本發(fā)明涉及汽車人機工程學測試領(lǐng)域，具體涉及一種汽車人機工程學視野校核系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

汽車人機工程學中的視野設(shè)計是一項非常重要的內(nèi)容，是汽車主動安全的主要影響因素；為此，保證汽車駕駛員的視野需求，如對外界信號和指示牌、道路邊界、通過車輛和道路行人的識別和信息獲取，是汽車視野設(shè)計的任務(wù)。

例如汽車前風擋玻璃的尺寸會對駕駛員的前向視野形成影響，a柱會造成駕駛員前向視野中一定角度的盲區(qū)，為了安全駕駛，這些因素都有相應(yīng)的標準和規(guī)范；目前汽車視野的設(shè)計方式分為兩種，一種是傳統(tǒng)的作圖法，其基本原理是將汽車側(cè)視圖、前視圖、后視圖繪制出來，然后在汽車側(cè)視圖中相應(yīng)位置定位眼橢圓的位置，最后利用作圖法計算出眼橢圓的視野區(qū)域范圍，但是該方法過程繁瑣，且人工作圖校核的精度低，容易產(chǎn)生錯誤；

另一種設(shè)計方式是將繪制好的汽車三維模型放入人機工程校核軟件中，由軟件自動生成視野，但是該方式對于后視鏡進行視野范圍校核時，只能選擇后視鏡位于某一個角度進行靜態(tài)校核，而實際中使用的外后視鏡和內(nèi)后視鏡的位置和旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)，這就造成了一定程度的誤差，校核結(jié)果不準確；且汽車三維模型的繪制非常復(fù)雜，而進行視野校核時實際上不需要汽車整體的模型，只需要對視野造成遮擋的局部零件的造型即可，這又要求在導(dǎo)入人機工程校核軟件前，需要預(yù)先汽車的三維模型進行簡化，進一步增加了校核的工作量；

上述兩種方法在計算時都會與實際情況產(chǎn)生一些偏差，而在設(shè)計或校核階段設(shè)計人員很難發(fā)現(xiàn)問題，也沒有辦法對校核情況進行有效的測試；因此往往在汽車視野設(shè)計工作完成后，還需要由測試人員坐入車中進行相應(yīng)的測試，如對后擋風玻璃在正視圖中上、下邊界線是否符合要求，需要測試人員坐入車內(nèi)，然后通過車內(nèi)后視鏡觀察車后方物體，再由測試人員做出判斷，這樣的后續(xù)人工校核過程步驟繁瑣，且為了保持結(jié)果正確，每個步驟精度要求很高，進一步增加了人工校核的難度；人眼在觀察時還容易受到現(xiàn)場環(huán)境的影響，如光照亮度、標定物等因素，導(dǎo)致人工校核的結(jié)果也不理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種校核精度高、后續(xù)人工校核工作量小、人工校核準確的汽車人機工程學視野校核系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種汽車人機工程學視野校核系統(tǒng)，所述的校核系統(tǒng)包括待測汽車，待測汽車內(nèi)的駕駛員座椅上設(shè)置固定支架，固定支架上設(shè)置可沿汽車縱向、橫向、垂向方向移動的多軸機械手，機械手上端的端部安裝水平設(shè)置的夾爪；

所述夾爪可繞經(jīng)過自身的中心點的豎直軸線旋轉(zhuǎn)，夾爪的外端設(shè)置兩個相互平行的、水平放置的模擬光源，模擬光源是與人眼尺寸一致的橢圓形球殼，模擬光源的中心點處設(shè)置發(fā)光體，模擬光源的殼體面向汽車前方的一部分是由透明材料制作而成的透光區(qū)，其余殼體部分由遮光材料制作而；所述模擬光源的上表面、下表面上分別設(shè)置車內(nèi)第一激光掃描儀、車內(nèi)第二激光掃描儀；

所述待測汽車周圍設(shè)置光線接收裝置，光線接收裝置包括分別位于待測汽車前方、側(cè)方、后方的前向光電接收板、側(cè)向光電接收板、后向光電接收板，所述的光線接收裝置中相應(yīng)位置設(shè)置多個車外第一激光掃描儀；所述待測汽車的正上方設(shè)置可沿汽車縱向方向移動的車外第二激光掃描儀；所述車內(nèi)第一激光掃描儀、車內(nèi)第二激光掃描儀、車外第一激光掃描儀、車外第二激光掃描儀共同構(gòu)成激光掃描裝置；

