DE102013001365A1 - Method for visual analysis of vehicle design for vehicle mirror and for radar system, involves mapping boundary contour lines of computer-aided design vehicle data record and of modified computer-aided design-vehicle data record - Google Patents
Method for visual analysis of vehicle design for vehicle mirror and for radar system, involves mapping boundary contour lines of computer-aided design vehicle data record and of modified computer-aided design-vehicle data record Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Sicht des Fahrers aus einem Fahrzeug stellt eine wesentliche sicherheitsrelevante Komponente im Straßenverkehr dar. Es wird erstmalig ein dreidimensionales CAD-Sichtmodell vorgestellt, das eine Quantifizierung der Sichteigenschaften im frühen Konstruktionsprozess eines Fahrzeuges ermöglicht. Dabei werden gezielt Grenzkonturen mit Hilfe des 3D-CAD Sichtmodells definiert und die Auswirkungen auf das Sichtfeld visualisiert und das Optimierungspotential für die Sicht bestimmt, wenn die Grenzkonturen der Bauteile durch konstruktive Optimierungen verändert werden.The driver's view from a vehicle represents an essential safety-relevant component in road traffic. For the first time, a three-dimensional CAD visual model is presented, which enables a quantification of the visual characteristics in the early design process of a vehicle. In the process, boundary contours are specifically defined with the aid of the 3D-CAD visual model and the effects on the field of view are visualized and the optimization potential for the view is determined if the limit contours of the components are changed by constructive optimizations.
Stand der Technik:State of the art:
In der Fahrzeugkonstruktion wird häufig die alte
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Sichtanalyse, wie es in der Dissertation von Herrn Hudelmaier entwickelt wurde. Hudelmaier, Jörg: Sichtanalyse im PKW: unter Berücksichtigung von Bewegung und individuellen Körpercharakteristika. München, Technische Universität, Lehrstuhl für Ergonomie, Dissertation, 2002. Hudelmaier hat die CAD Datensätze von Fahrzeugen mit den Datensätzen des Menschenmodells RAMSIS verbunden.The invention is based on a method for visual analysis, as developed in the dissertation by Mr. Hudelmaier. Hudelmaier, Jörg: Visual analysis in the car: taking into account movement and individual body characteristics. Munich, Technical University, Department of Ergonomics, Dissertation, 2002. Hudelmaier has combined the CAD data sets of vehicles with the datasets of the human model RAMSIS.
Das Menschmodell RAMSIS (Rechnergestütztes Anthropologisches Mathematisches System zur InsassenSimulation) wurde durch die FAT (Forschungsgruppe AutomobilTechnik) unter Einbindung von Vertretern der Automobilfirmen AUDI, BMW, Ford, Mercedes-Benz, Opel, Porsche und Volkswagen sowie der Sitzhersteller Keiper Recaro und Naue ins Leben gerufen. Die Firma tecmath in Kaiserslautern (heute tecmath AG) übernahm die Entwicklung. Das dafür notwendige ergonomische Datenmaterial wurde durch das IfE (Ingenieurbüro für Ergonomie), welches wiederum in enger Kooperation mit dem Lehrstuhl für Ergonomie (LfE) der Technischen Universität München steht, sowie der Katholischen Universität Eichstätt erstellt.The human model RAMSIS (Computer-aided Anthropological Mathematical System for Inmate Simulation) was launched by the FAT (Automotive Technology Research Group) with the involvement of representatives of the automobile companies AUDI, BMW, Ford, Mercedes-Benz, Opel, Porsche and Volkswagen as well as the seat manufacturer Keiper Recaro and Naue , The company tecmath in Kaiserslautern (today tecmath AG) took over the development. The necessary ergonomic data was created by the IfE (engineering office for ergonomics), which in turn is in close cooperation with the Department of Ergonomics (LfE) of the Technical University of Munich, and the Catholic University of Eichstätt.
Durch die Kombination von CAD Datensätzen des Fahrzeugs und der Datensätze von RAMSIS in einem CAD System war es Hudelmaier möglich die Kopfbewegungen des Menschenmodells zu simulieren und zu bestimmen ob durch die gesetzlichen Mindestsichtverhältnisse beim Blick in die Rückspiegel des Fahrzeuges durch die Fahrzeugkonstruktion eingehalten werden kann.Through the combination of CAD records of the vehicle and the records of RAMSIS in a CAD system, Hudelmaier was able to simulate the head movements of the human model and determine whether the statutory minimum visibility when looking into the rearview mirror of the vehicle can be maintained by the vehicle design.
