典型车辆驾驶盲区的消除和验证

刘军

哈尔滨职业技术学院黑龙江哈尔滨150081

前言：

本文为为哈尔滨市科技局“青年后备人才”项目《汽车驾驶视野扩展技术研究》（项目编号RC2015QN013011）阶段性成果

摘要：

由于行车过程中经常需要兼顾车辆前方、左右两侧、车辆后方等车辆周围约300°的范围，才能在各种行驶状态下保证行车安全。而驾驶员频繁转动头部，又会分散驾驶员的注意力。而驾驶员不转动头部的视野范围约为120°。因此在车辆的前方，驾驶员视角范围内增设驾驶视野扩展设备就具有重要意义。增加设备的前提为先确定车辆在行驶过程中的驾驶盲区范围。本文在现有的盲区测量基础上进一步研究获得了一种测量方法。并针对具体车辆对其进行了应用和验证。

关键词：驾驶视野盲区；反求工程；交通安全

以反求工程步骤为指导思想使用三坐标测量仪，获取车辆外形点参数，以国家标准中关于后视镜角度、宽度、眼点位置等相关数据和盲区测试方法为依据在solidworks软件中建立车辆外形和车辆内外后视镜的驾驶视野空间的数据模型。

根据在软件中建立的驾驶视野空间数据模型，分析和讨论在车辆不同的行进状态中各部分驾驶视野盲区的重要程度。

根据测量结果提出消除盲区的技术方案，针对本文通过三维数据模型研究获得的驾驶视野盲区参数进行消除。选取松花江路宝2011款为样车，进行数据模型创建，进而进行驾驶视野盲区的消除和验证。

一、驾驶视野盲区排除的依据

建模的方法和步骤如下：

1.坐标系的选取。依据ISO4130-1978《道路车辆三维参考系统和基准符号定义》和SAEJ182-2005《汽车基准符号和三维参考系统》确定坐标系。如图1

图1坐标系建立示意图

在中，使X为汽车的长度方向，Y为宽度方向，Z为高度方向。

Z方向坐标零线——有车架的车，一般取沿车架纵梁上缘上表面平直且较长一段所在平面作为高度方向坐标的零平面；无车架的车辆可沿车身地板下表面平直且较长一段所在平面作为高度方向坐标的零平面。当车身无较长直线段（多为曲线时），取前轮理论中心线的水平线。零平面上方为正，零平面下方为负。

X方向坐标零线——将通过汽车前轮理论中心线并垂直于高度方向零平面的平面作为长度方向坐标的零平面。零平面前方为负，零平面后方为正。

Y方向坐标零线——把汽车的纵向对称中心平面作为宽度方向坐标的零平面。零平面左侧为正，零平面右侧为负。

2.通过三坐标测量仪的获得车辆在不同水平界面上沿车身外轮廓x轴方向选取15个点，y轴方向选取10个点，按照50mm长度在z轴上升高获得不同层的数据直到车辆顶部。输入完成车辆外部轮廓的曲面的建立。

3.驾驶员眼点确定

根据总体布置的要求所确定的驾驶员设计乘坐位置中心，作一平行于汽车纵向基准面的平面。从该平面内的驾驶员R点垂直向上635mm，作垂直于该平面的一条直线段。在直线段与该平面交点的两侧各32.5mm处(总距离65mm)作两个点，这两点即为驾驶员的眼点。

4.在装配变曲率后视镜时通过将使用点阵最小二乘法拟合的后视镜镜面进行构造和装配。通过实体的移动和旋转完成与三维直角坐标的矩阵变换的等效动作。

5.过放样和延伸命令形成椎体与地面或屏幕相交确定驾驶视野范围。

6.通过眼点向变曲率后视镜做连线，确定视线的入射点，再通过入射点做后视镜曲面的法线，通过镜像命令构造反射光线。再将反射光线延长到投影屏幕中。形成视野范围上的一点。

7.通过在后视镜轮廓线选取20样本点，按照上一步骤做法，在投影区域内形成20点，再通平面上样条曲线连接个点，完成投影区域轮廓。当样本数量逐渐增大时，投影区域内个点连线形成的面接近真实投影面积。再通过曲面工具里的平面工具和测量命令可直接获得投影面积具体数值。

8.通过眼点与车辆挡风玻璃和侧车窗进行放样曲面操作，直接获得驾驶员视野区域。

二、设备选取和安装位置的确定

1.摄像头的选取

（1）摄像头工作原理

景物通过镜头（LENS）生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D（模数转换）转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片（DSP）中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了，如图2。