所述多軸機械手、模擬光源、激光掃描裝置、光線接收裝置分別與控制器通過有線或無線方式通信連接；所述控制器內(nèi)設(shè)置三維建模軟件，以及將三維模型轉(zhuǎn)為vr模型的中間軟件，所述控制器內(nèi)還存儲有第95百分的人體眼橢圓三維模型；

所述控制器還與人工校核設(shè)備通信連接，所述人工校核設(shè)備包括一個可由控制器控制其靠背傾角的測試座椅，測試座椅的尺寸與待測汽車的駕駛員座椅尺寸一致；測試座椅附近設(shè)置的攝像頭與vr眼鏡通信，使攝像頭可以拍攝vr眼鏡相對于測試座椅的位置。

優(yōu)選的，兩個模擬光源中心點之間的距離為65mm，兩個模擬光源連線中點至夾爪的旋轉(zhuǎn)中心點的水平距離為99mm。

優(yōu)選的，所述透光區(qū)的范圍是以模擬光源中心點為原點且經(jīng)過模擬光源中心點，分別向前上方、前下方傾斜45°的第一斜面與模擬光源表面的交線構(gòu)成的上、下邊界；以模擬光源中心點為原點且經(jīng)過模擬光源中心點，分別向左前方、右前方傾斜60°的第二斜面與模擬光源的表面的交線構(gòu)成左、右邊界，所述上、下邊界與左、右邊界相連形成的四邊形區(qū)域即為透光區(qū)；所述第一斜面與汽車縱向中心所在的豎直面垂直，所述第二斜面與水平面垂直。

本發(fā)明具有以下有益效果：激光掃描裝置掃描待測汽車，三維模型繪制過程快捷方便，且只繪制與視野校核有關(guān)的模型參數(shù)，分析速度快；光線接收裝置配合模擬光源、多軸機械手可以自動完成視野校核的全部內(nèi)容，校核精度高，準確性好，且可以方便用于不同種類的汽車；測試人員是在vr空間中直接觀察相應(yīng)的vr模型，因此觀察效果良好，且vr空間內(nèi)可以自由設(shè)計環(huán)境因素，如光照條件等，對于標定物的擺放位置也可以具有很高的精度，大大提高了人工校核步驟的測試精度和準確定；人工校核的結(jié)果可以直接反饋給控制器，由校核系統(tǒng)完成修正工作，減少了后續(xù)人工校核工作量。

附圖說明

圖1為校核系統(tǒng)正視圖；

圖2為校核系統(tǒng)俯視圖；

圖3為夾爪與模擬光源連接俯視圖；

圖4為模擬光源俯視圖向右旋轉(zhuǎn)90°后的示意圖以及模擬光源左視圖；

圖5為人工校核設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為校核系統(tǒng)電路原理圖；

圖7為利用校核系統(tǒng)進行校核的工作流程圖；

圖8為一種優(yōu)選方式的校核工作流程圖。

具體實施方式

如圖1-圖8所示的一種汽車人機工程學視野校核的方法，包括待測汽車，待測汽車內(nèi)的駕駛員座椅上設(shè)置固定支架，固定支架可以是底部帶有卡子，卡子與座椅表面卡緊，固定支架也可以是多根鋼管搭接而成，鋼管底部通過螺栓直接與座椅底部的滑軌連接；固定支架上設(shè)置可沿汽車縱向、橫向、垂向方向移動的多軸機械手11，一般可以采用五軸或六軸機械手，也可以在一個滑軌上設(shè)置四軸機械手；機械手11上端的端部安裝水平設(shè)置的夾爪13；

所述夾爪13可繞經(jīng)過自身的中心點的豎直軸線旋轉(zhuǎn)，夾爪13的外端設(shè)置兩個相互平行的、水平放置的模擬光源12，為了有效保證夾爪13的旋轉(zhuǎn)中心點模擬人體頭部轉(zhuǎn)動點，模擬光源12模擬人眼，且模擬準確，兩個模擬光源12中心點之間的距離為65mm，兩個模擬光源12連線中點至夾爪13的旋轉(zhuǎn)中心點的水平距離為99mm。