Dieses Sichtanalyse Tool wurde bis zur Produktreife weiterentwickelt und wird unter dem Begriff CAD-Tool RAMSIS von der Human Solutions GmbH als Ergonomie Software vetrieben. In der Fahrzeugentwicklung nach dem Stand der Technik werden CAD Konstruktionsdatensätze z. B. aus CATIA V5 mit dreidimensionalen virtuellen Systemen, z. B. Cave Automatic Virtual Environment und mit dem RAMSIS Menschenmodell kombiniert, um damit Sichtanalysen durchzuführen und abzuprüfen ob die gesetzlichen Bestimmungen und die Vorgaben von technischen Normen mit der modellierten Fahrzeugkonstruktion eingehalten werden können.This visual analysis tool has been further developed to product maturity and is operated under the name CAD tool RAMSIS by Human Solutions GmbH as Ergonomics Software. In the vehicle development according to the prior art CAD design data sets z. From CATIA V5 with three-dimensional virtual systems, e.g. B. Cave Automatic Virtual Environment and combined with the RAMSIS human model to perform visual analysis and verify whether the statutory provisions and the requirements of technical standards can be met with the modeled vehicle design.
Die Sichtverhältnisse können dabei aber nur rein subjektiv von Probanden bewertet werden. Ein durch Referenzwerte belegbarer Vergleich zwischen den einzelnen Personen ist auch hier nicht möglich. Ebensowenig ist es bisher möglich zu quantifizieren, welches Optimierungspotential eine konstruktive Änderung im CAD Modell des Fahrzeugs auf die Verbesserung der Sicht hat. Damit ist es bisher auch nicht möglich die Kombination von einzelnen Bauteilveränderungen und die daraus möglichen einzelnen Optimierungspotentiale zu quantifizieren und in ihrer Gesamtheit oder einzeln einer Bewertung zu zuführen. Quantifizierte Angaben welche konstruktive Änderung welchen Sichtvorteil bringen würde standen daher bisher in der frühen Phase eines Konstruktions- und Design Prozesses nicht zur Verfügung.However, the visibility can only be assessed subjectively by subjects. A comparison between the individual persons provable by reference values is also not possible here. Nor is it yet possible to quantify which optimization potential has a constructive change in the CAD model of the vehicle to improve visibility. So far, it has not been possible to quantify the combination of individual component changes and the possible individual optimization potentials and to supply them in their entirety or individually to a valuation. Quantified information which constructive change would bring which visual advantage was therefore not available in the early phase of a design and design process.
Erfindungsgemäße Aufgabe ist es demnach mit einer Weiterentwicklung des Sichtmodells und mit einer quantitativen Analyse das Optimierungspotential von konstruktiven Änderungen das CAD Fahrzeugdatensatz zugänglich zu machen.It is therefore an object of the invention, with a further development of the visual model and with a quantitative analysis, to make the optimization potential of design changes accessible to the CAD vehicle data record.
Die Lösung gelingt hauptsächlich durch die Erweiterung des Sichtmodells mit Sichtflächen und Sichtreferenzlinien, die mittels eines 3D-CAD Sichtmodells auf einer Projektionsfläche erzeugt werden. Mit dem 3D-CAD Modell werden Sichtstrahlen erzeugt. Ebenfalls aus dem CAD Modell werden die Grenzkonturlinien aus dem Fahrzeugdatensatz gewonnen, die das Sichtfeld des Menschenmodells, das ebenfalls im CAD System integriert ist, begrenzen. Augenposition des Menschenmodells und Grenzkonturlinien der Fahrzeugkonstruktion bestimmen die Randsichtstrahlen des Sichtfeldes, die auf der Projektionsfläche das Sichtfeld begrenzen. Diese Begrenzungslinien werden im Folgenden bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele als Sichtreferenzlinien bezeichnet.The solution succeeds mainly through the extension of the viewing model with visible surfaces and visual reference lines, which are generated on a projection surface by means of a 3D-CAD visual model. The 3D-CAD model generates visual beams. Also from the CAD model are the boundary contour lines derived from the vehicle data set that limits the field of view of the human model, which is also integrated in the CAD system. Eye position of the human model and boundary contour lines of the vehicle design determine the edge visual rays of the field of view, which limit the field of view on the projection screen. These boundary lines are referred to below in the description of the embodiments as visual reference lines.
Dies hat folgende Vorteile:
Abhängig von dem CAD Modell des Fahrzeugs werden eindeutige und quantifizierbare Sichtflächen erzeugt, deren Flächeninhalt zum Beispiel bestimmt wird. Änderungen in den Konstruktionsdatensätzen des Fahrzeugsmodells, die auch die Grenzkonturlinien des Sichtfeldes betreffen führen zu Änderungen der Sichtflächen. Die Änderungen können z. B. durch Änderung des Flächeninhaltes quantitativ bestimmt werden. Durch den quantitativen Vergleich der Sichtflächen von verschiedenen konstruktiven Ausgestaltungen der Grenzkonturlinien im Fahrzeugdatensatz kann sofort ein quantitatives Maß angegeben werden, welche Vergrößerung oder Verkleinerung mit einer abgeänderten Grenzkonturlinie erzielt wird. Umgekehrt kann auch bestimmt werden, wie Bauteile oder Bauräume, die das Sichtfeld begrenzen, in ihren Abmessungen verändert werden müssen um eine bestimmte Vergrößerung des Sichtflächen zu erzielen.This has the following advantages:
Depending on the CAD model of the vehicle, clear and quantifiable visible surfaces are generated, the area of which is determined, for example. Changes in the design datasets of the vehicle model, which also affect the boundary contour lines of the field of view, lead to changes in the visible surfaces. The changes can be z. B. be determined quantitatively by changing the surface area. By quantitatively comparing the visible surfaces of various constructive embodiments of the boundary contour lines in the vehicle data set, a quantitative measure can immediately be indicated which enlargement or reduction is achieved with a modified boundary contour line. Conversely, it can also be determined how components or installation spaces which bound the field of view have to be changed in their dimensions in order to achieve a specific enlargement of the visible surfaces.
