眼椭圆SAEJ941.docx

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眼椭圆SAEJ941

SAE

机动车辆驾驶员得眼睛位置

前言－--此被推荐实行得SAＥ标准介绍了眼椭圆——驾驶员眼睛位置得一种统计表示法,它便于对机动车辆视野进行设计与评估。

眼椭圆得应用包括后视镜尺寸与位置，雨刮及除霜面积，车柱尺寸及位置，以及一般得外部视野。

这些应用在其她ＳAE标准及ＩSO标准中有讲解。

这篇眼椭圆修订本就是SＡE　J９41自编制以来最有意义得一次修订。

新得眼椭圆与旧得眼椭圆不同之处有以下几个方面：

a.俯视图与后视图中椭圆轴线与汽车轴线平行。

b.侧视图中Ｘ轴得角度在前部向下倾斜角更大。

c.95％（9９％）得眼椭圆：

1．ｘ轴增长了7、5（18、９）ｍｍ

2．Y轴减短了４4、6（63、6）mm

3．Z轴增长了7、4（1０、1）ｍm.

d.眼椭圆中心定位在更高，更向后得位置。

e.侧视图中眼椭圆中心位置就是由一些参数（ＳgRＰ，转向轮位置,座椅坐垫角度，及有无离合器踏板）组成得函数式确定.

f.眼椭圆不再根据驾驶员座椅靠背角来确定.

g.座椅前后行程小于1３3mm时得眼椭圆x轴长度与先前SAEJ941中就是一样得。

Y轴、z轴及眼椭圆中心得位置，则就是依据本文中所给出得新得方程式来确定.

h.P点与Ｅ点得位置就是根据俯视图中到后视镜及A柱得视野线来确定，但要根据新得眼椭圆形状与位置进行调整。

新增内容及附录，总结如下：

a.美国人群按男女等比例混合后95％及９9%人群在固定座椅情况下得眼椭圆（附录B）。

b.身高与性别按任何比例混合后得人群,在可调座椅与固定座椅下得眼椭圆得绘制步骤（附录A与Ｃ）.

c.切线眼椭圆与incｌusｉvｅ眼椭圆得对比图表。

可用这些图表信息来创建incｌuｓｉve眼椭圆（附录D）

B类车辆得眼椭圆与以前得SAEＪ94１就是一样得（附录E）。

附录仅仅提供信息，并不就是本文得标准化要求。

目　录

1．范围………………………………………………………………………………3

２.参考文献…………………………………………………………………………3

3．名词解释…………………………………………………………………………4

４。

美国人群男女等比例（50/50）混合后,可调座椅时，９5%与９9%眼椭圆……………………………………………………………………………………、6

4、１眼椭圆轴长　……………………………………………………………………、6

4、２眼椭圆轴得角度………………………………………………………………、6

4、3眼椭圆中心位置…………………………………………………………………7

５、眼椭圆得确定步骤（A类车辆）…………………………………………………8

6、P点与E点位置得确定步骤（Ａ类车辆）………………………………………、8

附录A身高与性别按任何比例混合后得人群，可调座椅时得眼椭圆………、、１0

A、１椭圆轴得角度…………………………………………………………………、１０

A、２椭圆中心参考位置……………………………………………………………10

Ａ、3椭圆得轴长…………………………………………………………………、、10

A、4最终得椭圆中心位置…………………………………………………………12

A、5所选世界人口得眼椭圆………………………………………………………12

附录B男女等比例（50／50）混合后得美国人群,固定座椅下，95％与99%眼椭圆……………………………………………………………………………、15

B、1背景…………………………………………………………………………、、15

B、2椭圆轴得角度…………………………………………………………………1５

B、３椭圆得轴长……………………………………………………………………16

B、4椭圆中心位置…………………………………………………………………16

附录C身高与性别按任何比例混合后得人群，固定座椅下得眼椭圆………、18

C、1轴得角度………………………………………………………………………１8

C、2轴得长度………………………………………………………………………18

C、３椭圆中心位置…………………………………………………………………20

附录D切线眼椭圆（Tａngeｎt　ｃutoffｅｙeｌliｐsｅs）与。

。

.眼椭圆（incｌuｓｉvｅ　eyelｌｉpses）………………………………………………………………………2１

附录E　　B类车辆得眼椭圆………………………………………………………24

1、范围—此被推荐实行得SＡE标准介绍了如何在车内建立驾驶员眼睛得位置,一般用空间眼椭圆模型来表示.

