CN104842873B - 用于观察客车的中门的观察镜设计方法以及客车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于观察客车的中门的观察镜设计方法和客车，所述方法包括：将观察镜设置为具有形成为球冠的镜面和形成圆形的镜面边缘轮廓，球冠的半径为R，圆形的半径为r，并将观察镜设定在客车前部内的安装位置(G)；在镜面边缘轮廓上设定n个入射点，分别连接眼点和每个入射点以得到入射光线，分别连接所述镜面的球心和每个入射点以得到法线；根据每个入射点的入射光线和法线做出反射光线，并根据n条反射光线确定反射光线区域(RZ)；将观察镜的安装位置调整为安装位置，使得客车(1)的中门(2)位于反射光线区域内。在安装位置设置观察镜，驾驶员在驾驶位置即可通过观察镜观察到中门的情况，无需设置摄像头等装置，兼顾效率和成本。

Description

用于观察客车的中门的观察镜设计方法以及客车

技术领域

本发明涉及车辆领域，具体地，涉及一种用于观察客车的中门的观察镜设计方法以及客车。

背景技术

目前客车特别是城市公交车在中门位置布置摄像头，驾驶员通过直接观察仪表板上的显示摄像头拍摄的图像的显示屏来观察乘客上下车情况。但是摄像头、线束和显示及控制装置成本较高，导致整车成本较高。

因此，现有技术存在为观察中门情况而设置摄像头等装置导致的成本较高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于观察客车的中门的观察镜设计方法，使得通过观察镜即可观察中门情况，降低成本。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于观察客车的中门的观察镜设计方法，所述方法包括：

A1、将所述观察镜设置为具有形成为球冠的镜面和形成圆形的镜面边缘轮廓，所述球冠的半径为R，所述圆形的半径为r，并将所述观察镜设定在客车前部内的安装位置，该安装位置为所述镜面的镜面边缘轮廓的中心；

A2、在所述镜面边缘轮廓上设定n个入射点，分别连接眼点和每个入射点以得到入射光线，分别连接所述镜面的球心安装位置和每个入射点以得到法线；

A3、根据每个入射点的入射光线和法线做出反射光线，并根据n条反射光线确定反射光线区域；

A4、调整所述观察镜的安装位置，使得客车的中门位于所述反射光线区域内。

优选地，在步骤A1中，将所述安装位置设置在客车内的左前部。

优选地，步骤A1包括：

A11、从客车的原点向客车前侧偏置平面YZ，以得到第一平面；从所述原点向客车左侧偏置平面XZ，以得到第二平面；从所述原点向客车上侧偏置平面XY，以得到第三平面；其中，原点为整车坐标原点，X、Y和Z分别为客车的宽度方向、长度方向和高度方向坐标轴；

A12、以第一平面、第二平面和第三平面的交点为球心、R为半径做第一球面，并获得第一平面与第一球面相交的第一曲线；

A13、以穿过所述交点且平行于Z轴的直线为旋转轴线使第一曲线旋转θ角，以获得控制曲线；

A14、在控制曲线a’b’上任取一点作为安装位置。

优选地，以所述安装位置为球心、r为半径做第二球面，以第一球面与第二球面相交的第二曲线近似作为所述镜面边缘轮廓，在步骤A2中，在第二曲线上设定所述入射点。

优选地，在步骤A2之前，根据所述第二曲线相对于客车的位置，调整第一平面、第二平面、第三平面中的至少一者相对于相应的平面YZ、平面XZ、平面XY的偏置距离，以使所述第二曲线与客车内的其它布置不干涉。

优选地，在步骤A4中：当所述中门沿客车的长度方向偏离所述反射光线区域时，通过调整θ角的大小来使得所述中门位于所述反射光线区域内；当所述中门沿客车的高度方向偏离所述反射光线区域时，通过调整所述安装位置在所述控制曲线上的位置来使得所述中门位于所述反射光线区域内。