Neben der quantitativen Bewertung ermöglichen die Sichtflächen auch eine qualitative Bewertung der zukünftigen Fahrzeugkonstruktion. Dies sind insbesondere die folgenden Eigenschaften des Sichtfeldes:
- – Form oder Flächeninhalt der Sichtfläche
- – Ausprägung de Sichtfeldes nach oben und unten
- – Ausprägung des Sichtfeldes nach rechts und links
- – Homogenität des Sichtfeldrandes
- - Shape or area of the visible surface
- - Expression of field of view up and down
- - Characteristic of the field of view to the right and left
- - Homogeneity of the field of view
In einer weiteren Ausbildung des Sichtmodells wird die an sich bekannte Augenellipse aus der SAE J941 durch eine verbesserte Augenellipse ersetzt. Die verbesserte Augenellipse wird hierbei durch Kombination verschiedener RAMSIS Menschenmodelle mit dem Sitzverstellfeld der Fahrzeugkonstruktion, die aus dem CAD Fahrzeugdatensatz entnommen wird, erzeugt. Im RAMSIS Modell bilden 3 Personen nach
Es wird kombiniert:
Sitzextremposition hinten, unten mit 95% Perzentil für hintersten Augenpunkt
Sitzextremposition vorne oben mit 5% Perzentil für den vordersten Augenpunkt
Sitzposition Mitte oben mit 50% Perzentil für den höchsten Augenpunkt
Sitzposition Mitte unten mit 50% Perzentil für den tiefsten Augenpunkt.In a further embodiment of the viewing model, the known eye ellipse from the SAE J941 is replaced by an improved eye ellipse. The improved eye ellipse is created by combining different RAMSIS human models with the seat adjustment field of the vehicle design, which is taken from the CAD vehicle data set. In the RAMSIS model, 3 people make up
It is combined:
Rear seat back position, 95% percent for rearmost eye point
Sitting extreme front position with 5% percentile for the front eye point
Sitting position mid-top with 50% percentile for the highest eye point
Mid-bottom seating position with 50% percentile for the deepest eye point.
Durch die 4 Augenpunkte kann bei Bedarf eine Ellipse aufgespannt werden, mit deren Hilfe die Lage weitere Augenpunkte für die Bestimmung der Sichtflächen mit dem Sichtmodell bestimmt werden.If necessary, an ellipse can be spanned by the 4 eye points, with the help of which the position further eye points for the determination of the visible surfaces with the visual model are determined.
Dies hat folgende Vorteile:
Die Augenpunkte sind die Ausgangspunkte für die Sichtstrahlen des Sichtmodells und bestimmen zusammen mit den Grenzkonturlinien die Sichtreferenzlinien der Sichtflächen. Damit können auch die Sichtverhältnisse simuliert werden, die sich für die verschiedenen anthropometrischen Körpermaße im Fahrzeug ergeben. Insbesondere kann bestimmt werden, inwieweit das Sitzverstellfeld ausreichende Verstellmöglichkeiten bietet, um den gewählten Perzentilen eine hinreichende Sicht zu gewähren.This has the following advantages:
The eye points are the starting points for the visual beams of the visual model and, together with the boundary contour lines, determine the visual reference lines of the visible surfaces. This can also simulate the visibility that results for the different anthropometric body measurements in the vehicle. In particular, it can be determined to what extent the Sitzverstellfeld provides sufficient adjustment options to grant the selected percentiles a sufficient view.
Weiterer Vorteil ist hier, dass mit Änderung des Sitzverstellfeldes sich eine Änderung der Augenpunkte ergibt, die zu einer Änderung des Sichtfeldes führt, die wieder einer quantitativen und qualitativen Bewertung zugänglich ist. Es kann damit ein quantitativen Maß angegeben werden, welche Auswirkungen eine Änderung des Sitzverstellfeldes für die verschiedenen Perzentile im Sichtfeld bringt. In einer möglichen Ausbildung des Sichtmodells ist die Projektionsfläche als sphärische Fläche modelliert.Another advantage here is that changing the Sitzverstellfeldes results in a change in the eye points, which leads to a change in the field of view, which is again a quantitative and qualitative assessment accessible. It can thus be given a quantitative measure of what effects a change in Sitzverstellfeldes for the different percentiles in the field of view. In one possible embodiment of the visual model, the projection surface is modeled as a spherical surface.
In einer möglichen Ausbildung ist die Projektionsfläche als virtuelle Projektionsfläche im CAD Modell simuliert.In one possible embodiment, the projection surface is simulated as a virtual projection surface in the CAD model.