所述模擬光源12是與人眼尺寸一致的橢圓形球殼，模擬光源12的中心點處設(shè)置發(fā)光體14，模擬光源12的殼體面向汽車前方的一部分是由透明材料制作而成的透光區(qū)15，可以是玻璃或透明塑料材料，其余殼體部分由遮光材料制作而，可以是塑料材料或金屬材料；

所述透光區(qū)15的范圍是以模擬光源中心點為原點且經(jīng)過模擬光源12中心點，分別向前上方、前下方傾斜45°的第一斜面與模擬光源12表面的交線構(gòu)成的上、下邊界；以模擬光源12中心點為原點且經(jīng)過模擬光源中心點，分別向左前方、右前方傾斜60°的第二斜面與模擬光源12的表面的交線構(gòu)成左、右邊界，所述上、下邊界與左、右邊界相連形成的四邊形區(qū)域即為透光區(qū)15；所述第一斜面與汽車縱向中心所在的豎直面垂直，所述第二斜面與水平面垂直；所述模擬光源12的上表面、下表面上分別設(shè)置車內(nèi)第一激光掃描儀51、車內(nèi)第二激光掃描儀52；

所述待測汽車周圍設(shè)置光線接收裝置30，光線接收裝置30包括分別位于待測汽車前方、側(cè)方、后方的前向光電接收板31、側(cè)向光電接收板32、后向光電接收板33，所述的光線接收裝置30中相應(yīng)位置設(shè)置多個車外第一激光掃描儀53；所述待測汽車的正上方設(shè)置可沿汽車縱向方向移動的車外第二激光掃描儀54；所述車內(nèi)第一激光掃描儀51、車內(nèi)第二激光掃描儀52、車外第一激光掃描儀53、車外第二激光掃描儀54共同構(gòu)成激光掃描裝置50；

所述多軸機械手11、模擬光源12、激光掃描裝置50、光線接收裝置30分別與控制器5通過有線或無線方式通信連接；所述控制器5內(nèi)設(shè)置三維建模軟件，以及將三維模型轉(zhuǎn)為vr模型的中間軟件，所述控制器5內(nèi)還存儲有第95百分的人體眼橢圓三維模型；

所述控制器5還與人工校核設(shè)備60通信連接，所述人工校核設(shè)備60包括一個可由控制器5控制其靠背傾角的測試座椅62，測試座椅62的靠背可以由一個電動機或液壓活塞缸調(diào)節(jié)，控制器5與電動機或液壓活塞缸的油泵通信連接；測試座椅62的尺寸與待測汽車的駕駛員座椅尺寸一致；測試座椅62附近設(shè)置的攝像頭63與vr眼鏡61通信，使攝像頭63可以拍攝vr眼鏡61相對于測試座椅62的位置。

所述汽車人機工程學視野校核的方法包括以下步驟：汽車參數(shù)設(shè)置、視野校核、人工校核；

所述的汽車參數(shù)設(shè)置步驟為：控制器5在三維建模軟件中以地面為水平面，以汽車左、右前輪中心連線所在的豎直面為橫向面，以汽車縱向中心對稱面為縱向面建立基準坐標系；將多軸機械手11固定在駕駛員座椅上，將駕駛員座椅調(diào)整到最后，然后調(diào)整多軸機械手11，使夾爪13位于特定位置；車內(nèi)第一激光掃描儀51、車內(nèi)第二激光掃描儀52掃描駕駛員座椅靠背的傾角，控制器5控制人工校核設(shè)備60，使測試座椅62的傾角與駕駛員座椅靠背的傾角一致；然后順次進行以下步驟：

a.車外第一激光掃描儀53、車外第二激光掃描儀54配合掃描出汽車a柱、b柱、前擋風玻璃、車門玻璃、后擋風玻璃的外側(cè)輪廓參數(shù)及位置參數(shù)，以及車外后視鏡21的鏡面尺寸參數(shù)及位置參數(shù)；

