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
前言一--此被推荐实行得SAE标准介绍了眼椭圆一一驾驶员眼睛位置得一种统讣表示法，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SAEJ941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儿个方面：
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山一些参数（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93%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inc1usiVe眼椭圆得对比图表。
可用这些图表信息来创建inc1usive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。
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、、1
0
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（Tangentcutoffeye1lipses）与眼椭圆（inc
1usiveeyel1i
pses）21
附录EB类车辆得眼椭圆24
1、范围一此被推荐实行得SAE标准介绍了如何在乍内坐立驾驶员眼睛得位日,一般用空间眼椭圆模斗来表不.
本文还提供了按50/50性别比例混合后得芙国人群中93%与99%眼椭圆得创建步骤。
第6部分介绍了P点一一用来建立在SAEJ1030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SAEJ1100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
2.1参考文献一-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—000仁
SAEJ826-一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
SAEJ1100——机动车辆尺寸
SAEJI516——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）
SAEPaper75056一驾驶员眼睛、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、Phi1ippartandT、J、Kuechenmeister（I985）（SAE第7I2页）
2>2相关联得文献一一下面得文献仅仅用来提供一些信息，并非本文所必需得.
2o2o1SAE文献AvailablefromSAE>400monwea1thDrive,
Warrendale.PA15096-0001、
SAEJI517——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、DevlinandR、W、Roe（1968）
SAEPaper980012——改善后得驾驶员眼椭圆模型得发展，M、A、Manary,eta1（1998）（SAESP—1358）
M、S、Sanders（1983）,UU>S、TruckDriverAnthropometricandTruckWorkspaceDataSurvey/FinalReportsubmittedtoSAE,Warrenda1e,PA
B、E、ShawandM、S、Sanders（1984）,“FemalelLS.TruekDriverAnthropometricandTruckWorkspaceDataSurvey,”FinaIReportsubmittedtoSAE,Warrendale,PA
2・2.2其她文献一一Availab1efromUMTRLRIPC,290IBaxterRoad,AnnArbor?
MI48109—2150、Emai1:
734-764-2171.
W、A、Devlin（1975）,“Visibi1ityDesignGuide/ProposedSAERemendedPractice（also,ISO/TC159/SC4（USA1）6）,SAEDriverVisionmittee,Troy,Ml
3、名词解释
3、1eyellipse就是眼睛eye与椭圆ellipse两个词得缩写式，就是川来
眼楼圆X：
轴4
见图1、
图1典型的左、右眼椭圆空间模型羽
3、2眼睛中点一一就、右眼丿中点，或者就是驾驶负中心线与左、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U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切线眼椭圆一一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、5p点一一描述观察物体时眼睛高度上头部中心点得不同位
见图2^
3、6Pl、P2点一一定位眼睛得位置，用于测量车辆左右两侧得A柱双LI障碍•见图2、
3、7P3、P4点一一定位眼睛得位置，用于测量驾驶员左右两侧得后视野范
围。
见图2、
3、8E点一一表征驾驶员眼睛得中点•般与P点一起用来描述每种壮
得视野。
3、9inclusive眼椭圆-一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3P点及眼点
3x10SAEJ826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。
30/50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
平均身离加血
扌高可变化值
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4。
、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询排外侧乘客得座椅进行定位。
4.1轴长一一轴长数据见表2及图4・
表一左右眼椭圆得轴长（正视图）
価调节行程
仃分比
X轴1<
Y「-
Z轴长
〉133
95
206、4
60、3
93、4
99
2*7、1
85.3
132、1
1—133
95
173、8
（1）
6（）、3
93、4
99
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轴得角度一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，B—在侧视图里眼椭圆得角度为
B=12、0等式1
式中：
B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「1就是用来讣算眼椭圆中心位置得.见图oc
Xc二L1+664十0、587（L6）-0・176（H30）-12、5t（等式2）
Ycl二W20—32、5（等式3）
Ycr=W20+32>5»（等式4）
Zc=H8+638+H30。
（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,没冇离合器踏板时取0）
W20就是R点得y坐标值
H8就是錘点得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左右讯门及中眼点位置——左眼点Ycl与右眼点Yer得距离为65mm。
中眼点Ycycl,在W20处得驾驶员得中心线上。
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白分比确定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）一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□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、1P点一一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山
X
Y（左舵）
Y（右舵）
Z
>133mm
Pl
0
一7、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
Pl
16、3
一7、3
+7、3
一20、5
<133mm
P2
39、2
+20、6
一20、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-一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F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轴得角度一一在俯视图（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、
B二18、6-（A19）等式Al
A、2椭圆中心参考位置一一参考中心根据等式A2-A4确定。
这个适用于NIIANESIII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二W20
等式A3
Zcref二H8+638+H30
等式A4
式中：
LI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）轴长一一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二0、473（SF-SR）
式中:
SM二男性平均身高SR=参考身高（1686mm）
SF二女性平均身高
图A2—眼椭圆X轴得端点及长度
列外,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。
等式A5
等式A6
M=0、473（SM-SR）
F二0、473（SF-SR）
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。
（Eq.A7）
s%=J（0・473『晶4（41）7）2
sdF=/0.473）怙7于（41.87）2（Eq.AS）
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。
oM与oF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。
（Eq.A9）
1-q二pM^（（CF-M）/sdM）^（1-（CF-F）/sdF）
q=pM^（（CM-M）/sdM）+（1-pM）^（（CM-F）/sdF）（Eq.A10）
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
"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All
Ao3.2Y轴与Z轴得长度一-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白分点•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,丿（阴就就是利用转化叠加正态分布来解决排除适比例人群后得切点。
具体见等式A12与AI3.
Y轴长=18、34（<|）一（）-Q））等式
A12乙轴长=28、39（（J）'1（q）-<|）-*（'1-q））等
式A13
A、4眼椭圆最终中心位置一一眼椭圆X轴前后边界值得讣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宦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）*cosP/2等式Al
4
Yc=Ycref等式A15
Zc=Zcref+（CF+CM）*sinB/2等式Al
6A、5所选世界人口得眼椭圆一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Al：
人体测量学⑴
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、日本数据山丰田汽车提供。
荷兰数据iIitno提供。
Ao5.1轴长一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。
Ao5.2眼椭圆中心定位一一与北美，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。
Ao5o2o1在人体测量学基础上得估计一・一个严格按照人体测量学得方法，根据所求LI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）釆用等式A5（考虑了口标人群及美国人口得平均身高得差异），见下面得等式：
Xcref=Ll—12、5t+[664+0、587（L6）—0、176（H30）]+0、473法等式Al8
（目标人群平均座椅高度一美国人口平均座椅高度）cosB
表A3给出了椭圆中心相对美国人口眼椭圆中心得调整数值（
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