优选地，在步骤A2中，沿所述镜面边缘轮廓均匀设定n个所述入射点，其中n为大于15的自然数。

优选地，步骤A3包括：在反射光线的延伸到客车外部的位置取连接点，连接相邻两条反射光线的连接点，以获得所述反射光线区域。

优选地，所述反射光线区域与支撑客车的平面相交于第三曲线，在步骤A4中，调整所述观察镜的安装位置以使第三曲线距客车最近的距离不小于1m。

优选地，R为400-1200mm，并且/或者，r为60-100mm。

本发明还提供一种客车，其中，所述客车设置有观察镜，所述观察镜设置为能够在所述客车的眼点观察到所述客车的中门。

优选地，所述观察镜设置为具有形成为球冠的镜面和形成圆形的镜面边缘轮廓，所述球冠的半径为R，所述圆形的半径为r，其中，R为400-1200mm，r为60-100mm。

优选地，所述观察镜的安装位置为通过本发明的用于观察客车的中门的观察镜设计方法确定的安装位置，所述安装位置为所述镜面边缘轮廓的中心。

通过上述技术方案，在通过上述方法确定的安装位置设置观察镜，驾驶员在驾驶位置即可通过观察镜观察到中门的情况，无需设置摄像头等装置，兼顾了效率和成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是说明根据本发明的设计方法的优选实施方式设定第一平面、第二平面和第三平面的示意图；

图2是说明根据本发明的设计方法的优选实施方式设定第一球面的示意图；

图3是说明图2中第一球面上的第一曲线和控制曲线的示意图；

图4是说明第二球面和第二曲线的示意图；

图5是说明在第二曲线上设置入射点的示意图；

图6是说明在图5的第二曲线上的入射点做出入射光线的示意图；

图7是说明在图6中的第二曲线上的入射点做出法线的示意图；

图8是说明在图7中的第二曲线上的入射点做出反射光线的示意图；

图9是说明通过图8的反射光线获得的反射光线区域的示意图；

图10和图11是说明反射光线区域和中门位置的关系的示意图；

图11是说明图10中反射管线区域与地面交予第三曲线的示意图。

附图标记说明

1客车 2中门

G安装位置(即观察镜的几何中心)

M第一平面 N第二平面 P第三平面

O交点(即镜面的球心) S1第一球面 S2第二球面

ab第一曲线 a’b’控制曲线 ef第二曲线 mn第三曲线

RZ反射光线区域

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

其中，“眼点”指驾驶员眼睛的位置，即GB 11562-1994中规定的E点。

根据本发明的一个方面，提供一种用于观察客车的中门的观察镜设计方法，所述方法包括：

A1、将所述观察镜设置为具有形成为球冠的镜面和形成圆形的镜面边缘轮廓，所述球冠的半径为R，所述圆形的半径为r，并将所述观察镜设定在客车前部内的安装位置G，该安装位置G为所述镜面边缘轮廓的中心(即半径为r的圆形的圆心，可以称其为观察镜的几何中心)；

A2、如图6所示，在所述镜面边缘轮廓上设定n个入射点，分别连接眼点和每个入射点以得到入射光线，如图7所示，安装位置所述镜面的球心(即下文中交点O)和每个入射点以得到法线，其中n为大于15的自然数；

A3、如图8所示，根据每个入射点的入射光线和法线做出反射光线，并根据n条反射光线确定反射光线区域RZ；

A4、调整所述观察镜的安装位置G，使得客车1的中门2位于所述反射光线区域RZ内。

通过本发明的方法，可以确定能够在眼点观察到中门2的观察镜的安装位置(即观察镜的镜面边缘轮廓的中心位置，即上述的观察镜的几何中心的位置)，将具有半径为R的镜面和半径为r的镜面边缘轮廓的观察镜安装为使得镜面的球心位于所述安装位置，即可确保在眼点能够通过观察镜观察到中门2。