In einer anderen Ausbildung ist die Projektionsfläche eine reale Projektionsfläche, auf die mittels eines Projektors die Sichtflächen projeziert werden.In another embodiment, the projection surface is a real projection surface onto which the visible surfaces are projected by means of a projector.
Weitere Details der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele offenbart. Further details of the invention are disclosed in the following description of the various embodiments.
Dabei zeigen:Showing:
Um im frühen Entwicklungsprozess Einfluss auf die Sicht nehmen zu können, wird ein Modell benötigt, das die Sichtverhältnisse bereits in der frühen Konzept- und Konstruktionsphase analysiert, bewertet und Optimierungspotentiale aufzeigen kann. Dabei ist darauf zu achten, dass das Modell eine Bewertung der Sichtsituation für ein möglichst großes Insassenkollektiv zulässt. Außerdem soll das Modell durch Generierung von standardisierten Maßen einen Vergleich zu anderen Fahrzeugen, wie Vorgängermodelle und Konkurrenzfahrzeugen ermöglichen. Im Idealfall können aus solch einem Modell Vorgaben für die Konstruktion weiterer bzw. neuer Fahrzeuge abgeleitet werden. Das Modell ist dabei so einfach wie möglich zu halten, um es bei Bedarf schnell anwenden zu können. Es sollte ebenfalls in der Lage sein, nicht nur auf reine CAD-Daten, sondern auch auf Scandaten, wie sie in der ersten Entwicklungsphase des Design- und Konzeptprozesses vorliegen, angewandt zu werden. Ein späterer Vergleich der Modelldaten mit Hardwareprüfverfahren sollte ebenfalls möglich sein.In order to be able to influence the view in the early development process, a model is needed that can analyze and evaluate the visual conditions already in the early concept and design phase, and point out optimization potentials. It is important to ensure that the model allows an assessment of the visual situation for the largest possible inmate collective. In addition, the model is to enable comparison with other vehicles, such as predecessor models and competing vehicles, by generating standardized measures. Ideally, specifications for the construction of additional or new vehicles can be derived from such a model. The model should be kept as simple as possible in order to be able to use it quickly if necessary. It should also be able to apply not only to pure CAD data but also to scan data such as those available in the initial development phase of the design and concept process. A later comparison of the model data with hardware testing procedures should also be possible.
Die Erfindung bietet ein dreidimensionales ganzheitliches Konstruktionsmodell zur 360°-Beschreibung des Sichtfeldes eines Fahrzeugführers oder auch der weiteren Fahrzeuginsassen. Um Sichtverhältnisse darzustellen, bewerten, analysieren und optimieren zu können ist ein solches Modell in der Konstruktion dringend notwendig. Das Sichtmodell wurde mit Hilfe des CAD-Programmes CATIA V5 und RAMSIS erstellt, die Verwendung anderer CAD-Software ist ebenso problemlos möglich.The invention provides a three-dimensional holistic design model for the 360 ° description of the field of vision of a vehicle driver or the other vehicle occupants. In order to represent, assess, analyze and optimize visibility, such a model is urgently needed in construction. The visual model was created using the CAD program CATIA V5 and RAMSIS, the use of other CAD software is just as possible.
Alle Körpermaße nach
Die 4 Personen bilden dabei die jeweiligen Extremsitzpositionen und deren jeweilige Sichtverhältnisse ab:
- – 5% Frau den vordersten Augpunkt
- – 50% Mann hoch den höchsten Augpunkt
- – 50% Mann tief den tiefsten Augpunkt
- – 95% Mann den hintersten Augpunkt
- - 5% woman the foremost eye point
- - 50% man high the highest eye point
- - 50% man deep the deepest eye point
- - 95% man the rearmost point
Um das Sichtmodell nicht für das rechte und linke Auge des Menschen durchführen zu müssen wird die Konvention getroffen, den mittleren Augpunkt, ein Augpunkt auf der halben Verbindungslinie zwischen dem rechten und linken Auge, zu verwenden. Der geringe Abstand von weniger als 30 mm des mittleren Augpunktes zum rechten/linken Augpunkt führt im Verhältnis der Entfernungen zu den Bauteilen zu einer sehr geringen Abweichung zur Realität. Diese wird durch die Halbierung des Aufwandes gerne in Kauf genommen. Im Software Tool RAMSIS kann der mittlere Augpunkt sehr einfach herausgelöst werden.In order not to have to perform the visual model for the right and left eye of the human, the convention is to use the middle eye point, an eye point on the half line connecting the right and left eye. The small distance of less than 30 mm of the center eye point to the right / left eye point leads in the relation of the distances to the components to a very small deviation from the reality. This is gladly accepted by halving the effort. In the software tool RAMSIS the middle eye point can be removed very easily.
