CN107085988A - 一种基于人机工程学的汽车驾驶模拟器后视镜布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于人机工程学的汽车驾驶模拟器后视镜布置方法，包括以下步骤：1)建立三联屏汽车驾驶模拟器视景系统，2)三个后视镜在三个显示屏上显示，3)计算：观察左后视镜中的图像所需的水平视角，观察右后视镜中的图像所需的水平视角，观察左后视镜中的图像所需的最大垂直视角，观察右后视镜中的图像所需的最大垂直视角，观察内后视镜中的图像所需的最大垂直视角；4)利用各视角判断左、右、内后视镜在显示屏中的位置是否达到标准要求。与现有技术相比，本发明能够提升驾驶员在汽车驾驶模拟器上驾驶时的视野舒适度，从而改善仿真环境适应程度，减少视觉疲劳。

Description

一种基于人机工程学的汽车驾驶模拟器后视镜布置方法

技术领域

本发明属于三维仿真技术领域，尤其涉及一种基于人机工程学的汽车驾驶 模拟器后视镜布置方法。

背景技术

汽车驾驶模拟器通常采用在驾驶视景中实时地显示后视镜的方法，实现为 驾驶员提供后方视野。相较于真实的汽车，汽车驾驶模拟器，尤其是多视景液 晶显示屏驾驶模拟器，其仪表台的形状曲线不同于实际汽车，即使依据实车参 数建立的车辆模型，在驾驶视景中显示时也会发生变形。

以往在设计汽车驾驶模拟器时，主要考虑的是虚拟视景、运动仿真、音响 效果等是否逼真，是否能让驾驶员获得具有沉浸感的虚拟驾驶体验。但是，汽 车驾驶模拟器上的后视镜在驾驶视景中的布置位置的合理性对驾驶员观察习惯 和能力的培养，以及对驾驶员的视野舒适度、感受真实度、仿真环境适应度等 有着极为重要的影响。目前还没有一种较为科学的方法布置后视镜在驾驶视景 中的位置。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于人机工程学的汽车驾驶模拟器后视镜布置 方法。该基于人机工程学的汽车驾驶模拟器后视镜布置方法，符合驾驶员的视 觉特性，驾驶员能方便舒适地观察后视镜中的图像。该方法具有提升汽车驾驶 模拟器的视景逼真度和感受真实度，改善驾驶员的视觉效率，减少视觉疲劳， 强化驾驶员观察习惯和能力培养等优点。

为实现上述技术目的，本发明采取如下技术方案：

一种基于人机工程学的汽车驾驶模拟器后视镜布置方法，包括以下步骤：

1)首先建立三联屏汽车驾驶模拟器视景系统，三个液晶显示屏大小相同， 中间液晶显示屏与人体正对，两侧的液晶显示屏与中间液晶显示屏的夹角均为 α，并向人体方向靠拢；

2)在三个液晶显示屏上显示驾驶室模型，所述驾驶室模型中包括左后视镜、 右后视镜、内后视镜，其中左后视镜、右后视镜和内后视镜分别显示于左液晶 显示屏、右液晶显示屏和中间液晶显示屏中；

3)根据每个液晶显示屏的位置和尺寸、驾驶员两眼中心点的位置，以及左、 右、内后视镜在各自液晶显示屏中显示的位置，计算：

观察左后视镜中的图像所需的水平视角，

观察右后视镜中的图像所需的水平视角，

观察左后视镜中的图像所需的最大垂直视角，

观察右后视镜中的图像所需的最大垂直视角，

观察内后视镜中的图像所需的最大垂直视角；

4)然后利用各所述视角判断左、右、内后视镜在液晶显示屏中的位置是否 合适：如果观察左、右后视镜中的图像所需的水平视角≤55°、观察左、右、 内后视镜中的图像所需的最大垂直视角≤45°，则认为左、右后视镜位置达到 要求，否则调整驾驶室模型在所述视景系统中显示的位置，或调整液晶显示屏 的位置和尺寸，或调整驾驶座椅的参数，或同时调整三者中的任意两个或三个， 直至所有视角满足要求。

