CN107300475B - 一种汽车人机工程学视野校核系统 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种校核精度高、后续人工校核工作量小、人工校核准确的汽车人机工程学视野校核系统。校核系统包括多轴机械手，机械手上端安装夹爪，夹爪外端设置模拟光源，待测汽车周围设置光线接收装置，光线接收装置中相应位置设置多个车外第一激光扫描仪；待测汽车的正上方设置车外第二激光扫描仪；控制器还与人工校核设备通信连接；激光扫描装置只绘制与视野校核有关的模型参数，分析速度快；校核系统可以自动完成视野校核的全部内容，校核精度高，准确性好，且可以方便用于不同种类的汽车；人工校核步骤的测试精度和准确定高；人工校核的结果可以直接反馈给控制器完成修正，后续人工校核工作量少。

Description

一种汽车人机工程学视野校核系统

技术领域

本发明涉及汽车人机工程学测试领域，具体涉及一种汽车人机工程学视野校核系统。

背景技术

汽车人机工程学中的视野设计是一项非常重要的内容，是汽车主动安全的主要影响因素；为此，保证汽车驾驶员的视野需求，如对外界信号和指示牌、道路边界、通过车辆和道路行人的识别和信息获取，是汽车视野设计的任务。

例如汽车前风挡玻璃的尺寸会对驾驶员的前向视野形成影响，A柱会造成驾驶员前向视野中一定角度的盲区，为了安全驾驶，这些因素都有相应的标准和规范；目前汽车视野的设计方式分为两种，一种是传统的作图法，其基本原理是将汽车侧视图、前视图、后视图绘制出来，然后在汽车侧视图中相应位置定位眼椭圆的位置，最后利用作图法计算出眼椭圆的视野区域范围，但是该方法过程繁琐，且人工作图校核的精度低，容易产生错误；

另一种设计方式是将绘制好的汽车三维模型放入人机工程校核软件中，由软件自动生成视野，但是该方式对于后视镜进行视野范围校核时，只能选择后视镜位于某一个角度进行静态校核，而实际中使用的外后视镜和内后视镜的位置和旋转角度可调，这就造成了一定程度的误差，校核结果不准确；且汽车三维模型的绘制非常复杂，而进行视野校核时实际上不需要汽车整体的模型，只需要对视野造成遮挡的局部零件的造型即可，这又要求在导入人机工程校核软件前，需要预先汽车的三维模型进行简化，进一步增加了校核的工作量；

上述两种方法在计算时都会与实际情况产生一些偏差，而在设计或校核阶段设计人员很难发现问题，也没有办法对校核情况进行有效的测试；因此往往在汽车视野设计工作完成后，还需要由测试人员坐入车中进行相应的测试，如对后挡风玻璃在正视图中上、下边界线是否符合要求，需要测试人员坐入车内，然后通过车内后视镜观察车后方物体，再由测试人员做出判断，这样的后续人工校核过程步骤繁琐，且为了保持结果正确，每个步骤精度要求很高，进一步增加了人工校核的难度；人眼在观察时还容易受到现场环境的影响，如光照亮度、标定物等因素，导致人工校核的结果也不理想。

发明内容

本发明目的是提供一种校核精度高、后续人工校核工作量小、人工校核准确的汽车人机工程学视野校核系统。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种汽车人机工程学视野校核系统，所述的校核系统包括待测汽车，待测汽车内的驾驶员座椅上设置固定支架，固定支架上设置可沿汽车纵向、横向、垂向方向移动的多轴机械手，机械手上端的端部安装水平设置的夹爪；

所述夹爪可绕经过自身的中心点的竖直轴线旋转，夹爪的外端设置两个相互平行的、水平放置的模拟光源，模拟光源是与人眼尺寸一致的椭圆形球壳，模拟光源的中心点处设置发光体，模拟光源的壳体面向汽车前方的一部分是由透明材料制作而成的透光区，其余壳体部分由遮光材料制作而成；所述模拟光源的上表面、下表面上分别设置车内第一激光扫描仪、车内第二激光扫描仪；

所述待测汽车周围设置光线接收装置，光线接收装置包括分别位于待测汽车前方、侧方、后方的前向光电接收板、侧向光电接收板、后向光电接收板，所述的光线接收装置中相应位置设置多个车外第一激光扫描仪；所述待测汽车的正上方设置可沿汽车纵向方向移动的车外第二激光扫描仪；所述车内第一激光扫描仪、车内第二激光扫描仪、车外第一激光扫描仪、车外第二激光扫描仪共同构成激光扫描装置；