Schon nachdem alle relevanten Sichtstrahlen erzeugt wurden, sind die sichteinschränkenden Bauteiloberflächen anhand ihrer unterschiedlichen Farbe zu erkennen. Als sichteinschränkende Bauteile, werden in diesem Modell alle Bauteile bezeichnet, welche die äußere Grenze des Sichtfeldes definieren.After all the relevant visual rays have been generated, the visible component surfaces can be recognized by their different colors. As a view restricting components, in this model, all components are defined, which define the outer boundary of the field of view.
Herr Hudelmaier erwähnt in seiner Dissertation eine Flächenanalyse, mit der Sichtstrahlen mit „beliebigen Flächen oder Zylindern” verschnitten werden können. Diese wurde von ihm nicht konkretisiert. Dieser Ansatz der Flächenanalyse wird im 3D-CAD Sichtmodell aufgegriffen. Allerdings werden die Sichtstrahlen nicht auf einen maßlich undefinierten Zylinder oder eine beliebige Fläche projiziert, die im Nachhinein keine vergleichbaren Aussagen zwischen den Perzentilen oder anderen Fahrzeugmodellen zulassen.In his dissertation, Mr. Hudelmaier mentions a surface analysis with which visual rays can be blended with "arbitrary surfaces or cylinders". This was not specified by him. This approach of surface analysis is taken up in the 3D-CAD visual model. However, the visual beams are not projected onto a dimensionally undefined cylinder or surface which, in retrospect, does not allow for comparable statements between the percentiles or other vehicle models.
Im nächsten Schritt werden alle relevanten Sichtstrahlen mit der Referenzkugel verschnitten. Es entstehen dadurch so genannten Sichtreferenzlinien auf der Kugel. Die Sichtreferenzlinien ermöglichen nun eine gezielte Analyse, Bewertung und Optimierung der sichtrelevanten Bauteile. Die Analyse, Bewertungs- und Optimierungsschritte werden in den folgenden Kapiteln weiter erläutert.In the next step, all relevant visual rays are blended with the reference sphere. This creates so-called visual reference lines on the sphere. The visual reference lines now allow a targeted analysis, evaluation and optimization of the visual components. The analysis, evaluation and optimization steps will be further explained in the following chapters.
Um ein Sichtfeld eines Fahrzeugführers analysieren, bewerten und optimieren zu können, werden Kriterien benötigt, durch die die Sichteigenschaften quantifiziert werden können. Um die Eigenschaften des Sichtfeldes beschreiben zu können stellt sich zuerst die Frage: Was ist Sicht? Wie kann Sicht beschrieben werden?In order to be able to analyze, evaluate and optimize a field of vision of a vehicle driver, criteria are needed by which the visual characteristics can be quantified. In order to be able to describe the properties of the field of view, the first question to ask is: what is view? How can vision be described?
Der Duden definiert das Wort Sicht wie folgt:
„Zugang, den der Blick zu mehr oder weniger entfernten Gegenständen hat.”The dictionary defines the word view as follows:
"Access the view has to more or less distant objects."
Nimmt man diese Definition und überträgt sie auf das Sichtfeld eines Fahrzeuges, so wird schnell ersichtlich, dass die reine Betrachtung der Sichtfläche nicht ausreicht. Die Sichtfläche alleine sagt nichts darüber aus, ob diese schmal, breit, hoch oder lang ist, die Fläche kann aber immer dieselbe sein. Aus diesem Grund werden die Kriterien Sicht nach oben bzw. unten sowie nach rechts bzw. links eingeführt. Diese ermöglichen eine Aussage über die Sichtfeldhöhe und breite.If one takes this definition and transmits it to the field of vision of a vehicle, then it quickly becomes clear that the mere viewing of the visible surface is not sufficient. The viewing surface alone does not say anything about whether it's narrow, wide, tall or long, but the surface can always be the same. For this reason the criteria view up and down as well as to the right or left are introduced. These allow a statement about the field of view height and width.
Betrachtet man die Sichtreferenzlinien in
Zusammengefasst ergeben sich nun 4 Kriterien zur Beschreibung der Eigenschaft Sicht im 3D-CAD Sichtmodell:
- – Sichtfläche
- – Ausprägung des Sichtfeldes nach oben und unten
- – Ausprägung des Sichtfeldes nach rechts und links
- – Homogenität des Sichtfeldrandes
- - visible surface
- - Expression of the field of view up and down
- - Characteristic of the field of view to the right and left
- - Homogeneity of the field of view
Im Unterschied zu den Mindestanforderungen erfolgen die Bewertungen im 3D-CAD Sichtmodell nicht lokal begrenzt auf Schnitte, sondern beziehen die gesamten inneren Sichtreferenzlinien mit ein.In contrast to the minimum requirements, the evaluations in the 3D-CAD visual model are not locally limited to sections, but include the entire inner visual reference lines.
Die quantitative Ermittlung der einzelnen Sicht-Eigenschaften wird nun beschrieben. Dabei ist darauf zu achten, dass all diese Schritte für alle 4 Perzentile getrennt voneinander durchgeführt werden müssen, um eine Aussage über die Qualität des Sichtfeldes treffen zu können.The quantitative determination of the individual visual properties will now be described. Care must be taken that all these steps must be performed separately for all 4 percentiles in order to be able to make a statement about the quality of the field of view.