图2摄像头成像角度

（2）摄像头参数选取

针对车辆左右两侧盲区范围选取合适的参数。镜头焦距选取4毫米焦距1/3"CCD成像单元，成像视角范围为69.9°

根据第对车辆不同行驶状态的分析可知，车辆在不同的行驶状态下，重点盲区范围不同。另外，根据对各种设备的比较和分析得到的结论可选取倒车影像系统。通过摄像头形成的空间视野范围所形成的圆锥型区域围覆盖车辆前方、后方和两侧的盲区，摄像头布置的位置为汽车后视镜下方，如图3所示。

图3车辆侧后方视野盲区

按照不同的盲区共需要选取4处摄像头布置位置。即车头、尾部和两侧后视镜下方。两侧后视镜下方角度的选取经使用数字三维模型校核确定为获得了最佳的摄像头布置角度为左侧α=1．7，=3.31，γ=2.17，右侧α=0.29，=0.17，γ=.087。另外，在车辆的不同行驶状态下，按照不同的重点方向，切换不同的驾驶视野扩展画面。

2.硬件组成兼容性讨论

系统硬件组成主要包括视频分割器、画面显示系统、车载摄像头、辅助配件和线束等几部分。

视频分割器：采用图像压缩和数字化处理的方法，把几个画面按同样的比例压缩在一个监视器的屏幕上。有的还带有内置顺序切换器的功能，此功能可将各摄像机输入的全屏画面按顺序和间隔时间轮流输出显示在监视器上，并可用录像机按上述的顺序和时间间隔记录下来。其间隔时间一般是可调的。可多画面传输和切换，受到车辆安装空间限制，可分为单画面、双画面等。画面控制的触发开关分别为：变速箱倒档开关、左、右转向开关。

画面显示系统：为盲区扩展系统画面输出设备。一般可用800*400高清显示器。也可借用常见的卫星导航系统显示界面、车载DVD显示界面。

车载摄像头：用于安置在车辆盲区范围内，扩大视野范围。对车载摄像头常规要求为体积小、方向便于调节、防水、防震。

辅助配件和线束：用于安装摄像头和画面显示系统的卡子、固定件、螺栓等。连接各设备的线束和接头。

使用设备：

主处理器：Hi3512；操作系统：嵌入式Linux系统；

操作语言：中文、英文；操作界面：图形化操作菜单；

用户安全：用户密码和管理员密码；

视频输入：4路复合输入，车载航空头接口；

视频输出：1路音、视频输出，车载航空头接口；

视频显示：支持单画面4画面显示；

视频标准：PAL制式25帧画面每秒，NTSC制式30帧画面每秒；

音频输入：4路音频输入，车载航空头；音频输出：单路输出；

电源输入：8——32伏；输出电压：5\12伏最大电流2安培；I\O接口：3.3伏以上；

全景摄像头：160度视角；视频分割器图4、图5

图4视频分割器图5视频分割遥控器

大多取电池为12伏电源车辆可直接提供电源给主处理器供电，无须再加装车载变压器或者车载电源变压器。可与绝大多数车辆兼容。

三、驾驶盲区汽车消除效果验证

如图所示，在松花江路宝2011节油派的测试效果。观察范围明显扩大，消除了车辆侧后方的盲区。图6、7为车辆右侧侧视野扩展效果对比情况。由于摄像头录入图像为实际方向而右后视镜产生的是镜面对称图像，所以两画面反向。从图中可见黑色线框内部分为未加装前视野区域，车辆右侧后视镜视野范围约为25.58°，加装摄像头后可观察范围扩大到80°。基本消除车辆右侧后方向驾驶盲区。

图6车辆右侧后视镜视野范围图7车辆右侧后视镜扩展范围

图8、9为左侧后视镜观察范围，水平角度范围经测量约为40.5°加装摄像头后视野范围扩大到62°左右。盲区消除效果良好。

图8车辆左侧后视镜视野范围9车辆左侧后视镜扩展范围

图10车辆车尾部监视器位置图11车辆尾部输出画面

如图10、11尾部摄像头布置在车辆后备箱扳手旁。车辆尾部驾驶视野盲区基本消除。

结束语：

总而言之，经过对以上对典型车辆驾驶盲区的消除及验证，利用其解决很多棘手的问题，进而保证驾驶员在驾驶机动车过程中的安全性。

参考文献

[1]赵云,唐如亚,陈华杰.后视镜布置与视野安全性分析[J].机电技术,2012,28(5):90-109

[2]GB15084-2006,机动车辆后视镜的性能和安装要求[S].

[3]黄天泽，黄金陵．汽车车身结构与设计［M］．北京：机械工业出版社，2006．