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乘用车A柱盲区视窗系统研究范文

时间:2022-12-10 04:09:21

乘用车A柱盲区视窗系统研究

《公路与汽运杂志》2016年第5期

摘要:

分析了乘用车A柱盲区的形成及对行车安全性与舒适性的不利影响,列举了现有技术下的汽车A柱无盲区显示装置的缺陷;介绍了一汽轿车奔腾B50车A柱盲区的测量方法和结果,阐述了乘用车A柱盲区视窗系统的组成、工作原理、技术特点和安装调试要求;介绍了A柱透明化的OLED柔性屏幕技术。

关键词:

汽车;乘用车;A柱;盲区视窗

1乘用车A柱盲区的形成及不利影响

乘用车车身前挡风玻璃两侧的斜立柱即为A柱(见图1)。A柱会导致驾驶者视野形成盲区,盲区范围受A柱结构尺寸及驾驶员眼部相对A柱位置等因素的影响(见图2~4)。如图5所示,A、B、C和前纵梁等具有保证车身整体架构的作用,像“鸟笼”一样确保内部驾乘人员的安全。其中A柱还有支撑车顶、安装前门和前挡风玻璃、承受碰撞冲击力的作用。A柱形状、结构、尺寸设计需兼顾其强度和刚度、车身造型、视野盲区三大因素。A柱视角截面尺寸大多为90~100mm,大尺寸可以增加A柱的强度和刚度,但同时视野盲区增大,不利于安全行车。在车身造型设计上,由于追求外形美观,A柱有时被设计得非常粗或设计成三角窗,使盲区进一步扩大。加上前车门门框和密封胶条、挡雨棚、外侧后视镜外廓所形成的视野盲区,更扩大了盲区的范围。以下将A柱与前车门门框和密封胶条、挡雨棚、外侧后视镜外廓所形成的视野盲区统称为“A柱盲区”。由于驾驶者与左A柱较近,相对于右A柱,左A柱盲区的安全隐患更大,尤其是对于正在左转弯行驶的左置方向盘汽车。为了看清A柱盲区的交通状况,驾驶员行车中必须向前探身观察路况,正常驾驶姿势被破坏,可能引起误操作,造成交通事故。因此,GB11562-1994《汽车驾驶员前方视野及测量方法》规定,A柱的双目障碍角不得超过6°。目前很多新款车型将A柱视角截面尺寸缩小至70~80mm。但多起A柱断裂、严重变形及车身溃缩等重大交通事故警示A柱视角截面尺寸必须保证其刚度和强度。因此,在保证强度和刚度、车身外形美观的同时,如何将A柱盲区景象呈现于驾驶者的眼前,保证行车安全性和舒适性是亟待解决的技术问题。

2现有技术的汽车A柱盲区解决方案

2.1汽车A柱无盲区显示装置

公告号为CN203739757U的中国实用新型专利公开了“一种汽车A柱无盲区显示装置”,其通过安装在A柱内侧上的影像显示设备和安装在A柱外侧的影像输入设备使A柱透明化(见图6)。该装置存在以下弊端:1)因影像输入设备安装于A柱外侧,易受雨水、尘土等的影响,无法全天候工作;2)影像显示设备结构尺寸大,安装于A柱内侧,影响汽车内饰美观;3)特殊比例的LED液晶显示屏生产技术要求高,难以适应车型各异的A柱,成本高;4)过大的显示屏影像完全遮挡了A柱,由于没有了A柱作参照物,驾驶者无法直观判断车身在交通环境中的位置,容易产生错觉而引发交通事故;5)影像输入设备安装在车外,其与车内影像显示设备布线安装调试较难,需使用专业工具,由专业人员利用专业技术来完成,不利于装置的推广普及;6)平板式显示屏长度与A柱相配合,安装于向后倾斜的A柱上,由于屏幕可视视角的原因,驾驶者可能无法看清楚显示屏影像。

2.2乘用车A柱盲区视窗系统

乘用车A柱盲区视窗系统的设计基本思路:在A柱开设一个“视窗”显示A柱盲区的交通状况。“视窗”处于驾驶者正常驾驶位左右望视线扫过的区域内,驾驶者通过“视窗”看清A柱盲区的交通状况,同时以A柱为参照物,判断车身所处的位置,保证行车安全。该系统既保证了对A柱强度和刚度、车身外形美观的要求,又实时地呈现了A柱盲区的景象,从而保证行车的安全性和舒适性。

