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。