SAEJ941眼椭圆中文翻译版.docx
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SAEJ941眼椭圆中文翻译版
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SAEJ941眼椭圆中文翻译版
（also,ISO/TC159/SC4（USA1）6）,SAEDriverVisionCommittee,Troy,MI
3.名词解释
3.1eyellipse——是眼睛eye和椭圆ellipse两个词的缩写式，是用来描述眼睛在空间上相对车辆内部参考点位置的一种统计表示法。
见图1.
3.2眼睛中点——是左、右眼点的中点，或者是驾驶员中心线与左、右眼椭圆的中心连线的交点。
3.3切面——眼椭圆上的切面
说明：
当以一个指定的角度投射或者投射到一个指定的目标时，切面一般认为是一个视野平面。
在二维视图中，视野平面被认为是一条视野线。
见附录D中的图D1。
3.4切线眼椭圆——如果用很多面来划分眼睛的位置，这些面所包络出来的边界就构成了一个三维的眼椭圆，有P%的眼睛位置点落在面的一边，则在另一边就有（100-P）%的眼睛位置点。
见附录D.
3.5P点——描述驾驶员平面观察物体时眼睛高度上头部中心点的不同位置。
见图2.
3.6P1、P2点——定位眼睛的位置，用于测量车辆左右两侧的A柱双目障碍。
见图2.
3.7P3、P4点——定位眼睛的位置，用于测量驾驶员左右两侧的后视野范围。
见图2.
3.8E点——表征驾驶员眼睛的中点。
一般和P点一起用来描述每种特定的视野。
3.9inclusive眼椭圆——在其边界内部包括了一定比例的驾驶员眼睛位置点。
图2相对于95%眼椭圆（座椅行程大于133mm）中眼点的P点位置
图3P点及眼点
3.10SAEJ826和SAEJ1100中的尺寸及定义
a.H点
b.座椅参考点，R点
c.踏板参考点（PRP）
d.踵点（AHP）
e.H点可变范围
f.A19——座椅上升行程
g.H30——座椅高度
h.L6——踏板参考点到方向盘中点的距离
i.A类和B类车辆
4.男女等比例（50/50）混合后的美国人群，可调座椅时的95%和99%眼椭圆——此类眼椭圆的使用人群见下表一。
50/50等比例混合的人群的眼椭圆用来设计A类车辆。
表一参考人体测量学
性别
平均身高mm
身高可变化值
男
1755
74.2
女
1618
68.7
按50/50男女等比例，95%和99%的眼椭圆是按照4.1，4.2.1中所给出的数据表及等式来建立的。
这些眼椭圆用于对驾驶员和前排外侧乘客的座椅进行定位。
4.1轴长——轴长数据见表2及图4。
表一左右眼椭圆的轴长（正视图）
座椅调节行程
百分比
X轴长
Y轴长
Z轴长
>133
95
206.4
60.3
93.4
99
287.1
85.3
132.1
1-133
95
173.8
（1）
60.3
93.4
99
242.1
（1）
85.3
132.1
1.座椅调节行程在100—133之间，眼椭圆的X轴长保留先前SAEJ941标准中的数值。
对于这个比较短的座椅行程，没有去收集新的眼睛位置数据。
4.2轴的角度—眼椭圆轴线在俯视图（Z平面）和后视图（X平面）中与车辆轴线平行，但在侧视图（Y平面）中前端是向下倾斜的。
4.2.1侧视图中椭圆轴线角度，β—在侧视图里眼椭圆的角度为
β=12.0等式1
式中：
β是一个角度（正值，在前部向下倾斜，并与水平线向下成12°角）
-
图4可调座椅眼椭圆的三视图
4.3椭圆中心位置——等式2，3，4是用来计算眼椭圆中心位置的。
见图5。
Xc=L1+664+0.587（L6）-0.176（H30）-12.5t（等式2）
Ycl=W20-32.5（等式3）
Ycr=W20+32.5（等式4）