所述多轴机械手、模拟光源、激光扫描装置、光线接收装置分别与控制器通过有线或无线方式通信连接；所述控制器内设置三维建模软件，以及将三维模型转为VR模型的中间软件，所述控制器内还存储有第95百分位的人体眼椭圆三维模型；

所述控制器还与人工校核设备通信连接，所述人工校核设备包括一个可由控制器控制其靠背倾角的测试座椅，测试座椅的尺寸与待测汽车的驾驶员座椅尺寸一致；测试座椅附近设置的摄像头与VR眼镜通信，使摄像头可以拍摄VR眼镜相对于测试座椅的位置。

优选的，两个模拟光源中心点之间的距离为65mm，两个模拟光源连线中点至夹爪的旋转中心点的水平距离为99mm。

优选的，所述透光区的范围是以模拟光源中心点为原点且经过模拟光源中心点，分别向前上方、前下方倾斜45°的第一斜面与模拟光源表面的交线构成的上、下边界；以模拟光源中心点为原点且经过模拟光源中心点，分别向左前方、右前方倾斜60°的第二斜面与模拟光源的表面的交线构成左、右边界，所述上、下边界与左、右边界相连形成的四边形区域即为透光区；所述第一斜面与汽车纵向中心所在的竖直面垂直，所述第二斜面与水平面垂直。

本发明具有以下有益效果：激光扫描装置扫描待测汽车，三维模型绘制过程快捷方便，且只绘制与视野校核有关的模型参数，分析速度快；光线接收装置配合模拟光源、多轴机械手可以自动完成视野校核的全部内容，校核精度高，准确性好，且可以方便用于不同种类的汽车；测试人员是在VR空间中直接观察相应的VR模型，因此观察效果良好，且VR空间内可以自由设计环境因素，如光照条件等，对于标定物的摆放位置也可以具有很高的精度，大大提高了人工校核步骤的测试精度和准确定；人工校核的结果可以直接反馈给控制器，由校核系统完成修正工作，减少了后续人工校核工作量。

附图说明

图1为校核系统正视图；

图2为校核系统俯视图；

图3为夹爪与模拟光源连接俯视图；

图4为模拟光源俯视图向右旋转90°后的示意图以及模拟光源左视图；

图5为人工校核设备结构示意图；

图6为校核系统电路原理图；

图7为利用校核系统进行校核的工作流程图；

图8为一种优选方式的校核工作流程图。

具体实施方式

如图1-图8所示的一种汽车人机工程学视野校核的方法，包括待测汽车，待测汽车内的驾驶员座椅上设置固定支架，固定支架可以是底部带有卡子，卡子与座椅表面卡紧，固定支架也可以是多根钢管搭接而成，钢管底部通过螺栓直接与座椅底部的滑轨连接；固定支架上设置可沿汽车纵向、横向、垂向方向移动的多轴机械手11，一般可以采用五轴或六轴机械手，也可以在一个滑轨上设置四轴机械手；机械手11上端的端部安装水平设置的夹爪13；

所述夹爪13可绕经过自身的中心点的竖直轴线旋转，夹爪13的外端设置两个相互平行的、水平放置的模拟光源12，为了有效保证夹爪13的旋转中心点模拟人体头部转动点，模拟光源12模拟人眼，且模拟准确，两个模拟光源12中心点之间的距离为65mm，两个模拟光源12连线中点至夹爪13的旋转中心点的水平距离为99mm。

所述模拟光源12是与人眼尺寸一致的椭圆形球壳，模拟光源12的中心点处设置发光体14，模拟光源12的壳体面向汽车前方的一部分是由透明材料制作而成的透光区15，可以是玻璃或透明塑料材料，其余壳体部分由遮光材料制作而成，可以是塑料材料或金属材料；

所述透光区15的范围是以模拟光源中心点为原点且经过模拟光源12中心点，分别向前上方、前下方倾斜45°的第一斜面与模拟光源12表面的交线构成的上、下边界；以模拟光源12中心点为原点且经过模拟光源中心点，分别向左前方、右前方倾斜60°的第二斜面与模拟光源12的表面的交线构成左、右边界，所述上、下边界与左、右边界相连形成的四边形区域即为透光区15；所述第一斜面与汽车纵向中心所在的竖直面垂直，所述第二斜面与水平面垂直；所述模拟光源12的上表面、下表面上分别设置车内第一激光扫描仪51、车内第二激光扫描仪52；

