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        汽車人機工程視野校核設(shè)備與VR技術(shù)的結(jié)合

        2018-10-24 06:24:40陳子龍溫佳鑫黃培雨
        機電信息 2018年30期
        關(guān)鍵詞:汽車模型

        陳子龍 溫佳鑫 王 哲 譙 航 黃培雨

        (西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院,四川成都610039)

        0 引言

        汽車人機工程學(xué)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?,F(xiàn)階段汽車進行視野校核通常采用三種方法,第一種是軟件建立好模型后計算,第二種是利用模型生成圖紙,在圖紙中測量或標(biāo)注,但是這兩種方式無法滿足實際的觀察要求,是否滿足駕駛員的駕駛習(xí)慣也無法確定;第三種是制作實物模型后進行評價,但費用高昂。

        1 與VR技術(shù)結(jié)合的汽車用人機工程視野校核設(shè)備介紹

        系統(tǒng)簡圖如圖1~圖5所示,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)置可多方向移動的多軸機械手11,11上端的端部安裝水平設(shè)置的夾爪13;13可繞經(jīng)過自身中心點的豎直軸線旋轉(zhuǎn),13的外端設(shè)置兩個相互平行、水平放置的模擬光源12,為了有效保證13的旋轉(zhuǎn)中心點模擬人體頭部轉(zhuǎn)動點,兩個12中心點之間的距離為65 mm,兩個12連線中點至13的旋轉(zhuǎn)中心點的水平距離為99 mm。

        圖1 系統(tǒng)正視圖

        圖2 系統(tǒng)俯視圖

        模擬光源12是與人眼尺寸一致的橢圓形球殼,中心點處設(shè)置發(fā)光體14,12的殼體面向汽車前方的部分是透光區(qū)15,15的范圍是以模擬光源中心點為原點且經(jīng)過12中心點,分別向前上方、前下方傾斜45°的第一斜面與12表面的交線構(gòu)成上、下邊界;以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12的表面的交線構(gòu)成左、右邊界,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;第一斜面與汽車縱向中心所在的豎直面垂直,第二斜面與水平面垂直;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。

        圖3 眼橢圓模擬示意圖

        圖4 操作人員使用系統(tǒng)示意圖

        圖5 眼橢圓模型結(jié)構(gòu)示意圖

        待測汽車周圍設(shè)置光線接收裝置30,30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33,30中相應(yīng)位置設(shè)置多個車外第一激光掃描儀53;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;51、52、53、54共同構(gòu)成激光掃描裝置50;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,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62,62的尺寸與待測汽車駕駛員座椅一致;62附近設(shè)置的攝像頭63與VR眼鏡61通信,使63可以拍攝61相對于62的位置。

        2 汽車用人機工程視野校核設(shè)備使用方法

        進行測試時的步驟包括汽車參數(shù)設(shè)置、視野校核、人工校核。

        汽車參數(shù)設(shè)置步驟: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(zhǔn)坐標(biāo)系;將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11,使13位于特定位置;51、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:

        (1)53、54配合掃描出汽車A柱、B柱、前擋風(fēng)玻璃、車門玻璃、后擋風(fēng)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);控制器5分別提取13繞自身旋轉(zhuǎn)中心點的位置、12中心點的位置,并標(biāo)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(biāo)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,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12再移動至下一個移動點位;12移動過程中13始終保持水平狀態(tài);13位于每一個旋轉(zhuǎn)角點時,12上設(shè)置的51、52實時掃描車內(nèi)的A柱、B柱、前擋風(fēng)玻璃、車門玻璃、后擋風(fēng)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)。

        (2)控制器5將步驟(1)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(fēng)玻璃、車門玻璃、后擋風(fēng)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轉(zhuǎn)換成VR三維模型。

        視野校核步驟包括順次進行的以下步驟:

        (3)模擬光源12的中心點第二次經(jīng)過全部移動點位。

        (4)步驟(3)中,12在每個移動點位時,13繞旋轉(zhuǎn)點轉(zhuǎn)過全部旋轉(zhuǎn)角點后,12再移動至下一個移動點位。

        (5)步驟(4)中,光線接收裝置30接收12位于每個旋轉(zhuǎn)角點時發(fā)出的光線,并將此時30受到照射的區(qū)域邊界參數(shù)發(fā)送給控制器5。

        (6)步驟(5)中,控制器5根據(jù)視野校核用三維模型、12所在移動點位的位置、13的旋轉(zhuǎn)角點的角度參數(shù)進行判斷,如果12照射到車外后視鏡21或車內(nèi)后視鏡22,則進入步驟(7),否則進入步驟(8)。

        (7)當(dāng)12照射到車外后視鏡21時,控制器5計算12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(biāo)記為車外后鏡視區(qū),然后將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(biāo)記為第一間接視區(qū);當(dāng)12照射到車內(nèi)后視鏡22時,控制器5計算12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(biāo)記為車內(nèi)后鏡視區(qū),然后將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(biāo)記為第二間接視區(qū);然后進入步驟(9)。

        (8)控制器5計算12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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)記為直接視區(qū);將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(9)。

        (9)控制器5將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(biāo)準(zhǔn)眼橢圓范圍并進入步驟(10)。

        人工校核步驟包括順次進行的以下步驟:

        (10)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(dāng)測試人員的人眼位置位于標(biāo)準(zhǔn)眼橢圓范圍內(nèi)時,則進入步驟(11),否則提示重新調(diào)整坐姿,并重復(fù)步驟(10)。

        (11)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(biāo)定物,如果可以看到標(biāo)定物,則進入步驟(12);如果無法看到標(biāo)定物,則進入步驟(13)。

        (12)測試結(jié)束。

        (13)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(3)~(11)。

        3 結(jié)語

        激光掃描裝置掃描待測汽車后建立汽車的VR用三維模型,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,測試人員在VR空間中直接觀察汽車VR模型,觀察效果良好,提高了人工校核步驟的測試精度和準(zhǔn)確性,同時提高了主觀評價準(zhǔn)確性。

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