Zc=H8+638+H30（等式5）
式中：
L1是加速踏板参考点的X坐标
L6是方向盘中心点到加速踏板参考点在X方向上的距离
H30是R点至踵点在z方向上的距离。
t是可变值。
（有离合器踏板时取1，没有离合器踏板时取0）
W20是R点的y坐标值
H8是踵点的z坐标值。
L1~~H8=（-607,452,369.4,1,-525,75.6）—Xc~~Zc（244.8,
-557.5,-492.5,1083）
对于垂直方向可调的座椅，在可调的中间范围内，等式2和等式5会因为H30而有所调整。
如果汽车商所定义的R点不在这个中间高度，眼椭圆垂直位置的精确度将会降低。
4.3.1左右眼点及中眼点位置——左眼点Ycl和右眼点Ycr的距离为65mm。
中眼点Ycycl,在W20处的驾驶员的中心线上。
图5眼椭圆定位所需参数，侧视图轴的角度，及质心的定位参数
5.A类车辆眼椭圆定位步骤
5.1确定座椅相关参数A19,W20,H30
5.2确定H8和L6
5.3根据生产车辆中含有离合器踏板车辆的百分比确定t值，如果50%或者更多的车辆使用离合器踏板，则t取1，否则取0。
5.4根据表2所给定的轴长绘制左右眼椭圆，根据等式2，3，4确定椭圆的中心位置。
5.5根据等式1确定侧视图上眼椭圆X轴的前端的倾角。
6.P点和E点的定位步骤（A类车辆）—定义这些点是为了简化在俯视图中涉及到头部及眼部运动的特殊视野要求时的眼椭圆的应用。
（见SAEJ1050），P点表征了在俯视图中头部运动的中心位置，因此，左右眼点（E点）能够根据特殊的视野要求重新定位。
这些都是在男女等比例混合时95%眼椭圆中定义的P点。
为了确定P点，需要建立到前方目标（A柱或外部后视镜）的切线。
每一个P点都会使左右眼点能够更可能的接近95%眼椭圆三维模型表面上的切点。
P点在99%的眼椭圆中未变。
6.1P点——这些点相对中眼点的位置用表3中的值来确定。
见图2
表3P点到95%眼椭圆的中眼点距离
座椅可调行程
P点
X
Y（左舵）
Y（右舵）
Z
＞133mm
P1
0
-7.3
+7.3
-20.5
＞133mm
P2
26.2
+20.6
-20.6
-20.5
＞133mm
P3
191.0
-11.2
+11.2
+22.5
＞133mm
P4
191.0
+11.2
-11.2
+22.5
＜133mm
P1
16.3
-7.3
+7.3
-20.5
＜133mm
P2
39.2
+20.6
-20.6
-20.5
＜133mm
P3
175.0
-11.2
+11.2
+22.5
＜133mm
P4
175.0
+11.2
-11.2
+22.5
说明：
+x表示在中心后面，+y表示在中心右面，+z表示在中心上面。
6.1.1表3中的x,y,z值加到等式2，3，4中去能够得到P点在整车上的坐标值。
6.2E点——E点相对于P点的位置见图3及下面的等式：
Ex=Px-98等式6
El=Py-32.5等式7
Er=Py+32.5等式8
Ez=Pz等式9
其中：
Px,Py,Pz是指P点的x,y,z的坐标值，
Ex,Ez是指左右眼点的x,z坐标，
El,Er分别为左右眼点的y坐标。
附录A
身高和性别按任何比例混合后的人群，可调座椅时的眼椭圆
在此附录里面，因为潜在的人员身高分类不同，性别混合不同，或者所需的眼椭圆包络线不同，所以介绍了不同于表1中所列驾驶人群的眼椭圆的构建步骤，。
使用者（一般包含25%到75%女性）适用此附录里面所提供的等式。
对于女性中高个儿和矮个儿的驾驶者而言，此眼椭圆在侧视图中轴线的角度及椭圆中心的Z坐标是不正确的。
A.1轴的角度——在俯视图（Z平面）和后视图（X平面）上眼椭圆的轴线与车辆轴线平行，但是在侧视图中椭圆轴线向前倾斜一定的角度。
侧视图中眼椭圆的角度见等式A1.见图5.