其中，通过设定安装位置G，实际上可以模拟出观察镜安装在客车1内的成像情况。具体地，通过在镜面边缘轮廓上做n个入射点，从而得到相应的n条反射光线，由于这n条反射光线是经过限定镜面的极限位置的镜面边缘轮廓上的点反射获得，因而能够基本上限定观察镜的反射光线区域RZ(也即通过观察镜所能观测到的区域)。通过调整安装位置G，可以相应调整反射光线区域RZ的位置，当中门2位于反射光线区域RZ中时，则说明当观察镜安装为使得镜面边缘轮廓的中心位于此时的安装位置G时，在眼点能够通过观察镜看到中门2。

可以理解的，通过上述方法确定的安装位置为一个区域，可以根据需要在该区域内选择实际安装位置。

本发明中，为便于获得所需的反射光线区域RZ且便于布置，可以合理地设置观察镜的尺寸。具体地，可以根据中门2在客车1中的位置(例如距离客车1的前端的距离)选取R值，中门2距离客车1的前端越远，R取值越小，中门2距离客车1的前端越近，R取值越大。优选地，R为400-1200mm。另外，根据所选的R值和车内的具体布置，可以选择r的值，以避免干涉，例如r可以为60-100mm。另外，根据常识可知，观察镜的实际安装位置必定是在客车1的前部，再根据左侧驾驶的客车的布置习惯，可以进一步将安装位置锁定在客车1的前部的左侧区域。因此，优选地，在步骤A1中，可以将所述安装位置G设置在客车1内的左前部。

本发明的方法可以采用各种适当的设计软件(例如CAITA)进行，以模拟设定安装位置G的观察镜的反射光线区域RZ相对于客车1的位置关系，虽然可以在客车1内的左前部任意选取安装位置G，但为便于调整安装位置G，可以通过各种适当的方式设定安装位置G，以便有规律地调节安装位置G。

例如，在本发明的优选实施方式中，步骤A1包括：

A11、如图1所示，从客车的原点向客车1前侧偏置平面YZ，以得到第一平面M；从所述原点向客车1左侧偏置平面XZ，以得到第二平面N；从所述原点向客车1上侧偏置平面XY，以得到第三平面P；其中，原点为整车原点，X、Y和Z分别为客车1的宽度方向、长度方向和高度方向坐标轴(整车原点可以定义为地板下平面为Z0，车辆纵向对称面为Y0，过左右前轮轮心连线并垂直于Z0面、Y0面为X0)；

A12、如图2所示，以第一平面M、第二平面N和第三平面P的交点O为球心、R为半径做第一球面S1，并获得第一平面M与第一球面S1相交的第一曲线ab；

A13、如图3所示，以穿过所述交点O且平行于Z轴的直线为旋转轴线使第一曲线ab旋转θ角，以获得控制曲线a’b’；

A14、如图4所示，在控制曲线a’b’上任取一点作为安装位置G。

通过上述优选实施方式，安装位置G的轨迹为控制曲线a’b’，调节安装位置G时，可以沿控制曲线a’b’选取。另外，还可以通过设置不同的偏置量来调整第一平面M、第二平面N和第三平面P，或者通过调整θ角的角度，来间接地调整安装位置G。需要说明的是，无论如何偏置获得第一平面M、第二平面N和第三平面P，以及调整θ角的角度，都应满足在步骤A14中设定的安装位置G位于客车1内的左前部。

另外，为了模拟出观察镜以便更直观地判断观察镜的安装位置是否合适，如图4所示，优选以所述安装位置G为球心、r为半径做第二球面S2，则第一球面S1与第二球面S2相交的第二曲线ef可以近似作为所述镜面边缘轮廓(由于R比r大得多，因此第二曲线ef可以近似看做以安装位置G为圆心的圆形)，在步骤A2中，如图5所示，可以在第二曲线ef上设定所述入射点。

其中，第一球面S1的被第二曲线ef截取出的部分(较小的球冠)即可看做观察镜，由此，可以直观地判断观察镜的位置是否合适，并且可以根据需要在做反射光线之前进行适当的预调。具体地，可以在步骤A2之前，根据所述第二曲线ef相对于客车1的位置，调整第一平面M、第二平面N、第三平面P中的至少一者相对于相应的平面YZ、平面XZ、平面XY的偏置距离，以使所述第二曲线ef与客车1内的其它布置(例如客车1内的内视镜等)不干涉。