进一步地，所述左、右后视镜高度相同，低于屏幕中心，且低于人眼；所 述内后视镜高于屏幕中心，且高于人眼。

进一步地，根据：驾驶员两眼中心点E_c的位置，液晶显示屏的长度L和宽度 W，左、右液晶显示屏与中间液晶显示屏的夹角α，两眼中心点分别到左、中、 右三个液晶显示屏的水平距离S_l、S_m和S_r，左后视镜中心至左液晶显示屏右边 沿的水平距离m_ol，右后视镜中心至右液晶显示屏左边沿的水平距离m_or，左后视 镜的下边沿与E_c点到左液晶显示屏的水平视点之间的垂直距离m_v，右后视镜的 下边沿与E_c点到右液晶显示屏的水平视点之间的垂直距离m_v，内后视镜的上边 沿与E_c点到中间液晶显示屏的水平视点的垂直距离m_i，计算各所述视角。

再进一步地，将驾驶员座椅靠背铅垂线与座垫水平线的交点水平向前推移 100mm设为驾驶员座椅基点，从所述基点垂直向上710mm处设为驾驶员两眼中 心点E_c；E_c正对中间液晶显示屏的垂直中分线。

再进一步地，所述α为：90°＜α＜180°。

与现有技术相比，本发明能够基于人机工程学布置三个后视镜在驾驶模拟 器中的位置，提升驾驶员在汽车驾驶模拟器上模拟驾驶时的视野舒适度，从而 改善驾驶员对仿真环境适应程度，减少视觉疲劳，强化驾驶员观察习惯和能力 培养。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整 个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明后视镜布置方法的三联屏驾驶模拟器的结构示意图；

图2为发明后视镜布置方法的左后视镜的水平方向位置布置示意图；

图3为本发明后视镜布置方法的左、右后视镜的水平方向位置布置示意图；

图4为本发明后视镜布置方法的左、右后视镜的垂直方向位置布置示意图；

图5为本发明后视镜布置方法的内后视镜的垂直方向位置布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但本领域的技术人员应 知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术 方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。

参照图1，本发明基于人机工程学的汽车驾驶模拟器后视镜布置方法，采用 的是三联屏汽车驾驶模拟器视景系统，由三个相同的液晶显示屏组成。设每个 液晶显示屏的长*宽为L*Wmm，中间的液晶显示屏正对人体正面，两侧的液晶 显示屏与中间的液晶显示屏的夹角均为α，且两侧的液晶显示屏面向人体方向略 向内收拢，一般来讲α大于90°而小于180°。将驾驶员座椅靠背铅垂线与座垫 水平线的交点水平向前推移100mm设为驾驶员座椅基点，从基点垂直向上 710mm处设为驾驶员两眼中心点E_c；E_c正对中间液晶显示屏的垂直中分线，且 到左、中、右三个液晶显示屏的水平距离分别为S_lmm、S_mmm和S_rmm。以上L、 W、α、S_l、S_m、S_r都可实际测得。

根据实车参数，建立车辆三维模型，以驾驶员的视角在三联屏汽车驾驶模 拟器的视景系统中显示所建立的车辆模型中的驾驶室模型，驾驶室模型中包括 后视镜。在视景系统中显示的驾驶室模型中的后视镜包括左后视镜1、右后视镜 2和内后视镜3，其中，左、右后视镜高度相同，且略低于人眼，内后视镜略高 于人眼；左后视镜1位于左侧液晶显示屏中，右后视镜2位于右侧液晶显示屏 中，内后视镜3位于中间的液晶显示屏中。

如图2所示，设在左侧液晶显示屏上所显示的左后视镜镜片中心至左侧液 晶显示屏右边沿的水平距离为m_olmm，可测。

如图3所示，设在右侧液晶显示屏上所显示的右后视镜镜片中心至右侧液 晶显示屏左边沿的水平距离为m_ormm，也可测。

如图4所示，设左后视镜镜片的下边沿与驾驶员两眼中心点E_c到左侧液晶 显示屏的水平视点之间的垂直距离，以及右后视镜镜片的下边沿与驾驶员两眼 中心点E_c到右侧液晶显示屏的水平视点之间的垂直距离均为m_vmm，也可测。