β=18.6-（A19）等式A1
A.2椭圆中心参考位置——参考中心根据等式A2-A4确定。
这个适用于NHANESIII中定义的人群及男女等比例（50/50）混合的人群。
即平均身高为1686mm的使用者。
Xcref=L1+664+0.587（L6）-0.176（H30）-12.5t等式A2
Ycref=W20等式A3
Zcref=H8+638+H30等式A4
式中：
L1是R点的X坐标
L6是方向盘中心点到R点在X方向上的距离
W20是座椅中心线的y坐标值
H8是踵点的z坐标值。
H30是R点至踵点的距离，在z方向上量取。
t是可变值。
（有离合器踏板时取1，没有离合器踏板时取0）
如果座椅在垂直方向上可调，在可调的中间范围内，等式A2与A4中会因为H30需要调整。
如果制造商所定义的R点位置不在此中间高度，则眼椭圆的垂直位置就不准确了。
A.3轴的长度
A．3.1（X）轴长——这里的侧视图轴长就是眼椭圆的X半轴长，并不是总长。
见图A1和图A2所示。
侧视图中驾驶员眼睛的定位与他们的身高因素（0.473）有关。
例如，两个驾驶员身高相差10mm，则在侧视图上眼睛位置沿着轴线平均相差4.73mm，高者眼睛位置在后。
类似的，两个平均身高相差10mm的人，在侧视图上眼椭圆中心位置沿着轴线也平均相差了4.73mm。
计算侧视图轴长需要考虑眼睛位置的划分，一类是男性，一类是女性的。
因为男女的平均身高不同，因此他们在侧视图沿着轴线的平均位置相差也是不一样的。
M=0.473（SM-SR）
F=0.473（SF-SR）
式中：
SM=男性平均身高SR=参考身高（1686mm）
SF=女性平均身高
图A1—男、女眼椭圆中心点相对参考点在侧视图上的位置
图A2——眼椭圆X轴的端点及长度
另外，还必须考虑潜在的身高变化。
确定侧视图轴长的过程包括沿着此轴线建立眼睛的位置，然后沿着此轴线找到椭圆的上下边缘的切点。
在侧视图中眼睛位置潜在的划分是两个正态分布的叠合，即男性和女性。
为了简化边界计算，参考中心点一般被看作是坐标原点（沿着侧视图轴线）。
边界就计算与参考点偏距。
首先，确定男性和女性眼椭圆中心位置，根据等式A5和A6计算。
M=0.473（SM-SR）等式A5
F=0.473（SF-SR）等式A6
式中：
M和F是侧视图中沿着轴线，男、女眼睛的中心点相对参考中心的偏距。
SM和SF是平均男、女身高。
男、女参数分布的标准偏差用等式A7和A8来计算。
式中：
SdM和SdF是沿着侧视图中椭圆轴线，男、女眼睛位置分布的标准偏差。
σM和σF是男、女身高分布的标准偏差。
两种方法和标准偏差定义了沿着侧视图中眼椭圆X轴线的两个有重叠的正态分布（见图A2）.这些和等式A9和A10一起用来确定眼椭圆的上下边界及前后边界。
式中：
PM是男性在人口中的比例
CF是沿着侧视图轴线，相对参考中心点的眼椭圆的前方边界
CM是沿着侧视图轴线，相对参考中心点的眼椭圆的后方边界
ｑ是切线眼椭圆的百分点
φ是叠加正态分布
为了得出眼椭圆在侧视图中的上下边界，等式A9和A10必须解决CF和CM的迭代。
将等式分解，在等式括号内出现两次的是男（女）的眼睛位置（沿着侧视图轴线）分布上（下）边界。
叠加正态分布反映了分布在椭圆上下边界的下方或前方眼睛位置。
在等式A9中，假如有1.眼睛位置处于下切线下方的女性比例，2.眼睛位置位于下切线下方的男性比例，然后两个比例以男女性在驾驶人群中的相对比例组合成加权平均值。
最后一步是计算X轴的长度（它是CM与CF的差值）
X轴长=CM-CF等式A11
A.3.2Y轴和Z轴的长度——因为身高的不同不会影响到椭圆Y、Z轴的长度，所以他们的计算相对简单。
唯一变化的是切线眼椭圆的百分点。
顺着这两个轴，眼睛位置的分布是有固定偏差的正态分布。
找到轴的端点很简单，大概就是利用转化叠加正态分布来解决排除适当比例人群后的切点。
具体见等式A12和A13。
Y轴长=18.34（φ-1（q）-φ-1（`1-q））等式A12
Z轴长=28.39（φ-1（q）-φ-1（`1-q））等式A13