Bis heute gibt es kein Referenzfahrzeug, das die idealen Sichtbedingungen definiert. Somit ist es nicht möglich, das genaue Sichtoptimierungspotential einer Oberklassen-Limousine anzugeben. Als Orientierung für die Konstruktion neuer Modelle können zum Beispiel die Sichteigenschaften eines Vorgänger- oder Konkurrenzmodelles dienen.To date, there is no reference vehicle that defines the ideal visibility conditions. Thus, it is not possible to specify the exact visual optimization potential of a luxury sedan. As an orientation for the construction of new models, for example, the viewing characteristics of a predecessor or competing model can serve.
In dieser Arbeit soll eine bestehende Oberklassen-Limousine analysiert und mögliche Optimierungspotentiale aufgezeigt werden. Deshalb wird für diese Arbeit der Optimierungsprozentsatz wie folgt definiert: In this work, an existing upper class sedan will be analyzed and possible optimization potentials will be shown. Therefore, the optimization percentage for this work is defined as follows:
Dieses Maß wird in Prozent angegeben.This measure is given in percent.
So wird zum Beispiel der Sichtflächenverlust der Schwarzeinfärbung bezüglich der nächsten Sichtreferenzlinie der A-Säulenverkleidung angegeben und der Sichtflächenverlust der Nutze der Instrumententafel bezüglich der Sichtreferenzlinie der Motorhaube.For example, the visible area loss of the black coloring is indicated with respect to the next visual reference line of the A-pillar trim, and the visible area loss of the use of the instrument panel with respect to the visual reference line of the hood.
Die quantitative Beschreibung der Sichtflächen ist im CAD-Programm einfach durchzuführen. Im ersten Schritt wird die innere Sichtreferenzlinie mit der Referenzkugel verschnitten, um die Sichtfläche zu erzeugen. Im Anschluss wird dasselbe durch das Verschneiden der anderen Sichtreferenzlinien mit der Referenzkugel durchgeführt, um die Sichtflächenverluste zu ermitteln. Die Flächen, bzw. die Größe der Flächeninhalte, können in einem CAD-Programm durch eine Messfunktion ausgelesen werden.The quantitative description of the visible surfaces is easy to perform in the CAD program. In the first step, the inner visual reference line is blended with the reference sphere to create the viewing surface. The same is done by blending the other visual reference lines with the reference sphere to determine the visible area losses. The areas, or the size of the areas, can be read in a CAD program by a measuring function.
Weitaus aufwändiger stellt sich die Ermittlung der Ausprägung des Sichtfeldes nach oben und unten, rechts und links sowie die Beschreibung der Homogenität des Sichtfeldrandes dar. Bisher wird die Sichtfeldbreite, nach vorne begrenzt durch die A-Säule, in definierten Schnitten ermittelt und bewertet. Diese Methode lässt nur lokal begrenzt auf die jeweilige Schnittebene einen Rückschluss auf die Sichtfeldbreite und -höhe zu und ermöglicht keine Aussage über die gesamte Sichtsituation. Um gezielte konstruktive Maßnahmen in den Prüfschnittebenen, die nur der Zertifizierung dienen, zu vermeiden, wird eine Bewertung benötigt, die die gesamte innere Sichtreferenzlinie mit einbezieht.Far more complex is the determination of the expression of the field of view up and down, right and left and the description of the homogeneity of the field of view. So far, the field of view width, bounded to the front by the A-pillar, is determined and evaluated in defined sections. This method allows only local limited to the respective cutting plane a conclusion on the field of view width and height and allows no statement about the entire visual situation. In order to avoid targeted design measures in the check-cut levels, which serve only for certification purposes, an assessment is needed that includes the entire inner visual reference line.
Um die Ausprägung des Sichtfelds nach oben und unten sowie rechts und links zu unterscheiden, wird eine Differenzierung in obere/untere/rechte/linke innere Sichtreferenzlinie benötigt. Dabei wird folgende Konvention getroffen:
- – Ist ein Bauteil der horizontalen Ebene zuzuordnen, so wird dessen innere Sichtreferenzlinie als untere oder obere innere Sichtreferenzlinie bezeichnet.
- – Ist das Bauteil hingegen der vertikalen Ebene zuzuordnen, so wird dessen innere Sichtreferenzlinie als rechte oder linke innere Sichtreferenzlinie bezeichnet.
- - If a component is to be assigned to the horizontal plane, its inner visual reference line is referred to as the lower or upper inner visual reference line.
- If, on the other hand, the component is to be assigned to the vertical plane, its inner visual reference line is referred to as the right or left inner visual reference line.
In einem weiteren Schritt werden nun die Koordinaten jedes einzelnen Punktes auf der jeweiligen innere Sichtreferenzlinie ausgelesen und aus allen Punktkoordinaten der obere/untere/rechte/linke Mittelwert ermittelt.
