春雨郭瑞
汽车技术 2020年3期
关键词:测量方法后视镜视点

杨春朝 钱方 李春雨 郭瑞

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州 511434)

主题词:眼动信息 A柱视野 人机工程

1 前言

目前,国内外对A 柱视野的控制方法主要分为2种,即GB 11562[1]中规定的A 柱障碍角测量方法(与ECE R125 测量方法一致)和SAE J1050[2]中提出的A 柱障碍角测量方法。但以上2 种方法均不能充分反映A柱视野优劣:文献[3]研究了A柱主体部分和根部对A柱障碍角的影响,并给出了优化方向;文献[4]运用几何模型分析法解释了GB 11562测量方法A柱障碍角较小、A柱实际视野障碍过大的原因;文献[5]对比了GB 11562测量方法、SAE J1050测量方法、RAMSIS 眼点分析法在A柱盲区校核结果上的差异;文献[6]分析了A柱相关参数的变化对A柱障碍角测量结果的影响,指出前风窗玻璃走势和侧窗玻璃走势的变化对GB 11562 测量方法、SAE J1050测量方法测得的A柱障碍角呈相反的影响趋势;文献[7]提出了透明A 柱的概念,将路况信息投影到车内的A柱显示屏上,从而消除A柱盲区。上述研究对A柱盲区的控制具有重要意义,但均未结合驾驶员的实际关注区域提出明确的A柱视野控制方法,而透明A柱因存在成本、视觉疲劳等问题,也并未得到广泛应用。

眼动仪通过眼动追踪技术,可采集驾驶员在驾驶过程中的眼动信息,目前国内外已有不少基于眼动仪的驾驶员动态视觉特性研究[8-12]。本文借助眼动仪采集驾驶员的眼动信息,研究驾驶员对A 柱的实际关注区域,并在此基础上提出新的A柱视野控制方法。

2 试验设计

2.1 试验流程

为采集驾驶员眼动信息,设计试验流程如图1所示。

2.2 试验对象与设备

2.2.1 车辆

试验共选用3 款车型进行对比测试。A 柱视野与前风窗玻璃、A柱本体、外后视镜镜壳及底座、A柱与外后视镜间隙(含三角窗)、外后视镜与水切间隙相关,为了探究上述各区域对A 柱视野影响的重要度,将A 柱整体区域进一步细分为5 个子区域,如图2 所示。此外,为了分析驾驶员在驾驶过程中主要关注的A 柱本体范围,试验基于GB 11562 测量方法,在向上2°、向下5°的区域外,每间隔1°对A 柱本体区域进行实车标记,如图3所示。

图1 试验流程

图2 A柱视野细分区域

图3 A柱本体细分区域

2.2.2 眼动仪

试验采用Dikablis Pro 眼镜式眼动仪,采样频率为60 Hz。该款眼动仪能兼容眼镜,并能通过调节鼻梁架的角度和宽度适应不同面部结构。配合D-Lab软件,可对眼动数据进行处理、分析。

2.2.3 模拟障碍物

由于A 柱最容易遮挡车辆外部行人从而引发交通事故,本文旨在研究试验车辆对车外行人的遮挡情况,以及驾驶员在驾驶过程中遭遇行人时的视觉特性。试验选用相当于第95百分位人体以及6岁儿童尺寸的圆柱桶作为模拟障碍物,为驾驶员提供视野参考。

2.3 试验工况

城市交叉口是道路交通系统的重要组成部分,也是交通事故的多发区域[13],因此,选取交叉口车辆与行人冲突的典型工况,包含直行、左转、右转、掉头工况。此外,为了对比动态与静态工况的眼动信息差异,设计了静态试验工况。

CJJ 37—2012《城市道路工程设计规范》[14]规定了机动车道的最小宽度,如表1 所示,本文将每条车道宽度定义为3.5 m,评价场地采用双向4车道,动态试验场地如图4所示。

表1 机动车道最小宽度 m

图4 动态试验场地示意

静态试验场地如图5所示。模拟障碍物沿圆弧摆放,与人眼视距定义为6 m[15],覆盖左、右A柱的观察区域。试验车辆R点位置在地面上的投影与圆弧的圆心重合。

2.4 数据采集

试验数据的采集包含客观数据和主观评分采集。选取男、女驾驶员共10 人,身高范围覆盖第5~第95 百分位人体,采集有效视点共计26.8万个。主观评分采用十点评价法,以主观评价表的评分结果确定试验车辆的A柱视野优劣。

图5 静态试验场地示意

3 数据分析

3.1 A柱视野细分区域视野重要度分析

A柱视野细分区域的视点分布结果如表2所示。

表2 A柱视野细分区域视点分布比例%

直行过程中,由于驾驶员能通过前风窗提前观察到模拟障碍物的位置,判断车辆可顺利通行,因此视点全部分布在前风窗区域。

左转、掉头过程中,驾驶员在左A 柱本体两侧往复扫视,此时前风窗、A 柱与外后视镜间隙区域的视点分布较多,且左A柱本体上有相当比例的视点分布。

右转过程中,驾驶员主要通过观察靠近右A柱的前风窗区域判断模拟障碍物与车辆的距离,视点主要分布在靠近右A柱的前风窗区域。

静态工况下,驾驶员的视点分布与动态工况的视点分布规律不一致。由于驾驶员无需进行驾驶操作,因此视线更集中于模拟障碍物,A 柱本体视点分布最多,其次为前风窗、A柱与外后视镜间隙。