如图5所示，内后视镜镜片位于中间液晶显示屏右偏上位置，内后视镜镜 片的上边沿与驾驶员两眼中心点E_c到中间液晶显示屏的水平视点之间的垂直距 离为m_imm，也可测。

参照图1和图2，驾驶员观察左后视镜1中的图像所需的水平视角θ_ol为：驾 驶员两眼中心点E_c到中间液晶显示屏的水平直线(距离即为S_m)，与驾驶员两眼 中心点E_c到左后视镜垂直中分线的水平直线之间的夹角。根据三角函数公式即 可计算获得驾驶员观察左后视镜1中的图像所需的水平视角θ_ol。

再参照图1和图3，驾驶员观察右后视镜2中的图像所需的水平视角θ_or为： 通过驾驶员两眼中心点E_c到中间液晶显示屏的水平直线与驾驶员两眼中心点E_c到右后视镜垂直中分线的水平直线之间的夹角。根据三角函数公式也可计算获 得驾驶员观察右后视镜2中的图像所需的水平视角θ_or。

再参照图1和图4，驾驶员观察左后视镜1中的图像所需的最大垂直视角θ_vl为：驾驶员两眼中心点E_c到左液晶显示屏的水平直线(距离即为S_l)与驾驶员 两眼中心点E_c到左后视镜下边沿的直线之间的夹角。

驾驶员观察右后视镜2中的图像所需的最大垂直视角θ_vr为：驾驶员两眼中 心点E_c到右液晶显示屏的水平直线(距离即为S_r)与驾驶员两眼中心点E_c到右 后视镜下边沿的直线之间的夹角。左、右后视镜低于屏幕中心。

根据三角函数公式也可计算获得驾驶员观察左后视镜1中的图像所需的最 大垂直视角θ_vl和驾驶员观察右后视镜2中的图像所需的最大垂直视角θ_vr。

再参照图1和图5，驾驶员观察内后视镜中的图像所需的最大垂直视角θ_vi为：驾驶员两眼中心点E_c到中间液晶显示屏的水平直线与驾驶员两眼中心点E_c到内后视镜上边沿的直线之间的夹角。内后视镜高于屏幕中心。根据三角函数 公式也可计算获得驾驶员观察内后视镜中的图像所需的最大垂直视角θ_vi。

进一步的，判断驾驶员观察左后视镜中的图像所需的水平视角θ_ol和观察右 后视镜中的图像所需的水平视角θ_or是否满足驾驶员在水平方向的最佳视野范 围要求。

根据人体工程学，在水平方向上，若人的头部保持不动而眼球保持转动时， 眼球的最佳舒适旋转角度为左右各15°；若人的眼球保持不动而头部保持转动 时，头部绕颈点旋转的最佳舒适旋转角度为左右各45°。驾驶员在观察目标物时， 通常通过同时转动头部和眼球的方法来进一步扩大有效视野范围。因此，在水 平方向上，驾驶员的最佳视野范围为左右各60°。另外，GB15084-2013中要求， 在确定车辆驾驶员一侧外视镜的位置时，应保证车辆垂直纵向中间平面与通过 视镜中心和连接驾驶员两眼点65mm线段中心的垂直平面之间的夹角不大于 55°。

因此驾驶员观察左后视镜中的图像所需的水平视角θ_ol和观察右后视镜中的 图像所需的水平视角θ_or分别应满足：

如果驾驶员观察左后视镜中的图像所需的水平视角θ_ol或观察右后视镜中的 图像所需的水平视角θ_or不满足水平方向的最佳视野范围要求，左、右水平调整 驾驶室模型在三联屏汽车驾驶模拟器的视景系统中显示的位置，或者调整液晶 显示屏或者驾驶座椅等参数，使其达到该标准。