- n:
- Anzahl der Punkte
- x, y, z:
- Koordinaten der Punkte
- n:
- Number of points
- x, y, z:
- Coordinates of the points
Werden die vier Mittelwerte mit den jeweiligen mittleren Augpunkten der Perzentile durch eine Linie verbunden, so wird vom gemittelten Sichtstrahl nach oben/unten/rechts/links gesprochen.If the four mean values are connected to the respective middle eye points of the percentiles by a line, the averaged visual ray is spoken up / down / right / left.
Für die nun folgenden Berechnungen der Ausprägungen nach oben und unten bzw. rechts und links werden natürlich auch die Koordinaten der mittleren Augpunkte der Perzentile benötigt.Of course, the coordinates of the middle eye points of the percentiles are needed for the following calculations of the values up and down, or right and left.
Die vier Mittelwerte für jedes Perzentil werden im 3D-CAD Sichtmodell als Referenz zur quantitativen Bewertung verwendet. Es ist darauf zu achten, dass alle neu berechneten Werte nur Perzentil spezifisch verwendet werden.The four averages for each percentile are used in the 3D CAD visual model as a reference for quantitative assessment. It is important to ensure that all recalculated values are only used in a percentile specific way.
Die Zertifizierungsbestimmungen der Zulassungsrichtlinien geben das Mindestsichtfeld nach unten als Winkel bezüglich der Horizontalen an. Dieser Ansatz soll auch hier in Bezug auf den gemittelten Sichtstrahl nach unten angewandt werden. Der Winkel zwischen dem gemittelten Sichtstrahl und der Horizontalen durch den Perzentil spezifischen mittleren Augpunkt kann mathematisch durch folgende Formel angegeben werden.The certification requirements of the approval guidelines specify the minimum field of view downwards as an angle with respect to the horizontal. This approach should also be applied here in relation to the averaged visual beam down. The angle between the averaged visual ray and the horizontal through the percentile-specific mean eye point can be given mathematically by the following formula.
Ein weiteres charakterisierendes Maß, das aber nur zu Visualisierungszwecken verwendet werden soll, stellt der mittlere Auftreffpunkt (kurz: mA) des gemittelten Sichtstrahles auf die Straße dar. Dafür wird der Abstand in z zur Straße bezüglich des Koordinatensystems benötigt, welchen es zu ermitteln gilt.Another characterizing measure, which should however only be used for visualization purposes, is the average impact point (in short: mA) of the averaged visual beam on the road. For this, the distance in z to the road with respect to the coordinate system is required, which is to be determined.
Die Koordinaten dieses Punktes können wie folgt mathematisch ermittelt werden: The coordinates of this point can be determined mathematically as follows:
Der Abstand des mittleren Auftreffpunktes auf die Straße kann sowohl bezüglich des Koordinatenursprungs, der Stoßstange in Fahrzeugmitte oder bezüglich des mittleren Augpunktes angegeben werden. The distance of the mean impact point to the road can be specified both with respect to the origin of the coordinates, the bumper in the middle of the vehicle or with respect to the center eye point.
Tabelle: Formeln zur Ermittlung des Abstands zum mittleren Auftreffpunkt auf die Straße Table: formulas for determining the distance to the mean impact point on the road
Bisher wurden nur die Ausprägungen nach unten vorgestellt. Für die Betrachtung der Ausprägung nach oben reicht die Winkelberechnung aus. Der Sichtwinkel nach oben wird mit folgender Formel ermittelt.So far, only the characteristics were presented down. For the consideration of the characteristic upwards, the angle calculation is sufficient. The viewing angle upwards is determined with the following formula.
Es ist zu beachten, dass der Winkel nach unten positiv und der Winkel nach oben negativ angegeben wird.It should be noted that the angle downwards is positive and the angle upwards is negative.
Ausprägung des Sichtfeldes nach rechts und linksCharacteristic of the field of view to the right and left
Auch für die Ausprägung des Sichtfeldes nach rechts und links wird die Beschreibung über den Winkel zur Vertikalen durch den mittleren Augpunkt als quantitatives Maß gewählt. Der Winkel zwischen dem jeweiligen gemittelten Sichtstrahl nach rechts und links und der Vertikalen durch den Perzentil spezifischen mittleren Augpunkt kann mathematisch durch folgende Formel angegeben werden.Also for the expression of the field of view to the right and left, the description of the angle to the vertical through the middle eye point is chosen as a quantitative measure. The angle between the respective averaged visual ray to the right and left and the vertical through the percentile specific mean eye point can be given mathematically by the following formula.
Die Angabe des Winkels nach links (Fahrerseite) erfolgt mit positivem Vorzeichen und die des Winkels nach rechts (Beifahrerseite) mit negativem.The indication of the angle to the left (driver side) takes place with a positive sign and that of the angle to the right (passenger side) with negative.
Homogenität des SichtfeldrandesHomogeneity of the field of view
Die Homogenität stellt das vierte Kriterium zur Beschreibung der Sichteigenschaften dar. Es beschreibt den Verlauf und gibt ein Maß für die Geradlinigkeit des Sichtfeldrandes an.Homogeneity is the fourth criterion for describing the visual properties. It describes the course and gives a measure of the straightness of the field of view.