所述待测汽车周围设置光线接收装置30，光线接收装置30包括分别位于待测汽车前方、侧方、后方的前向光电接收板31、侧向光电接收板32、后向光电接收板33，所述的光线接收装置30中相应位置设置多个车外第一激光扫描仪53；所述待测汽车的正上方设置可沿汽车纵向方向移动的车外第二激光扫描仪54；所述车内第一激光扫描仪51、车内第二激光扫描仪52、车外第一激光扫描仪53、车外第二激光扫描仪54共同构成激光扫描装置50；

所述多轴机械手11、模拟光源12、激光扫描装置50、光线接收装置30分别与控制器5通过有线或无线方式通信连接；所述控制器5内设置三维建模软件，以及将三维模型转为VR模型的中间软件，所述控制器5内还存储有第95百分位的人体眼椭圆三维模型；

所述控制器5还与人工校核设备60通信连接，所述人工校核设备60包括一个可由控制器5控制其靠背倾角的测试座椅62，测试座椅62的靠背可以由一个电动机或液压活塞缸调节，控制器5与电动机或液压活塞缸的油泵通信连接；测试座椅62的尺寸与待测汽车的驾驶员座椅尺寸一致；测试座椅62附近设置的摄像头63与VR眼镜61通信，使摄像头63可以拍摄VR眼镜61相对于测试座椅62的位置。

所述汽车人机工程学视野校核的方法包括以下步骤：汽车参数设置、视野校核、人工校核；

所述的汽车参数设置步骤为：控制器5在三维建模软件中以地面为水平面，以汽车左、右前轮中心连线所在的竖直面为横向面，以汽车纵向中心对称面为纵向面建立基准坐标系；将多轴机械手11固定在驾驶员座椅上，将驾驶员座椅调整到最后，然后调整多轴机械手11，使夹爪13位于特定位置；车内第一激光扫描仪51、车内第二激光扫描仪52扫描驾驶员座椅靠背的倾角，控制器5控制人工校核设备60，使测试座椅62的倾角与驾驶员座椅靠背的倾角一致；然后顺次进行以下步骤：

a.车外第一激光扫描仪53、车外第二激光扫描仪54配合扫描出汽车A柱、B柱、前挡风玻璃、车门玻璃、后挡风玻璃的外侧轮廓参数及位置参数，以及车外后视镜21的镜面尺寸参数及位置参数；

所述控制器5分别提取夹爪13绕自身旋转中心点的位置、模拟光源12中心点的位置，并标记在三维建模软件中，然后在三维软件中将第95百分位的人体眼椭圆三维模型的中心点与模拟光源12中心点重合，再将人体眼椭圆三维模型的表面离散成多个移动点位，以夹爪13绕自身旋转的中心点为旋转点，将夹爪13绕旋转点、面向汽车前方相对于纵向面左、右分别旋转90°的角度范围离散成多个旋转角点，然后将多个移动点位的坐标参数，以及多个旋转角点的角度参数发送给多轴机械手11并控制其运动，使模拟光源12的中心点第一次经过全部移动点位；经过每个移动点位时，夹爪13绕旋转点向左、右方向各90°范围内分别转过全部旋转角点后，模拟光源12再移动至下一个移动点位；所述模拟光源12移动过程中夹爪13始终保持水平状态；夹爪13位于每一个旋转角点时，模拟光源12上设置的车内第一激光扫描仪51、车内第二激光扫描仪52实时扫描车内的A柱、B柱、前挡风玻璃、车门玻璃、后挡风玻璃的内侧轮廓参数及位置参数，以及车内后视镜22的镜面尺寸参数及位置参数；

b.控制器5将步骤a中激光扫描装置50扫描的参数导入三维建模软件中，分别建立汽车A柱、B柱、前挡风玻璃、车门玻璃、后挡风玻璃的三维模型及各自的位置参数，以及车外后视镜21、车内后视镜22的三维模型及各自位置参数，形成视野校核用三维模型，然后将视野校核用三维模型通过中间软件转换成VR三维模型；