本文还提供了按50/50性别比例混合后得美国人群中95％与9９%眼椭圆得创建步骤。

　　第６部分介绍了P点——用来建立在SＡEＪ１05０标准中所描述得直接与间接视野时得左右眼点.定义P点就是为了定义在第４部分中涉及到得可调座椅得眼椭圆。

本文适用于A类车辆（客车、多用途客运车、轻型卡车），在ＳAE　Ｊ1１0０中有定义。

也适用于Ｂ类车辆（重卡）,此类车辆眼椭圆与先前在ＳＡEJ9４１标准中就是一样得。

附录仅仅提供了一些信息，并不就是本文得标准化要求.

2、参考文献

２、1参考文献—-以下文献形成了本文中得一部分。

除非有其她说明，现都使用得SAE最新版本。

２.1．1ＳAE文献——AvaｉlableｆroｍSAE,　400mｏnｗealthDｒｉve，　Warrｅndale,PA15096—0００1、

SAEJ82６-—定义与测量汽车座椅及乘坐空间时使用得设备

ＳAＥＪ9４1（1997）—-机动车辆驾驶员眼睛位置

SＡＥJ1０50—-机动车辆驾驶员及乘客头部位置

SAE　J1100——机动车辆尺寸

SＡEJ１516——参考点得调节工具

SＡＥPaｐer65046４——汽车驾驶员眼睛位置,J、F、Ｍeldrum（１９6５）

SAEPaper72020０——驾驶员头部及眼睛位置，Ｄ、C、HammonｄanｄR、W、Roｅ（19７2）

ＳAEPaper75056--驾驶员眼睛、头、膝盖空间及座椅位置描述，R、W、Roｅ（1９７5）

SAEPａｐｅr85２317——卡车驾驶员工作空间得描述，N、Ｌ、PｈiｌippaｒtaｎｄＴ、J、Kｕecheｎmeiｓter（１９85）（ＳＡE第７１２页）

２、2　相关联得文献——下面得文献仅仅用来提供一些信息,并非本文所必需得.

２。

２。

１　ＳAE文献-—AｖailａｂleｆrｏmSAE，　４00monweaｌth　Drive,Warrendale，　PＡ　1509６-0001、

SAE　J１51７——驾驶员所选座椅位置

SAＥＰaper680１０5——眼椭圆及驾驶员前视野考虑因素，Ｗ、A、Dｅvliｎanｄ　R、W、Roｅ（1９６８）

ＳAEPaper　98００12——改善后得驾驶员眼椭圆模型得发展，M、Ａ、Mａnａｒy，ｅｔaｌ（１９98）（SAE　SP—1358）

M、S、Sanders（19８３），“U、S、ＴruckＤrivｅr　AｎｔhｒｏpometricandTruckＷorｋｓpacｅDataSurveｙ,”　FinalＲepｏrtsubmittｅdｔoSAE，Ｗaｒｒｅndaｌe,PA

Ｂ、E、Sｈａwand　M、Ｓ、Ｓandeｒｓ　（1９84），“ＦemａleU、Ｓ、TrucｋDriverAnthrｏpｏｍetricand　ＴｒuｃkWｏrkspａceDatａ　Sｕrveｙ，”FinａlRepｏrt　submｉttｅdｔｏ　SAE，Waｒrenｄaｌe,PA

2．２．2其她文献-—Ａｖaｉｌaｂｌe　frｏｍＵMＴRI，RIＰC，　290１BaxteｒRoaｄ,Ann　Aｒbor,MＩ48１0９－２15０、Emaiｌ：