2.2.1乘用车A柱盲区测量

为了得到A柱盲区的具体数据,以一汽轿车奔腾B50为样车进行实车测量(见图7和表1)。A柱盲区的测量方法如下:1)将车身纵轴垂直于幕墙,车前保险杠距幕墙3680mm停放;2)测量出处于正常驾驶位的驾驶者(身高1700mm)眼部位置犕点距幕墙的距离5930mm;3)用激光笔从犕点水平方向发出激光,光束通过A柱边缘投射到幕墙上,分别得到点犅、犆、犇和犈;从犕点发出激光,光束通过方向盘中心的铅锤位置投射到幕墙上,得到犉点。按1∶150的比例绘制图7,测出左A柱盲区角为18°左右,右A柱盲区角14°左右。依据图7,以安全隐患较大的左A柱盲区为例进行测算,得到距车前纵向2700mm、车左侧横向1720mm处,一个身高1700mm双臂齐肩左右平伸的人会被左A柱盲区完全覆盖,而这个距离和位置对于交通安全至关重要,特别是在转弯及在交叉路口行驶时极易导致交通事故。考虑A柱的倾斜角、仪表台形式、方向盘位置和上下车便利性等因素,显示屏的尺寸实测为水平宽度100mm、垂直高度80mm。按该数据可推算出显示屏规格为11.938~13.97cm。

2.2.2系统的基本组成及工作原理

如图8所示,该系统由显示屏支架组件、摄像头支架组件、信号传输线和电源线组成,通过摄像头摄取A柱盲区的交通状况并转换为电信号,经信号传输线传送至显示屏,由显示屏再现交通路况景象,并呈现给驾驶者。1.左前显示屏支架组件;2.左前信号线;3.左前摄像头支架组件;4.电源线;5.右前显示屏支架组件;6.右前信号线;7.右前摄像头支架组件。摄像头支架组件中,摄像头采用视角为50°左右的标准镜头,以保证所拍摄的影像与目视接近;支架采用粘结技术固定于前挡风玻璃车内侧上角或下角处;采用鹅颈和万向球节柔性调节,使摄像头指向A柱盲区;摄像头孔位于前挡风玻璃雨刷覆盖范围内,以适应车型各异的A柱和规避雨水对拍摄清晰度的影响。显示屏支架组件中,显示屏为LED背光液晶平板式,其长、宽尺寸与车型A柱结构相匹配,采用13.97、11.938cm两种规格,该规格尺寸能与各车型相匹配。显示屏位于驾驶者眼部到A柱的直线连线上,具体位置以显示屏刚好完全遮盖住A柱盲区为准,达到视觉上的透视效果;支架采用粘结接技术固定于仪表台平面或前挡风玻璃上;采用鹅颈软管和万向球节的柔性调节,使显示屏正面朝向驾驶者眼部,实现可视性和舒适性的统一。该系统采用汽车电源供电,电源线由汽车点烟器拾取电能,向并联的显示器支架供电。

2.2.3系统的应用及特点

如图9所示,实际应用中,该系统可为扫除A柱盲区的安全隐患,保证行车舒适度和安全性发挥积极作用。该系统的应用特点:

1)所有部件均安装在车内,不受气候等外界条件的影响,能全天候工作;

2)采用LED背光液晶显示屏,发热少,能长时间连续稳定工作;3)采用视角为50°左右的标准摄像头,图像摄取与目视接近,视觉自然;

4)结构轻巧、美观,成本低,适合各种车型的自行安装;

5)驾驶者能透过显示屏“窗口”观察盲区景象,始终保持正常驾驶姿势,操作轻松自如,行车舒适、安全。

3OLED柔性屏幕A柱透明化的展望

由于液晶显示屏的液晶材料在环境温度过高时会变成液体,温度过低时会冷却变成晶体,无论变成哪种状态,液晶材料都不再具有能受电场控制的光电效应,导致液晶显示屏不能正常工作。此外,液晶显示的对比度、视角、响应速度会随温度变化而变化,因而对于环境变化大的车载显示,液晶不是最佳的显示方式。OLED有机发光二极管是利用有机电致发光二极管制成的显示屏。由于同时具备自发光、不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制作较简单等优异特性,OLED显示屏应用在车载领域具有极大的优势。所谓OLED柔性屏幕A柱透明化是指利用OLED的可弯曲、柔韧性佳的特性制作出与A柱外廓尺寸相适应的柔性屏幕,贴敷在A柱上,用于显示由摄像头传来的A柱盲区影像信号,这样A柱就被“透明”了。随着OLED技术的发展,构件的“透明化”将成为现实。英国工艺创新中心(CPI)正致力于用OLED技术构造无窗飞机研发。

4结语

乘用车A柱盲区视窗系统能全天候、长时间连续稳定工作,向驾驶者提供A柱盲区交通状况,同时具备生产成本低、能自行安装的特点,易于普及推广,是现有技术下解决A柱盲区安全问题的行之有效的技术方案。随着技术的发展和制造成本的降低,OLED柔性屏幕A柱透明化将成为现实。

参考文献:

[1]黄金陵.汽车车身设计[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]谭本忠.汽车车身构造与修复图解教程[M].北京:机械工业出版社,2008.

[3]廖术娟.基于电子透明理念的A柱盲区消除系统研究[D].成都:西南交通大学,2014.

[4]张俊,傅攀,涂年杰,等.Sobel算子边缘检测在A柱盲区消除系统中的应用[J].四川兵工学报,2011,32(8).

[5]廉德盛.A柱盲区的终极解决方案:让它“透明”

作者:吴映辉 吴宇嘉 单位:江西交通职业技术学院 江西农业大学

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