在步骤A4中，可以根据反射光线区域RZ与中门2的相对位置关系适当调整安装位置G的位置，在任取安装位置G的情况下，这种调整可能没有规则可循，但在上述优选实施方式中，可以按照以下方式进行调节。具体地，在步骤A4中：当所述中门2沿客车1的长度方向偏离所述反射光线区域RZ时，可以通过调整θ角的大小(即改变控制曲线a’b’的位置)来使得所述中门1位于所述反射光线区域RZ内；当所述中门2沿客车1的高度方向偏离所述反射光线区域RZ时，可以通过调整所述安装位置G在所述控制曲线a’b’上的位置来使得所述中门2位于所述反射光线区域RZ内，图10所示。

另外，优选地，在步骤A2中，沿所述镜面边缘轮廓均匀设定n个所述入射点，以便通过n条相应的反射光线形成能够更全面地反应观察镜的真实观测范围的反射光线区域RZ。另外，可以理解地，n的数值越大，形成的反射光线越多，所构成的反射光线区域RZ越接近真实的观测范围，但n的数值越大，需要做出的入射光线、反射光线和法线越多，过程也更为繁琐。因此，优选地，n的取值为15-25，以兼顾效果和效率。

其中，为便于获得反射光线区域RZ，步骤A3可以包括：如图8和图9所示，在反射光线的延伸到客车1外部的位置取连接点，连接相邻两条反射光线的连接点，以获得所述反射光线区域RZ。由于入射点是沿圆形的第二曲线ef选取，反射光线区域RZ为由n个入射点的反射光线连成的面包围的锥体。

当然，也可以通过其它方式来获得反射光线区域RZ，例如以光滑曲线连接各反射光线在同一平面上的投影点来形成第四曲线，连接第二曲线ef上的入射点和第四曲线上相应的反射光线的投影点来围成反射光线区域RZ。

本发明中，为便于驾驶员能够通过安装后的观察镜观察到更多的情况，优选使驾驶员能够通过观察镜观察到中门2及其内外侧一定距离的区域。由于通过上述方法获得的反射光线区域RZ必定能够穿过中门2内侧的区域，只需调整安装位置G使中门2外侧一定范围的区域位于反射光线区域RZ内即可。

优选地，如图11所示，可以使所述反射光线区域RZ在客车1外部与支撑客车1的平面相交于第三曲线mn(其中，反射光线区域RZ的外表面与地面相交的曲线为第三曲线mn，通过调整可以使第三曲线mn位于客车1外部)，在步骤A4中，调整所述观察镜的安装位置G以使第三曲线mn距客车最近的距离不小于1m。换言之，可以调整安装位置G，使得反射光线区域RZ能够覆盖中门1外侧一定距离的区域。由此，驾驶员能够通过观察镜观察到乘客站在中门2处以及是否通过中门2离开客车的情况。

另外，在调整安装位置G时，还需根据客车1内的布置并将方便驾驶员的操作作为考虑因素。例如，客车1内前部还设置有内视镜、遮阳板等部件，调整安装位置G时，应使得观察镜的安装与这些部件不干涉。其中，一些部件(例如遮阳板)可能因不同状态具有不同位置，调整安装位置G时，应确保观察镜的安装与这些部件在任意可能的位置都不干涉。此外，为便于驾驶员操作，应确保驾驶员在眼点只需抬头并稍许偏转即可看到观察镜，无需转头太大角度。

下面通过一个具体实施例来说明本发明的方法。

以整车长度5380mm、宽度1920mm、高度2285mm的客车1为例，其中，以客车1的长度方向为X轴，宽度方向为Y轴，高度方向为Z轴，坐标上单位刻度的长度为1mm(即，坐标(1,1,1)表示坐标系中沿X轴、Y轴、Z轴分别距离原点1mm的点)。另外，如上所述，整车原点设置为：地板下平面为Z0，车辆纵向对称面为Y0，过左右前轮轮心连线并垂直于Z0面、Y0面为X0。在本实施例的客车1中，眼点坐标为(298，-517.5，1095)；中门2的四个角的坐标为(2003.078，747.738，1498.439)、(636.92，747.791，1498.443)、(2002.612，903.039，-306.919)、(637.388，903.039，-306.919)。另外，将观察镜的尺寸设置为R＝700mm，r＝75mm。