　,734-7６4-2171、

Ｗ、A、　Ｄevlin（１９7５），“Visｉbiｌｉty　DeｓigｎGuide,”　ProposｅdＳＡERemｅndedPractｉce　（ａlso，IＳO/TＣ１５9／SC4（ＵSA1）6）,SAEDriverVisionｍittee，Ｔｒｏｙ，MI

3、名词解释

3、1eyｅllipse——就是眼睛ｅye与椭圆ellipse两个词得缩写式，就是用来描述眼睛在空间上相对车辆内部参考点位置得一种统计表示法。

见图1、

3、2眼睛中点——就是左、右眼点得中点,或者就是驾驶员中心线与左、右眼椭圆得中心连线得交点.

３、3切面—-眼椭圆上得切面

说明：

当以一个指定得角度投射或者投射到一个指定得目标时,切面一般认为就是一个视野平面.在二维视图中，视野平面被认为就是一条视野线。

见附录D中得图D1.

３、4　　切线眼椭圆——如果用很多面来划分眼睛得位置，这些面所包络出来得边界就构成了一个三维得眼椭圆,有P％得眼睛位置点落在面得一边,则在另一边就有（1００—P）％得眼睛位置点.见附录D、

3、5　Ｐ点——描述驾驶员平面观察物体时眼睛高度上头部中心点得不同位置.见图2、

3、６　P1、P2点——定位眼睛得位置，用于测量车辆左右两侧得Ａ柱双目障碍.见图２、

３、7　P3、P４点——定位眼睛得位置，用于测量驾驶员左右两侧得后视野范围。

见图2、

３、８　Ｅ点——表征驾驶员眼睛得中点。

一般与Ｐ点一起用来描述每种特定得视野。

3、９　ｉncluｓｉvｅ眼椭圆-—在其边界内部包括了一定比例得驾驶员眼睛位置点。

图2相对于95％眼椭圆（座椅行程大于133mm）中眼点得Ｐ点位置

图３　P点及眼点

3、10SＡEＪ826与SAＥJ1100中得尺寸及定义

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得距离

i、A类与Ｂ类车辆

4、男女等比例（５0/50）混合后得美国人群,可调座椅时得95％与９9%眼椭圆——此类眼椭圆得使用人群见下表一。

50／５０等比例混合得人群得眼椭圆用来设计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％与９9%得眼椭圆就是按照ﻩ4、１，4。

２．1中所给出得数据表及等式来建立得。

这些眼椭圆用于对驾驶员与前排外侧乘客得座椅进行定位。

4、1轴长——轴长数据见表2及图4.

表一　左右眼椭圆得轴长（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,眼椭圆得X轴长保留先前SＡEJ941标准中得数值。

对于这个比较短得座椅行程,没有去收集新得眼睛位置数据.

４、２　轴得角度—眼椭圆轴线在俯视图（Z平面）与后视图（X平面）中与车辆轴线平行，但在侧视图（Y平面）中前端就是向下倾斜得。

4.2。

1侧视图中椭圆轴线角度,β—在侧视图里眼椭圆得角度为

β＝12、0　　　　　　等式1

式中：

β就是一个角度（正值,在前部向下倾斜,并与水平线向下成12°角）

—

图４可调座椅眼椭圆得三视图

４、3椭圆中心位置——等式2,３，4就是用来计算眼椭圆中心位置得.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、5ﻩ（等式4）

Zc＝H８＋63８＋Ｈ30ﻩ（等式5）

式中:

L1就是加速踏板参考点得Ｘ坐标

L6就是方向盘中心点到加速踏板参考点在Ｘ方向上得距离

H3０就是R点至踵点在z方向上得距离。

ｔ就是可变值。

（有离合器踏板时取1,没有离合器踏板时取0）

W20就是R点得y坐标值

H８就是踵点得ｚ坐标值。

Ｌ１~～Ｈ８＝（－60７,45２，369、4,１,－5２5，7５、6）-Xc～~Zｃ（244、8，

-557、5，－４９2、5，１０83）

对于垂直方向可调得座椅,在可调得中间范围内，等式2与等式5会因为Ｈ30而有所调整.如果汽车商所定义得Ｒ点不在这个中间高度，眼椭圆垂直位置得精确度将会降低。

４。

３.1左右眼点及中眼点位置——左眼点Ｙcl与右眼点Ycr得距离为6５mm。

中眼点Ｙcycl，在W20处得驾驶员得中心线上。

图5　　眼椭圆定位所需参数，侧视图轴得角度,及质心得定位参数

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与L６

5、3　根据生产车辆中含有离合器踏板车辆得百分比确定t值,如果５0%或者更多得车辆使用离合器踏板,则t取1,否则取０。

5、4根据表2所给定得轴长绘制左右眼椭圆,根据等式2，3，4确定椭圆得中心位置。

5、５根据等式1确定侧视图上眼椭圆X轴得前端得倾角。

6、Ｐ点与E点得定位步骤（Ａ类车辆）—定义这些点就是为了简化在俯视图中涉及到头部及眼部运动得特殊视野要求时得眼椭圆得应用。

（见SAEJ105０），P点表征了在俯视图中头部运动得中心位置，因此,左右眼点（Ｅ点）能够根据特殊得视野要求重新定位。

这些都就是在男女等比例混合时９5%眼椭圆中定义得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）得切线。

每一个P点都会使左右眼点能够更可能得接近95％眼椭圆三维模型表面上得切点。

P点在9９％得眼椭圆中未变。

６、1　　P点——这些点相对中眼点得位置用表3中得值来确定.见图２

表3P点到95%眼椭圆得中眼点距离

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中得ｘ,y，ｚ值加到等式2,3，4中去能够得到P点在整车上得坐标值。

6、２E点-—E点相对于P点得位置见图3及下面得等式:

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就是指P点得x,y，z得坐标值,

Ex，Ｅz就是指左右眼点得ｘ,ｚ坐标，

El,Er分别为左右眼点得y坐标.

附录A

身高与性别按任何比例混合后得人群，可调座椅时得眼椭圆

在此附录里面,因为潜在得人员身高分类不同,性别混合不同,或者所需得眼椭圆包络线不同，所以介绍了不同于表１中所列驾驶人群得眼椭圆得构建步骤，。

使用者（一般包含２５%到７５％女性）适用此附录里面所提供得等式.对于女性中高个儿与矮个儿得驾驶者而言，此眼椭圆在侧视图中轴线得角度及椭圆中心得Ｚ坐标就是不正确得。

Ａ、1轴得角度——在俯视图（Ｚ平面）与后视图（Ｘ平面）上眼椭圆得轴线与车辆轴线平行，但就是在侧视图中椭圆轴线向前倾斜一定得角度。

侧视图中眼椭圆得角度见等式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中定义得人群及男女等比例（5０/50）混合得人群.即平均身高为1686mm得使用者。

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就是R点得Ｘ坐标

L6就是方向盘中心点到R点在Ｘ方向上得距离

W２0就是座椅中心线得ｙ坐标值

H8就是踵点得z坐标值。

H３0就是R点至踵点得距离，在z方向上量取。

t就是可变值.（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,在可调得中间范围内,等式A2与A4中会因为H３０需要调整.如果制造商所定义得Ｒ点位置不在此中间高度,则眼椭圆得垂直位置就不准确了.

A、3　轴得长度

A．3、1　（Ｘ）轴长——这里得侧视图轴长就就是眼椭圆得X半轴长，并不就是总长。

见图A1与图A2所示。

侧视图中驾驶员眼睛得定位与她们得身高因素（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。

类似得，两个平均身高相差１0ｍm得人,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得划分，一类就是男性，一类就是女性得.因为男女得平均身高不同,因此她们在侧视图沿着轴线得平均位置相差也就是不一样得。

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得位置

图Ａ２—-眼椭圆X轴得端点及长度

另外,还必须考虑潜在得身高变化.确定侧视图轴长得过程包括沿着此轴线建立眼睛得位置,然后沿着此轴线找到椭圆得上下边缘得切点。

在侧视图中眼睛位置潜在得划分就是两个正态分布得叠合，即男性与女性.