A.4眼椭圆最终中心位置——眼椭圆X轴前后边界值的计算都是相对于眼椭圆参考中心而言的。
边界也许不是围绕参考中心对称的，因此，最终中心位置必须根据等式A14到A16来确定。
这些等式将最终的中心定位在顺着使用者中心线，汽车侧视图轴线两切点的中点。
Xc=Xcref+（CF+CM）*cosβ/2等式A14
Yc=Ycref等式A15
Zc=Zcref+（CF+CM）*sinβ/2等式A16
A.5所选世界人口的眼椭圆——表一中给出的身高值用在此附录中的等式中来建立特殊人群的眼椭圆。
警告：
使用者通过这种方式得到的眼椭圆并未经过视野测试的核实。
表A1：
人体测量学
（1）
国家
性别
平均身高
身高标准偏差
平均座椅高度
美国
男
1755
74.2
919.5
女
1618
68.7
856.2
日本
男
1672.7
62.4
901.3
女
1544.8
61.2
838.4
荷兰
男
1806.2
80
944
女
1690
70
887
1.日本数据由丰田汽车提供。
荷兰数据由TNO提供。
A.5.1轴长——驾驶员的眼椭圆轴长，适用于男女等比例（50/50），座椅行程大于133mm的情况，见表A2.
表A2：
左右眼椭圆轴长
国家
百分比
X轴长
Y轴长
Z轴长
日本
95
195.1
60.3
93.4
99
271.5
85.3
132.1
荷兰
95
202.0
60.3
93.4
99
283.1
85.3
132.1
说明：
美国，日本，荷兰人口在X轴长度上的差距很小，所以表A2中所给出的95%和99%的眼椭圆能满足多种设计要求。
A.5.2眼椭圆中心定位——与北美，欧洲人口相比，日本人平均身高较低，所以一般的座椅位置都较高。
因为有这些差别所以需要将他们眼椭圆的中心位置进行调整。
对日本驾驶员测量可以验证确定椭圆中心位置的等式。
同样，由于北美平均身高比所参考的美国人口身高要高，所以眼睛位置也高，对这类人群也需要一个不同的确定眼椭圆中心位置的等式。
A.5.2.1在人体测量学基础上的估计———个严格按照人体测量学的方法，根据所求目标人群的平均座椅高度与美国座椅高度的比值来调整眼椭圆中心的Z坐标值（从R点开始测量）。
见如下等式：
Zcref=H8+H30+638*（目标人群平均座椅高度/美国平均座椅高度）等式A17
调整眼椭圆中心的X值（从R点开始测量）采用等式A5（考虑了目标人群及美国人口的平均身高的差异），见下面的等式：
Xcref=L1-12.5t+[664+0.587（L6）-0.176（H30）]+0.473*等式A18
（目标人群平均座椅高度-美国人口平均座椅高度）cosβ
表A3给出了椭圆中心相对美国人口眼椭圆中心的调整数值（男女等比例混合），使用了表A1和等式A17和A18的人体测量值。
表A3——眼椭圆中心位置的调整
（1）（50%的男性）
国家
X
Y
Z
日本
-36
0
-13
荷兰
28
0
20
1.说明：
正值表示在美国人群眼椭圆中心点的后上方。
附录B
美国成人按照男女等比例（50/50）混合中
95%和99%人群在固定座椅时的眼椭圆
B.1背景——没有可调的H点或靠背角的固定座椅的眼椭圆。
眼椭圆中心的位置可相对固定座椅的H点进行定位。
唯一影响固定座椅眼椭圆定位的因素是座椅靠背角，A40.座椅其他调整均认为按照厂商设计说明书上的位置定位。
这类眼椭圆的使用者列在第4部分的表一当中。
95%和99%的眼椭圆按照B.1到B.3部分的列表及等式创建。
除此比例之外的固定座椅的眼椭圆按照附录C中的步骤创建。
如果座椅有固定的靠背角，H点可调一定的范围或者座椅H点和靠背角都可调，则没有数据可用来选择或定位一个椭圆。
图B1固定座椅眼椭圆的侧视图轴线角度及椭圆中心位置
B.2轴线角度——眼椭圆在正视图和后视图中轴线与汽车轴线平行。
B.2.1侧视图中轴线的角度——与可调座椅眼椭圆不同，固定座椅最长的轴为Z轴。
Z轴沿着椭圆中心点到H点的连线（称为“H点与眼睛的连线”）向后倾斜。
Z轴的角度，取决于座椅靠背角。
见等式B1和图B1.