首先，将平面YZ向客车1前侧偏置150mm得到第一平面M，将平面XZ向客车1左侧偏置1100mm得到第二平面N，将平面XY向客车1上侧偏置1690mm得到第三平面P，并获得第一平面M、第二平面N和第三平面P的交点O(-150，-1100，1690)；

以交点O为球心，R为半径做第一球面S1，获得第一曲线ab；

以穿过所述交点O且平行于Z轴的直线为旋转轴线使第一曲线ab旋转52°角，获得控制曲线a’b’；

在控制曲线a’b’上取安装位置G(208.404，-641.264，1301.275)；

以安装位置G为球心、r为半径做第二球面S2，第一球面S1与第二球面S2相交于第二曲线ef；

在第二曲线ef上取18个入射点，分别连接眼点与每个入射点获得入射光纤，分别连接O点与每个入射点获得法线，并做出相应的反射光线；

延伸反射光线至客车1外部，以获得反射光线区域RZ(例如使用CAITA软件中的缝合命令)并通过反射光线区域RZ与地面的交线获得第三曲线mn；

调整安装位置G的坐标为，以使中门2及外侧1m的区域位于所述反射光线区域RZ内(在CAITA软件中可以通过直接在控制曲线a’b’上选点、改变第一曲线ab的旋转角度、改变平面YZ、XZ、XY的偏置距离等方式来改变安装位置G)。在本实施例中，例如将安装位置G的坐标调整为(199.772，-652.313，1281.055)时，可以满足中门2及外侧1m的区域位于所述反射光线区域RZ内。

由此，通过将尺寸设置为R＝700mm，r＝75mm的观察镜的几何中心设置在调整后的安装位置G如(199.772，-652.313，1281.055)，在眼点即可通过观察镜观察到中门2的情况。

根据本发明的另一方面，提供一种客车，其中，所述客车设置有观察镜，所述观察镜设置为能够在所述客车1的眼点观察到所述客车1的中门2。通过设置观察镜，驾驶员在眼点即可观察到中门2处的情况，以便做出相应操作(例如观察到乘客在中门2站立，则可以在停靠时打开中门2，允许乘客下车，并在观察到乘客已经安全下车后再关闭中门2)。

这里，中门2处的情况至少包括中门2内侧的情况，优选还包括中门2外侧预定区域(例如能够过程到离开客车1预定距离的位置)的情况，以便驾驶员不仅能够观察到有乘客站在中门2处，还能够看到乘客是否离开客车1。

其中，可以将观察镜设置为各种适当的形式，只要能够使驾驶员在眼点通过观察镜能够观察到中门2的情况即可。优选地，所述观察镜设置为具有形成为球冠的镜面和形成圆形的镜面边缘轮廓，所述球冠的半径为R，所述圆形的半径为r，其中，可以根据中门2在客车1中的位置(例如距离客车1的前端的距离)选取R值，中门2距离客车1的前端越远，R取值越小，中门2距离客车1的前端越近，R取值越大。优选地，R为400-1200mm。另外，根据所选的R值和车内的具体布置，可以选择r的值，以避免干涉，例如r可以为60-100mm。

更优选地，所述观察镜的安装位置为通过本发明的用于观察客车的中门的观察镜设计方法确定的安装位置，所述安装位置为所述镜面的球心。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于观察客车的中门的观察镜设计方法，所述方法包括：

A1、将所述观察镜设置为具有形成为球冠的镜面和形成圆形的镜面边缘轮廓，所述球冠的半径为R，所述圆形的半径为r，并将所述观察镜设定在客车前部内的安装位置(G)，该安装位置(G)为所述镜面的镜面边缘轮廓的中心；