所述的视野校核步骤包括顺次进行的以下步骤：

c.模拟光源12的中心点第二次经过全部移动点位；

d.所述步骤c中，模拟光源12在每个移动点位时，夹爪13绕旋转点转过全部旋转角点后，模拟光源12再移动至下一个移动点位；

e.所述d步骤中，光线接收装置30接收模拟光源12位于每个旋转角点时发出的光线，并将此时光线接收装置30受到照射的区域边界参数发送给控制器5；

f.所述步骤e中，控制器5根据视野校核用三维模型、模拟光源12所在移动点位的位置、夹爪13的旋转角点的角度参数进行判断，如果模拟光源12照射到车外后视镜21或车内后视镜22时，则进入步骤g，否则进入步骤h；

g.当模拟光源12照射到车外后镜21时，控制器5计算模拟光源12在相应的某个移动点位的多个旋转角点中，所有可以照射到后向光电接收板33的区域边界之和，并将该区域边界之和标记为车外后镜视区，然后将模拟光源12运动到不同移动点位形成的多个车外后镜视区中面积最小的一个标记为第一间接视区；当模拟光源12照射到车内后视镜22时，控制器5计算模拟光源12在相应的某个移动点位的多个旋转角点中，所有可以照射到后向光电接收板33的区域边界之和，并将该区域边界之和标记为车内后镜视区，然后将模拟光源12运动到不同移动点位形成的多个车内后镜视区中面积最小的一个标记为第二间接视区；然后进入步骤i；

h.控制器5计算模拟光源12在相应的某个移动点位的多个旋转角点中，所有可以照射到前向光电接收板31的区域之和或可以照射到侧向光电接收板32的区域之和分别标记为前向视区或侧向视区，并将多个移动点位的前向视区中面积最小的标记为第一直接视区，将多个移动点位的侧向视区中面积最小的标记为第二直接视区，第一直接视区与第二直接视区之和标记为直接视区；将模拟光源12照射到A柱时前向光电接收板31始终未接收到光线的区域记为A柱双目盲区；将模拟光源12照射到B柱时侧向光电接收板32始终未接收到光线的区域记为B柱双目盲区；然后进入步骤i；

i.控制器5将三维软件中的人体眼椭圆三维模型及位置参数导入VR软件中形成标准眼椭圆范围；然后进入步骤j；

所述的人工校核步骤包括顺次进行的以下步骤；

j.测试人员佩戴VR眼镜61后坐在测试座椅62上，眼睛水平目视前方，摄像头63读取此时VR眼镜61位置，控制器5根据VR眼镜61的位置计算出测试人员的人眼位置，当测试人员的人眼位置位于标准眼椭圆范围内时，则进入步骤k，否则提示重新调整坐姿，并重复j步骤；

k.测试人员在VR空间中眼睛前后左右移动同时水平旋转头部，利用VR三维模型观察VR三维模型外侧特定位置的标定物，如果可以看到标定物，则进入步骤m；如果无法看到标定物，则进入步骤n；

所述标定物是根据相关的视野校核法规中，对直接视野、间接视野的要求，从而在VR空间中相应位置设置的标定物，例如对汽车内后视镜要求垂直方向视角能看到最后H点后方60m处的交通情况，则在VR空间中，利用测试人员的人眼位置根据相关公式推算出最后H点位置，并在最后H点后方60m处设置虚拟指示灯，测试人员在VR空间中利用车内后视镜22的VR模型观察是否能看到该虚拟指示灯，能看到则表示车内后视镜22的设计符合要求；由于测试人员是在VR空间中直接观察相应的VR模型，因此观察效果良好，且VR空间内可以自由设计环境因素，如光照条件等，对于标定物的摆放位置也可以具有很高的精度，大大提高了人工校核步骤的测试精度和准确定。

m.测试结束；

n.所述控制器5将此时测试人员的人眼位置添加到多个移动点位中，然后重新进行步骤c至步骤k。

更好的实施方式是：所述的步骤k中，若测试人员在观察时其人眼位置超过标准眼椭圆范围，则提示人眼范围超出，重新进行步骤k。

由于车外后视镜21、车内后视镜22在使用过程中可以左右、上下调整，为了提高第一间接视区、第二间接视区的校核准确性，更好的实施方式是：所述步骤g中，夹爪13旋转至某个旋转角点时，车外后视镜21向左右、上下分别运动至极限位置，或车内后视镜22向左右、上下分别旋转至极限位置，然后夹爪13再旋转至下一个旋转角点。