δ=0.719*（A40）-9.6等式B1
式中：
δ是侧视图中眼椭圆的角度（在垂直高度上相后倾斜）。
A40是座椅靠背角。
座椅靠背角的尺寸编码取决于乘客座椅的位置。
A40-2是第二排乘客座椅，A40-3是第三排座椅（在SAEJ1100中有定义）
B.3轴长——轴长见图B2和表B1
表B1：
固定座椅眼椭圆轴长
百分比
X轴长
Y轴长
Z轴长
95
99.2
104.1
119.6
99
140.4
147.3
164.3
图B2固定座椅切线眼椭圆—正视图
B.4椭圆中心位置——等式B2，B3,B4是用来计算眼椭圆中心位置的。
中眼点（Ycycl）的位置在与车辆轴线相距W20的座椅中心线上，见图B1.侧视图中椭圆中心位置根据以下等式定位。
其中L31为R点的X坐标，H70为R点的Z坐标。
Xc=L31+640sinδ等式B2
Ycycl=W20等式B3
Zc=H70+640cosδ等式B4
R点坐标编码的选择是根据乘客座椅的位置来定的，例如L31-2,W20-2,H70-2是参照第二排乘客座椅；L31-3,W20-3,H70-3是参照第三排座椅确定的。
B.4.1左右椭圆中心——左右眼椭圆中心相距65mm，各自距中眼点32.5mm
附录C
适合于所有不同身高及性别比例的固定座椅时的眼椭圆
当使用者与表一中的使用人群不同时，固定座椅时的眼椭圆计算必须按照此附录中的等式计算，因为潜在的身高有区别，性别混合也不一样。
C.1轴的角度——眼椭圆在俯视图（Z平面）和后视图（X平面）中与车辆轴线平行，但是在侧视图（Y平面）中有一定的角度。
C.1.1侧视图中眼椭圆的角度——Z轴在垂直方向上的角度，δ,取决于座椅靠背角。
见等式C1及图B1.
δ=0.719（A40）-9.6等式C1
式中：
δ是眼椭圆在侧视图中的角度（在垂直高度方向上向后倾斜），A40为后背角。
C.2轴长
C.2.1眼椭圆Z轴的长度——以下所考虑的内容是用来确定Z轴的长度的。
C.2.1.1男性和女性“H点到眼睛的连线”的距离——这些值由所选男、女的平均身高来计算。
等式C2和C3用来计算“H点到眼睛的连线”的距离。
hM=104.3+0.317SM等式C2
hF=104.3+0.317SF等式C3
式中：
SM和SF分别指男、女的平均身高
hM和Hf分别是男、女“H点到眼睛的连线”的距离。
C.2.1.2男、女“H点到眼睛的连线”的标准偏差——根据等式C4和C5来计算“H点到眼睛的连线”长度的标准偏差。
“H点到眼睛的连线”距离的平均偏差和标准偏差定义了男、女两个叠加正态分布。
这些分布是沿着固定座椅眼椭圆的Z轴，其具体阐述了驾驶员人体测量影响到固定座椅眼椭圆的定位及其在Z轴上的尺寸的情形。
式中：
sdM,sdF：
男女性，顺着眼椭圆Z轴，“H点到眼睛的连线”距离的标准偏差。
，
：
分别是男女身高的标准偏差
C.2.1.3眼椭圆Z轴的边界及其长度——步骤和附录A中创建可调座椅眼椭圆的步骤类似。
和那个步骤一样，初步的X轴的长度（在这里是Z轴）是通过分布的上下端点的极限值来确定的。
为了计算，等式C6和C7必须解决CF和CM的迭代。
1-q=PMφ（（CF-HM）/sdM）+（1-PM）φ（（CF-hF）/sdF）等式C6
q=PMφ（（CM-HM）/sdM）+（1-PM）φ（（CM-hF）/sdF）等式C7
式中：
PM是男性人口比例
CF是顺着Z轴椭圆的下边界
CM是顺着Z轴椭圆的上边界