A2、在所述镜面边缘轮廓上设定n个入射点，分别连接眼点和每个入射点以得到入射光线，分别连接所述镜面的球心安装位置和每个入射点以得到法线；

A3、根据每个入射点的入射光线和法线做出反射光线，并根据n条反射光线确定反射光线区域(RZ)；

A4、调整所述观察镜的安装位置(G)，使得客车(1)的中门(2)位于所述反射光线区域(RZ)内；

其中：R为400-1200mm，并且/或者，r为60-100mm。

2.根据权利要求1所述的用于观察客车的中门的观察镜设计方法，其特征在于，在步骤A1中，将所述安装位置(G)设置在客车(1)内的左前部。

3.根据权利要求2所述的用于观察客车的中门的观察镜设计方法，其特征在于，步骤A1包括：

A11、从客车的原点向客车(1)前侧偏置平面YZ，以得到第一平面(M)；从所述原点向客车(1)左侧偏置平面XZ，以得到第二平面(N)；从所述原点向客车(1)上侧偏置平面XY，以得到第三平面(P)；其中，原点为整车坐标原点，X、Y和Z分别为客车(1)的宽度方向、长度方向和高度方向坐标轴；

A12、以第一平面(M)、第二平面(N)和第三平面(P)的交点(O)为球心、R为半径做第一球面(S1)，并获得第一平面(M)与第一球面(S1)相交的第一曲线(ab)；

A13、以穿过所述交点(O)且平行于Z轴的直线为旋转轴线使第一曲线(ab)旋转θ角，以获得控制曲线(a’b’)；

A14、在控制曲线(a’b’)上任取一点作为安装位置(G)。

4.根据权利要求3所述的用于观察客车的中门的观察镜设计方法，其特征在于，以所述安装位置(G)为球心、r为半径做第二球面(S2)，以第一球面(S1)与第二球面(S2)相交的第二曲线(ef)近似作为所述镜面边缘轮廓，在步骤A2中，在第二曲线(ef)上设定所述入射点。

5.根据权利要求4所述的用于观察客车的中门的观察镜设计方法，其特征在于，在步骤A2之前，根据所述第二曲线(ef)相对于客车(1)的位置，调整第一平面(M)、第二平面(N)、第三平面(P)中的至少一者相对于相应的平面YZ、平面XZ、平面XY的偏置距离，以使所述第二曲线(ef)与客车(1)内的其它布置不干涉。

6.根据权利要求3所述的用于观察客车的中门的观察镜设计方法，其特征在于，在步骤A4中：当所述中门(2)沿客车(1)的长度方向偏离所述反射光线区域(RZ)时，通过调整θ角的大小来使得所述中门(2)位于所述反射光线区域(RZ)内；当所述中门(2)沿客车(1)的高度方向偏离所述反射光线区域(RZ)时，通过调整所述安装位置(G)在所述控制曲线(a’b’)上的位置来使得所述中门(2)位于所述反射光线区域(RZ)内。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的用于观察客车的中门的观察镜设计方法，其特征在于，在步骤A2中，沿所述镜面边缘轮廓均匀设定n个所述入射点，其中n为大于15的自然数。

8.根据权利要求7所述的用于观察客车的中门的观察镜设计方法，其特征在于，步骤A3包括：在反射光线的延伸到客车(1)外部的位置取连接点，连接相邻两条反射光线的连接点，以获得所述反射光线区域(RZ)。

9.根据权利要求8所述的用于观察客车的中门的观察镜设计方法，其特征在于，所述反射光线区域(RZ)与支撑客车(1)的平面相交于第三曲线(mn)，在步骤A4中，调整所述观察镜的安装位置(G)以使第三曲线(mn)距客车最近的距离不小于1m。

10.一种客车，其特征在于，所述客车设置有观察镜，所述观察镜设置为能够在所述客车(1)的眼点观察到所述客车(1)的中门(2)，所述观察镜的安装位置为通过根据权利要求1-9中任意一项所述的用于观察客车的中门的观察镜设计方法确定的安装位置，所述安装位置为所述镜面边缘轮廓的中心。