为了简化边界计算，参考中心点一般被瞧作就是坐标原点（沿着侧视图轴线）.边界就计算与参考点偏距。

首先,确定男性与女性眼椭圆中心位置,根据等式A5与A６计算。

M＝0、473（SM-SR）　　　　　　　　　等式A５

F=0、473（SF-ＳR）　　　　　　　　　　　等式A6

式中:

Ｍ与F就是侧视图中沿着轴线，男、女眼睛得中心点相对参考中心得偏距。

SM与ＳＦ就是平均男、女身高。

男、女参数分布得标准偏差用等式A7与Ａ8来计算。

式中:

SｄM与ＳｄＦ就是沿着侧视图中椭圆轴线，男、女眼睛位置分布得标准偏差。

σM与σF就是男、女身高分布得标准偏差.

两种方法与标准偏差定义了沿着侧视图中眼椭圆X轴线得两个有重叠得正态分布（见图Ａ2）、这些与等式A9与Ａ1０一起用来确定眼椭圆得上下边界及前后边界。

式中：

　PM就是男性在人口中得比例

CF就是沿着侧视图轴线，相对参考中心点得眼椭圆得前方边界

　ＣＭ就是沿着侧视图轴线,相对参考中心点得眼椭圆得后方边界

q就是切线眼椭圆得百分点

　φ就是叠加正态分布

为了得出眼椭圆在侧视图中得上下边界，等式A9与A10必须解决CF与ＣM得迭代.将等式分解，在等式括号内出现两次得就是男（女）得眼睛位置（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得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得女性比例，2、眼睛位置位于下切线下方得男性比例　，然后两个比例以男女性在驾驶人群中得相对比例组合成加权平均值。

最后一步就是计算X轴得长度（它就是ＣM与CF得差值）

X轴长=CＭ-CF　　　等式A11

A。

3.2Ｙ轴与Z轴得长度—-因为身高得不同不会影响到椭圆Y、Z轴得长度，所以她们得计算相对简单。

唯一变化得就是切线眼椭圆得百分点.顺着这两个轴，眼睛位置得分布就是有固定偏差得正态分布。

找到轴得端点很简单,大概就就是利用转化叠加正态分布来解决排除适当比例人群后得切点。

具体见等式A１2与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轴前后边界值得计算都就是相对于眼椭圆参考中心而言得。

边界也许不就是围绕参考中心对称得，因此,最终中心位置必须根据等式A14到A16来确定.这些等式将最终得中心定位在顺着使用者中心线，汽车侧视图轴线两切点得中点。

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所选世界人口得眼椭圆-—表一中给出得身高值用在此附录中得等式中来建立特殊人群得眼椭圆。

警告:

使用者通过这种方式得到得眼椭圆并未经过视野测试得核实。

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--驾驶员得眼椭圆轴长，适用于男女等比例（50/5０）,座椅行程大于１33ｍm得情况,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轴长度上得差距很小,所以表Ａ２中所给出得９5%与９9％得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，所以一般得座椅位置都较高.因为有这些差别所以需要将她们眼椭圆得中心位置进行调整。

对日本驾驶员测量可以验证确定椭圆中心位置得等式。

　同样，由于北美平均身高比所参考得美国人口身高要高，所以眼睛位置也高,对这类人群也需要一个不同得确定眼椭圆中心位置得等式。

Ａ。

5。

2。

1　　在人体测量学基础上得估计　—-—个严格按照人体测量学得方法,根据所求目标人群得平均座椅高度与美国座椅高度得比值来调整眼椭圆中心得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

调整眼椭圆中心得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得平均身高得差