q是切线眼椭圆的百分点
φ是叠加正态分布
眼椭圆Z轴的长度是H点到眼睛距离上下边界的差值
眼椭圆Z轴的长度=CM-CF等式C8
C.2.2眼椭圆X轴的长度——X轴（在侧视图中垂直于Z轴）的长度，取决于H到眼睛的连线相对垂直方向上的角度的变化。
侧视图中的角度，δ，是“H点到眼睛连线”角度的平均值。
“H点到眼睛连线”角度通常为标准偏差为2.7度的分布。
因此边界角度可以通过平均偏差δ、标准偏差2.7的正态分布计算出来。
在各个边界角度点处作与“H点到眼睛连线”等长的半径,终点在固定座椅眼椭圆X轴的边界上。
在图C1中，用ru和rl来描述半径，它们端点之间的长度就是X轴的长度。
这个长度非常接近端点之间弧长，其值为两半径间的弧度与半径（“H点到眼睛连线”的平均值）的乘积。
本段所描述的过程用C9算术方程式来表达。
C.2.3y轴长度――固定座椅下的眼椭圆的y轴与可调座椅眼椭圆相同。
顺着Y轴眼睛位置的分布是一个标准偏差为31.65mm的正态分布，忽略了人体测量学（Roe，1975）。
等式C10给出了眼椭圆百分点为q时y轴长的函数式。
Yt=31.65*2φ-1（q）等式C10
图C1固定座椅眼椭圆侧视图（X、Z）轴及轴线角度，δ
C.3中心点位置――固定座椅眼椭圆中心点位置是H点到眼椭圆边界连线两端点的中点。
方程式C11到C13给出了在整车坐标系下相对于R点的椭圆中心点的定位。
Xc=（CM+CF）Sinδ/2等式C11
Yc=0等式C12
Zc=（CM+CF）cosδ/2等式C13
方程式C6到C13定义了任何人体在固定座椅时的所有参数。
眼椭圆的形状，除了在后倾角度上有些小小的变化外，在所有车中是相同的（同样的人体）。
然而可调座椅时的眼椭圆定义时是相对与踏板基准点而言的，固定座椅时的眼椭圆的定义是相对于SgRP而言的。
因为H点在座椅和靠背定了的情况下是固定的。
（参照附录B）
附录D
切线眼椭圆及inclusive眼椭圆
D.1切线眼椭圆――如果用很多面来划分眼睛的位置，这些面的边界，有P%的眼睛位置点落在面的一边，则在另一边就有（100-P）%的眼睛位置点，由此引出了切线眼椭圆的定义。
根据这个定义，侧视图上95%眼椭圆里包括不到95％的眼睛所处的位置。
为了更好的描述，请看图4的眼椭圆侧视图。
如果在侧视图上一平面是一条与95%眼椭圆上边缘相切的直线，则95%的眼睛所在的位置，不管在椭圆外还是在椭圆内，都处在此切线的下方，5%的眼睛位置处在切线上方。
此外，如果一个类似的平面与95%眼椭圆下边缘相切，则95%的眼睛所处的位置，不管在椭圆外还是在椭圆内，都处在此切向的上方，5%处在下方。
图1椭圆切线的描述
举个例子，在图1中，如果把切线看作是驾驶员到前风挡上黑边下边缘的视线（或视平面）的话，则95%的驾驶员能够看到视线与水平线夹角范围内或更大角度范围内的东西，5%的人能看到此角度范围内或更小角度所处的范围（受限制）。
如果前方目标物在视线的上方，则5%的驾驶员将看不到。
如果目标物在视线上或视线下方，则至少有95%的驾驶员能够看见目标。
因为这个原因，眼椭圆被称作切线眼椭圆。
前面章节和附录里面讲到的切线眼椭圆在SAEJ1050里是用来描述驾驶员的视线的，其在汽车设计上也是最普遍和最有效的方法。
D.2inclusive
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