由于观察标定物只能判断车内后视镜22或A柱设计是否符合规范，但无法判断出相应的设计的优劣程度，因此对于较为熟练的测试人员来说，更好的实施方式是：所述步骤i中，控制器5将步骤g中得到的第一间接视区、第二间接视区的边界线标记在VR三维模型中，将步骤h中得到的直接视区的边界线，以及A柱双目盲区、B柱双目盲区的边界线标记在VR三维模型中，形成标准边界线；

所述步骤k中，测试人员利用VR手柄或控制器在VR三维模型中分别划出直接视区、A柱双目盲区、B柱双目盲区、第一间接视区、第二间接视区的虚拟边界线；控制器5将这些虚拟边界线与已存储的标准边界线进行对比，如果虚拟边界线位于标准边界线之外，则进入步骤m；如果虚拟边界线位于标准边界线内一定范围，则进入步骤n。

同时控制器5还可以比较虚拟边界线与标准边界线之间的靠近程度，从而比较多个不同类型的待测汽车之间的视野优劣。

Claims (3)

1.一种汽车人机工程学视野校核系统，所述的校核系统包括待测汽车，待测汽车内的驾驶员座椅上设置固定支架，固定支架上设置可沿汽车纵向、横向、垂向方向移动的多轴机械手(11)，机械手(11)上端的端部安装水平设置的夹爪(13)；

其特征在于：所述夹爪(13)可绕经过自身的中心点的竖直轴线旋转，夹爪(13)的外端设置两个相互平行的、水平放置的模拟光源(12)，模拟光源(12)是与人眼尺寸一致的椭圆形球壳，模拟光源(12)的中心点处设置发光体(14)，模拟光源(12)的壳体面向汽车前方的一部分是由透明材料制作而成的透光区(15)，其余壳体部分由遮光材料制作而成；所述模拟光源(12)的上表面、下表面上分别设置车内第一激光扫描仪(51)、车内第二激光扫描仪(52)；

所述待测汽车周围设置光线接收装置(30)，光线接收装置(30)包括分别位于待测汽车前方、侧方、后方的前向光电接收板(31)、侧向光电接收板(32)、后向光电接收板(33)，所述的光线接收装置(30)中相应位置设置多个车外第一激光扫描仪(53)；所述待测汽车的正上方设置可沿汽车纵向方向移动的车外第二激光扫描仪(54)；所述车内第一激光扫描仪(51)、车内第二激光扫描仪(52)、车外第一激光扫描仪(53)、车外第二激光扫描仪(54)共同构成激光扫描装置(50)；

所述多轴机械手(11)、模拟光源(12)、激光扫描装置(50)、光线接收装置(30)分别与控制器(5)通过有线或无线方式通信连接；所述控制器(5)内设置三维建模软件，以及将三维模型转为VR模型的中间软件，所述控制器(5)内还存储有第95百分位的人体眼椭圆三维模型；

所述控制器(5)还与人工校核设备(60)通信连接，所述人工校核设备(60)包括一个可由控制器(5)控制其靠背倾角的测试座椅(62)，测试座椅(62)的尺寸与待测汽车的驾驶员座椅尺寸一致；测试座椅(62)附近设置的摄像头(63)与VR眼镜(61)通信，使摄像头(63)可以拍摄VR眼镜(61)相对于测试座椅(62)的位置。

2.根据权利要求1所述的一种汽车人机工程学视野校核系统，其特征在于：两个模拟光源(12)中心点之间的距离为65mm，两个模拟光源(12)连线中点至夹爪(13)的旋转中心点的水平距离为99mm。

3.根据权利要求1所述的一种汽车人机工程学视野校核系统，其特征在于：所述透光区(15)的范围是以模拟光源中心点为原点且经过模拟光源(12)中心点，分别向前上方、前下方倾斜45°的第一斜面与模拟光源(12)表面的交线构成的上、下边界；以模拟光源(12)中心点为原点且经过模拟光源中心点，分别向左前方、右前方倾斜60°的第二斜面与模拟光源(12)的表面的交线构成左、右边界，所述上、下边界与左、右边界相连形成的四边形区域即为透光区(15)；所述第一斜面与汽车纵向中心所在的竖直面垂直，所述第二斜面与水平面垂直。