进一步的，判断驾驶员观察左后视镜中的图像所需的最大垂直视角θ_vl、观 察右后视镜中的图像所需的最大垂直视角θ_vr、观察内后视镜中的图像所需的最 大垂直视角θ_vi是否满足驾驶员在垂直方向的最佳视野范围要求。

根据人体工程学，在垂直方向上，若人的头部保持不动而眼球保持转动时， 眼球的最佳舒适旋转角度为上下各15°；若人的眼球保持不动而头部保持转动 时，头部绕颈点旋转的最佳舒适旋转角度为上下各30°。驾驶员在观察目标物时， 通常通过同时转动头部和眼球的方法来进一步扩大有效视野范围。因此，在垂 直方向上，驾驶员的最佳视野范围为上下各45°。

所以驾驶员观察左后视镜中的图像所需的最大垂直视角θ_vl、观察右后视镜 中的图像所需的最大垂直视角θ_vr和观察内后视镜中的图像所需的最大垂直视角 θ_vi分别应满足：

如果驾驶员观察左后视镜中的图像所需的最大垂直视角θ_vl、观察右后视镜 中的图像所需的最大垂直视角θ_vr或观察内后视镜中的图像所需的最大垂直视角 θ_vi不满足垂直方向的最佳视野范围要求，上、下垂直调整驾驶室模型在三联屏 汽车驾驶模拟器的视景系统中显示的位置，也可以调整液晶显示屏或者驾驶座 椅等参数，直至所有视角都满足要求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种基于人机工程学的汽车驾驶模拟器后视镜布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先建立三联屏汽车驾驶模拟器视景系统，三个液晶显示屏大小相同，中间液晶显示屏与人体正对，两侧的液晶显示屏与中间液晶显示屏的夹角均为α，并向人体方向靠拢；

2)在三个液晶显示屏上显示驾驶室模型，所述驾驶室模型中包括左后视镜、右后视镜、内后视镜，其中左后视镜、右后视镜和内后视镜分别显示于左侧液晶显示屏、右侧液晶显示屏和中间液晶显示屏中；

3)根据每个液晶显示屏的位置和尺寸、驾驶员两眼中心点的位置，以及左、右、内后视镜在各自液晶显示屏中显示的位置，计算：

观察左后视镜中的图像所需的水平视角，

观察右后视镜中的图像所需的水平视角，

观察左后视镜中的图像所需的最大垂直视角，

观察右后视镜中的图像所需的最大垂直视角，

观察内后视镜中的图像所需的最大垂直视角；

4)然后利用各所述视角判断左、右、内后视镜在液晶显示屏中的位置是否合适：如果观察左、右后视镜中的图像所需的水平视角≤55°、观察左、右、内后视镜中的图像所需的最大垂直视角≤45°，则认为左、右后视镜达到要求，否则调整驾驶室模型在所述视景系统中显示的位置，或调整液晶显示屏的位置和尺寸，或调整驾驶座椅的参数，或同时调整三者中的任意两个或三个，直至所有视角满足要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述左、右后视镜高度相同，低于屏幕中心，且低于人眼；所述内后视镜高于屏幕中心，且高于人眼。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据：

驾驶员两眼中心点E_c的位置，

液晶显示屏的长度L和宽度W，

左、右液晶显示屏与中间液晶显示屏的夹角α，

两眼中心点分别到左、中、右三个液晶显示屏的水平距离S_l、S_m和S_r，

左后视镜中心至左液晶显示屏右边沿的水平距离m_ol，

右后视镜中心至右液晶显示屏左边沿的水平距离m_or，

左后视镜的下边沿与E_c点到左液晶显示屏的水平视点之间的垂直距离m_v，

右后视镜的下边沿与E_c点到右液晶显示屏的水平视点之间的垂直距离m_v，

内后视镜的上边沿与E_c点到中间液晶显示屏的水平视点的垂直距离m_i，

计算各所述视角。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将驾驶员座椅靠背铅垂线与座垫水平线的交点水平向前推移100mm设为驾驶员座椅基点，从所述基点垂直向上710mm处设为驾驶员两眼中心点E_c；E_c正对中间液晶显示屏的垂直中分线。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述α为：90°＜α＜180°。