所述控制器5分別提取夾爪13繞自身旋轉(zhuǎn)中心點的位置、模擬光源12中心點的位置，并標記在三維建模軟件中，然后在三維軟件中將第95百分的人體眼橢圓三維模型的中心點與模擬光源12中心點重合，再將人體眼橢圓三維模型的表面離散成多個移動點位，以夾爪13繞自身旋轉(zhuǎn)的中心點為旋轉(zhuǎn)點，將夾爪13繞旋轉(zhuǎn)點、面向汽車前方相對于縱向面左、右分別旋轉(zhuǎn)90°的角度范圍離散成多個旋轉(zhuǎn)角點，然后將多個移動點位的坐標參數(shù)，以及多個旋轉(zhuǎn)角點的角度參數(shù)發(fā)送給多軸機械手11并控制其運動，使模擬光源12的中心點第一次經(jīng)過全部移動點位；經(jīng)過每個移動點位時，夾爪13繞旋轉(zhuǎn)點向左、右方向各90°范圍內(nèi)分別轉(zhuǎn)過全部旋轉(zhuǎn)角點后，模擬光源12再移動至下一個移動點位；所述模擬光源12移動過程中夾爪13始終保持水平狀態(tài)；夾爪13位于每一個旋轉(zhuǎn)角點時，模擬光源12上設(shè)置的車內(nèi)第一激光掃描儀51、車內(nèi)第二激光掃描儀52實時掃描車內(nèi)的a柱、b柱、前擋風玻璃、車門玻璃、后擋風玻璃的內(nèi)側(cè)輪廓參數(shù)及位置參數(shù)，以及車內(nèi)后視鏡22的鏡面尺寸參數(shù)及位置參數(shù)；

b.控制器5將步驟a中激光掃描裝置50掃描的參數(shù)導(dǎo)入三維建模軟件中，分別建立汽車a柱、b柱、前擋風玻璃、車門玻璃、后擋風玻璃的三維模型及各自的位置參數(shù)，以及車外后視鏡21、車內(nèi)后視鏡22的三維模型及各自位置參數(shù)，形成視野校核用三維模型，然后將視野校核用三維模型通過中間軟件轉(zhuǎn)換成vr三維模型；

所述的視野校核步驟包括順次進行的以下步驟：

c.模擬光源12的中心點第二次經(jīng)過全部移動點位；

d.所述步驟c中，模擬光源12在每個移動點位時，夾爪13繞旋轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)過全部旋轉(zhuǎn)角點后，模擬光源12再移動至下一個移動點位；

e.所述d步驟中，光線接收裝置30接收模擬光源2位于每個旋轉(zhuǎn)角點時發(fā)出的光線，并將此時光線接收裝置30受到照射的區(qū)域邊界參數(shù)發(fā)送給控制器5；

f.所述步驟e中，控制器5根據(jù)視野校核用三維模型、模擬光源12所在移動點位的位置、夾爪13的旋轉(zhuǎn)角點的角度參數(shù)進行判斷，如果模擬光源12照射到車外后視鏡21或車內(nèi)后視鏡22時，則進入步驟g，否則進入步驟h；

g.當模擬光源12照射到車外后鏡21時，控制器5計算模擬光源2在相應(yīng)的某個移動點位的多個旋轉(zhuǎn)角點中，所有可以照射到后向光電接收板33的區(qū)域邊界之和，并將該區(qū)域邊界之和標記為車外后鏡視區(qū)，然后將模擬光源12運動到不同移動點位形成的多個車外后鏡視區(qū)中面積最小的一個標記為第一間接視區(qū)；當模擬光源12照射到車內(nèi)后視鏡22時，控制器5計算模擬光源2在相應(yīng)的某個移動點位的多個旋轉(zhuǎn)角點中，所有可以照射到后向光電接收板33的區(qū)域邊界之和，并將該區(qū)域邊界之和標記為車內(nèi)后鏡視區(qū)，然后將模擬光源12運動到不同移動點位形成的多個車內(nèi)后鏡視區(qū)中面積最小的一個標記為第二間接視區(qū)；然后進入步驟i；

h.控制器5計算模擬光源2在相應(yīng)的某個移動點位的多個旋轉(zhuǎn)角點中，所有可以照射到前向光電接收板31的區(qū)域之和或可以照射到側(cè)向光電接收板32的區(qū)域之和分別標記為前向視區(qū)或側(cè)向視區(qū)，并將多個移動點位的前向視區(qū)中面積最小的標記為第一直接視區(qū)，將多個移動點位的側(cè)向視區(qū)中面積最小的標記為第二直接視區(qū)，第一直接視區(qū)與第二直接視區(qū)之和標記為直接視區(qū)；將模擬光源12照射到a柱時前向光電接收板31始終未接收到光線的區(qū)域記為a柱雙目盲區(qū)；將模擬光源12照射到b柱時側(cè)向光電接收板32始終未接收到光線的區(qū)域記為b柱雙目盲區(qū)；然后進入步驟i；