综上,不同工况下A柱视野细分区域的视点分布情况差异较大,视点分布比例从大到小依次为:前风窗、A柱与外后视镜间隙、A柱本体、外后视镜镜壳及底座、外后视镜与水切间隙。由于A 柱本体对外部环境的遮挡直接影响前风窗、A 柱与外后视镜间隙的视野,结合各工况分析结果得出A 柱各区域视野重要度从高到低依次为:A 柱本体、前风窗、A 柱与外后视镜间隙、外后视镜镜壳及底座、外后视镜与水切间隙。

3.2 A柱本体细分区域视野权重分析

A 柱本体细分区域的视点分布如表3 所示,其中,上方区域角度为负,下方区域角度为正。

表3 A柱本体细分区域视点分布比例

动态工况下,[-2°,5°)区域(GB 11562测量方法中规定的A 柱障碍角测量范围)视点分布概率最大,但仅覆盖60%~70%的视点。鉴于视野设计时通常采用第95百分位眼椭圆,因此以覆盖95%视点的A柱区域作为判断依据,得出驾驶员主要关注的A柱视野范围为[-4°,9°)。

静态工况下,驾驶员无需进行驾驶操作,视点分布较动态工况更为分散,主要分布在[-2°,5°)及偏上的区域,静态工况下驾驶员关注的区域与动态工况不一致。

由上述分析可知,动态工况下的A柱本体细分区域视点分布与静态工况的视点分布存在差异,主要与驾驶员是否需要进行驾驶操作有关。动态工况与实际驾驶情况更为符合,因此应参考动态工况,将A 柱本体的控制区域修正为[-4°,9°)。

4 A柱视野控制方法研究

4.1 A柱视野的控制原则

由上述分析可知,要实现优秀的A 柱视野,需对A柱本体、前风窗水平宽度、A柱与外后视镜间隙、外后视镜镜壳及底座尺寸、外后视镜与水切间隙进行控制。

设计时,A 柱与外后视镜间隙、外后视镜与水切间隙往往不能兼顾,由于A柱与外后视镜间隙对视野的影响更大,因此应首先保证该间隙。外后视镜底座及壳体大小影响A柱视野,因此在保证外后视镜视野的前提下应尽量优化底座及壳体大小。对于前门有三角窗的车型,外后视镜的布置位置不应遮挡三角窗视野。

A柱本体对A柱视野的影响最大,设计时可通过减小A 柱障碍角对A 柱本体进行有效控制。由于目前常用的A 柱障碍角测量方法与A 柱盲区的实际感受存在差异,因此有必要探究一种更符合实际感受的A柱障碍角测量方法。

4.2 A柱障碍角测量方法分析

4.2.1 SAE J1050测量方法分析

SAE J1050测量方法如图6所示。该方法仅选取眼点高度的单一水平截面测量A 柱障碍角[3],可反映该截面上的A 柱粗细。但结合动态工况下驾驶员视点在A柱本体上的分布情况以及日常驾驶经验可知,单个截面的粗细并不足以分析A柱对外部环境的遮挡情况,因此SAE J1050测量方法不能反映实际的A柱视野优劣。

图6 SAE J1050测量方法

4.2.2 GB 11562测量方法分析

GB 11562测量方法如图7所示,俯视图中E1与左A柱S2截面外侧的切点a、E2与左A柱S1截面内侧的切点b分别为前视图中A-A、B-B在俯视图上的投影,即驾驶员侧(左侧)的A柱双目障碍角对应了A-A、B-B之间的盲区角度,当障碍物完全处于S1、S2、A-A、B-B之间的区域,障碍物被完全遮挡。

由此可知,GB 11562 测量方法的实际意义在于反映测量区域内的A 柱对车外竖直障碍物的遮挡情况。实际驾驶中车外行人也属于竖直障碍物,因此该方法比较符合实际驾驶情况,但由于测量范围偏小,因此仍与实际主观感受存在一定差异。

图7 GB 11562测量方法

4.2.3 A柱障碍角测量方法修正

根据试验采集的视点分布情况以及SAE J1050 测量方法、GB 11562 测量方法的分析结果,本文基于GB 11562测量方法将A柱障碍角的测量范围由[-2°,5°)扩大至[-4°,9°)。同时采用GB 11562 测量方法、SAE J1050测量方法,将A柱障碍角的测量结果进行对比。

客观测量值与主观评分的对比结果如表4 所示。SAE J1050 测量方法的结果表明,车辆2 的A 柱障碍角最小,车辆3 的A 柱障碍角最大;GB 11562 测量方法的结果表明,车辆3的A柱障碍角最小,车辆1、车辆2的A柱障碍角相同;本文提出的标准修正法的结果表明,车辆2的A柱障碍角最小,车辆1的A柱障碍角最大。

本文提出的标准修正方法与动态主观评价结果一致,表明该方法更符合A 柱视野的实际感受,通过减小该方法测出的A柱障碍角可有效改善A柱盲区。

5 结束语

本文基于眼动仪采集的驾驶员眼动信息,就驾驶员对A柱的实际关注区域进行了研究,得到A柱各细分区域的视野重要度从高到低依次为:A 柱本体、前风窗、A柱与外后视镜间隙、外后视镜镜壳及底座、外后视镜与水切间隙。当A柱与外后视镜间隙、外后视镜与水切间隙不能兼顾时,应首先保证A 柱与外后视镜间隙;在保证外后视镜视野的前提下应尽量优化底座及壳体大小;对于前门有三角窗的车型,外后视镜布置位置注意不要遮挡三角窗视野。

基于GB 11562 测量方法,本文将A 柱障碍角的测量范围由[-2°,5°)扩大至[-4°,9°),验证结果表明,通过减小该方法测出的A柱障碍角可有效改善A柱视野。

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