中国人体眼椭圆研究

kaoyan

1、眼椭圆定义

由于人的身材大小不同，不同的驾驶员以正常驾驶姿态坐在驾驶座椅上，他们的眼睛位置显然是不同的。运用统计的观点和方法研究驾驶员的视点分布规律，发现车辆驾驶员的视点分布图形是呈椭圆状，故称为驾驶员眼椭圆(Eyelipse)。

眼椭圆是“驾驶员眼睛位置”的一种统计表示法，身高与眼睛位置没有特别明确的对应关系。另外从统计学意义上来说男女眼椭圆倾角大小不一定一样，也不一定符合相同的正态分布，应该要对男女眼椭圆分别进行处理，得到男性及女性眼椭圆。但为了工程上使用的便利，采用男女眼点混合的方式进行眼椭圆的处理，因此眼椭圆可能不会精准的满足统计学相关的定义，但在工程上应用是足够的。

眼椭圆示意

目前国内汽车行业广泛使用《SAE-J941-2010 Motor Vehicle Drivers’ Eye Locations》 规范指导设计，但该规范是以美国人体为基础数据得到的，美国人体的驾乘姿态与中国人体相比有较大差异。

2、眼椭圆应用场景

眼椭圆广泛应用于人机视野相关的设计校核中，例如前视野、仪表视野、侧视野等。近年来随着汽车内饰设计的不断改进升级，在HUD设计、中控大屏防眩目设计校核上也发挥了重要作用。

仪表视野校核中控大屏防炫目校核

3、数据采集的方法

因为美国人体与中国人体驾乘姿态的差异，因此有必要开展中国人体眼椭圆研究工作，对比与美国人体的客观差异。

样本选择：

如果需要掌握中国全体人群的尺寸情况则需要根据全国六大地理区域的划分，选择特定的城市进行整群抽样。中标院采用该方法进行了全国人体尺寸的普查工作，共采集2万4千余样本，目前已完成相关数据处理，能够知晓全国不同年龄段各百分位身高数值。

最新的中国人体各百分位身高

虽然整群抽样无法完全代表实际驾驶员的情况，但该样本数值具有普遍代表性，因此可以基于已有整群抽样的结果作为驾乘姿态数据采集样本选择的依据。

根据统计学方法，已知某个人群参数的标准差，同时设定相应的误差目标，在一定置信区间的范围内（一般取95%），可以求得在误差范围内符合同样人群分布的最少可选的样本量。

以男性身高为例，根据中标院参数，全国男性身高的标准差为82，设定误差目标10mm，置信区间95%。

统计学样本选择公式

可进行计算求得n为258，左右边界为1528mm和1849mm。根据上述数值，可将样本身高划分步长，按正态分布进行选取。

根据上述方法，本次采集共选取了500样本，男女各250人。

样车选择

样车选择需要覆盖目前市面上主流的人机参数范围，根据已有的研究成果，眼椭圆与H30、L6、A40、H17等参数可能存在强相关性。本次采集共选择9台样车。

样车人机参数范围

扫描设备

由于科技的发展，三维扫描设备在研发设计中广泛使用，本次采集采用HandyScan 700和Go scan相结合的方式进行扫描，最小精度0.001mm。与20世纪60年代SAE采用拍照采集相比，精度更高。

扫描过程示意

4、眼椭圆数据处理方法

中国人体驾乘姿态点云数据

扫描得到的驾乘姿态点云数据调整至整车坐标系，对其眼点按照规范进行提取工作，得到原始眼点的坐标数据。

数据处理采用python结合SPSS的方法进行，确定了眼椭圆中心点定位方程、眼椭圆倾角、眼椭圆大小等关键参数。

5、眼椭圆的比较

基于某标杆车的中国人体眼椭圆与SAE眼椭圆对比

基于某标杆车相关参数建立SAE百分位95眼椭圆（黄色）、中国百分位95眼椭圆（橘色）、中国百分位99眼椭圆（灰色）、中国人体实测眼点（白点）。

与SAE相比中国人体眼椭圆长轴更短、短轴更长，倾角也更大，中心点位置更靠前。

以百分位95的眼椭圆为例，若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），当前方目标物位于此视线的上方时，则5%的驾驶员看不到该目标；当目标物刚好在视线上或在视线下方时，则至少有95%的驾驶员能够看见目标。从图中可看出与SAE眼椭圆相比，中国人体眼椭圆对眼点的覆盖度更高，更能代表中国人体的视野范围。

1975年日本眼椭圆与SAE眼椭圆对比

日本企业在上世纪70年代也对日本人体眼椭圆和SAE眼椭圆进行了对比，由于当时大量的年轻人参与测量，喜欢伸直他们的肘部，从直臂位置驾驶，导致乘坐位置与美国人相比还要靠后。因此眼椭圆中心更靠后，眼椭圆大小也稍大。但由于年代久远，并且相关资料的封锁，能够查找到的有效信息很少，但这也从侧面证明，即使日本与中国在人体尺寸方面的差异不大，但实际的驾乘姿态仍有非常大的差异，这其中的缘由可能只能从环境、文化、习惯等方面去解释。

结论：

中国人体眼椭圆规范正在联合国内多家企业进行验证工作，未来有希望在国内的研发设计中采用。但由于SAE标准的先入为主，未来在标准替换的道路上还会非常艰难。但我认为，应该正视客观差异，不能因为标准切换导致研发成本的增长就畏手畏脚。每个行业真正的竞争就是标准的竞争，中国汽车行业一直处在赶超者的角色上，基础薄弱，拿来主义盛行，希望通过我们的努力能够改变这一局面，真正将中国打造成汽车强国，生产更适合中国人驾乘的车辆。