Die Homogenität wird im 3D-CAD Sichtmodell durch die Anzahl der Homogenitätsverstöße angegeben. Je weniger Homogenitätsverstöße es gibt, desto geradliniger ist der Sichtfeldrand, gibt es keinen Homogenitätsverstoß, so liegen die Abstände der einzelnen Punkte im Homogenitätsbereich.Homogeneity is indicated in the 3D-CAD visual model by the number of homogeneity violations. The less homogeneity violations exist, the more straightforward is the field of view edge, there is no homogeneity violation, so the distances of the individual points are in the homogeneity range.
Der Homogenitätsbereich beschreibt dabei die maximal zulässige prozentuale Abweichung zum gemittelten Punktabstand zwischen benachbarten Punkten der Punktewolke.
- n:
- Anzahl der Punkte
- x, y, z:
- Koordinaten der Punkte
- n:
- Number of points
- x, y, z:
- Coordinates of the points
Ein Homogenitätsverstoß ergibt sich, wenn der Betrag des Abstands der jeweils relevanten Koordinate zur relevanten Koordinate seines direkt benachbarten Punktes größer als der zulässige Homogenitätsbereich ist.A homogeneity violation occurs when the amount of the distance of the respective relevant coordinate to the relevant coordinate of its directly adjacent point is greater than the permissible homogeneity range.
Relevante Koordinate für die Homogenität:
- – oben und unten: z-Koordinate
- – rechts und links: y-Koordinate
- - top and bottom: z-coordinate
- - right and left: y-coordinate
Erste Messeversuche haben gezeigt, dass der Homogenitätsbereich
- – oben und unten: 10% des gemittelten Punktabstandes
- – rechts und links: 40% des gemittelten Punktabstandes
- - above and below: 10% of the average point distance
- - right and left: 40% of the average point distance
Für den unteren und oberen Sichtfeldrand wurde eine zulässige prozentuale Abweichung von 10% festgelegt, da hier sehr viele Bauteile und deren Designkonturlinien aufeinander treffen und erste subjektive Analysen mittels RAMSIS Sichtanalyse eine für die Entwickler akzeptable Abweichung von 2 mm auf 20 mm Rasterabstand ergeben haben. Für den Homogenitätsbereich nach rechts und links haben diese Analysen eine zulässige Abweichung von 40% ergeben, da die seitlichen Bauteile durch ihren Neigungswinkel im Fahrzeug auf der Referenzkugel einen sich nach oben öffnenden Trichter abbilden. Dadurch weicht auch die Differenz der y-Koordinaten stärker voneinander ab, als es dies im unteren/oberen Bereich der Fall ist.For the lower and upper field of view edge a permissible percentage deviation of 10% was determined, since here many components and their design contour lines meet and first subjective analysis by means of RAMSIS visual analysis resulted in a developer acceptable deviation from 2 mm to 20 mm grid spacing. For the range of homogeneity to the right and left, these analyzes gave a permissible deviation of 40%, since the lateral components reflect an upwardly opening funnel due to their inclination angle in the vehicle on the reference sphere. As a result, the difference of the y-coordinates deviates more from each other than it is in the lower / upper range of the case.
Um die prozentuale Abweichung genauer definieren zu können, wäre eine subjektive Probandenbefragung sowie Betrachtung vieler verschiedener Fahrzeuge notwendig.In order to be able to define the percentage deviation more accurately, a subjective test subject survey and consideration of many different vehicles would be necessary.
Damit sind durch die Erfindung verschiedene Aspekte des Sichtfeldes bzw. der auf der Referenzkugel erzeugten Sichtfläche einer quantitiven Erfassung zugänglich. Für die einzelnen Aspekte kann dann auch das Optimierungspotential beim Übergang von einer CAD-Fahrzeugkonstruktion auf die andere CAD-Fahrzeugkonstruktion als Optimierungsprozentsatz angegeben werden.Thus, various aspects of the field of view or the visible surface generated on the reference sphere of a quantitative detection are accessible by the invention. For the individual aspects, the optimization potential for the transition from one CAD vehicle design to the other CAD vehicle design can then also be specified as an optimization percentage.
Die Aspekte des Sichtfeldes sind insbesondere:
- – Die Größe des Flächeninhaltes
- – Die Ausprägung des Sichtfeldes nach oben und unten
- – Die Ausprägung des Sichtfeldes nach links und rechts
- – Die Homogenität der Sichtfeldränder
- - The size of the area
- - The expression of the field of view up and down
- - The expression of the field of view to the left and right
- - The homogeneity of the visual field edges
Die Berechnungen können mit gängigen EDV Programmen durchgeführt werden. Insbesondere kann das Tabellenkalkulationsprogramm Microsoft Excel eingesetzt werden.The calculations can be carried out with common EDP programs. In particular, the spreadsheet program Microsoft Excel can be used.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- DIN 33402 [0012] DIN 33402 [0012]
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