i.控制器5將三維軟件中的人體眼橢圓三維模型及位置參數(shù)導(dǎo)入vr軟件中形成標準眼橢圓范圍；然后進入步驟j；

所述的人工校核步驟包括順次進行的以下步驟；

j.測試人員佩戴vr眼鏡61后坐在測試座椅62上，眼睛水平目視前方，攝像頭63讀取此時vr眼鏡61位置，控制器5根據(jù)vr眼鏡61的位置計算出測試人員的人眼位置，當測試人員的人眼位置位于標準眼橢圓范圍內(nèi)時，則進入步驟k，否則提示重新調(diào)整坐姿，并重復(fù)j步驟；

k.測試人員在vr空間中眼睛前后左右移動同時水平旋轉(zhuǎn)頭部，利用vr三維模型觀察vr三維模型外側(cè)特定位置的標定物，如果可以看到標定物，則進入步驟m；如果無法看到標定物，則進入步驟n；

所述標定物是根據(jù)相關(guān)的視野校核法規(guī)中，對直接視野、間接視野的要求，從而在vr空間中相應(yīng)位置設(shè)置的標定物，例如對汽車內(nèi)后視鏡要求垂直方向視角能看到最后h點后方60m處的交通情況，則在vr空間中，利用測試人員的人眼位置根據(jù)相關(guān)公式推算出最后h點位置，并在最后h點后方60m處設(shè)置虛擬指示燈，測試人員在vr空間中利用車內(nèi)后視鏡22的vr模型觀察是否能看到該虛擬指示燈，能看到則表示車內(nèi)后視鏡22的設(shè)計符合要求；由于測試人員是在vr空間中直接觀察相應(yīng)的vr模型，因此觀察效果良好，且vr空間內(nèi)可以自由設(shè)計環(huán)境因素，如光照條件等，對于標定物的擺放位置也可以具有很高的精度，大大提高了人工校核步驟的測試精度和準確定。

m.測試結(jié)束；

n.所述控制器5將此時測試人員的人眼位置添加到多個移動點位中，然后重新進行步驟c至步驟k。

更好的實施方式是：所述的步驟k中，若測試人員在觀察時其人眼位置超過標準眼橢圓范圍，則提示人眼范圍超出，重新進行步驟k。

由于車外后視鏡21、車內(nèi)后視鏡22在使用過程中可以左右、上下調(diào)整，為了提高第一間接視區(qū)、第二間接視區(qū)的校核準確性，更好的實施方式是：所述步驟g中，夾爪13旋轉(zhuǎn)至某個旋轉(zhuǎn)角點時，車外后視鏡21向左右、上下分別運動至極限位置，或車內(nèi)后視鏡22向左右、上下分別旋轉(zhuǎn)至極限位置，然后夾爪13再旋轉(zhuǎn)至下一個旋轉(zhuǎn)角點。

由于觀察標定物只能判斷車內(nèi)后視鏡22或a柱設(shè)計是否符合規(guī)范，但無法判斷出相應(yīng)的設(shè)計的優(yōu)劣程度，因此對于較為熟練的測試人員來說，更好的實施方式是：所述步驟i中，控制器5將步驟g中得到的第一間接視區(qū)、第二間接視區(qū)的邊界線標記在vr三維模型中，將步驟h中得到的直接視區(qū)的邊界線，以及a柱雙目盲區(qū)、b柱雙目盲區(qū)的邊界線標記在vr三維模型中，形成標準邊界線；

所述步驟k中，測試人員利用vr手柄或控制器在vr三維模型中分別劃出直接視區(qū)、a柱雙目盲區(qū)、b柱雙目盲區(qū)、第一間接視區(qū)、第二間接視區(qū)的虛擬邊界線；控制器5將這些虛擬邊界線與已存儲的標準邊界線進行對比，如果虛擬邊界線位于標準邊界線之外，則進入步驟m；如果虛擬邊界線位于標準邊界線內(nèi)一定范圍，則進入步驟n。

同時控制器5還可以比較虛擬邊界線與標準邊界線之間的靠近程度，從而比較多個不同類型的待測汽車之間的視野優(yōu)劣。