图1  眼椭圆的意义

大多数国内企业在汽车设计过程中运用的是美国SAE推荐实施标准或国标。中国的国标大部分源自于欧洲EEC法规。因此，如何吸收国外先进技术并加以改进以适合中国国情，是摆在中国汽车设计人员面前的一个重要且紧迫的问题。

旧标准SAE J941 JUN9定义的眼椭圆标准是基于对美国2300名汽车驾驶员在实际静止的汽车上，并且在固定座椅靠背角，座椅不可垂直调节，以及不考虑驾驶员带上安全带后的限制的情况下所做试验得出的数据。显然，旧标准已经不符合现代汽车设计过程的实际要求。

此次修正是基于在实际行驶的汽车上，驾驶员系好安全带，并选择舒适的座椅靠背角和舒适坐姿的情况下所做试验得出的大量数据。此次关于眼椭圆的测定试验是对更大数量的驾驶员，更多不同种类的汽车进行的长达数年的精心测定与研究。眼椭圆的定位数据来源于多种汽车在座椅可垂直调节和不可垂直调节的情况。此次试验中另外一个重要的发现是驾驶员座椅的垂直调节量达到50mm时，眼椭圆的形状并没有受到影响。因此，扩大了新标准眼椭圆的应用范围。需要注意的是在可调座椅的情况下进行眼椭圆的定位时，设计靠背角（A40）已经不在考虑因素之中。驾驶员座椅设计靠背角引起的变化已经包含在眼椭圆的尺寸当中。因此，对眼椭圆的重新修正具有重要意义。

眼椭圆的定义及意义

1．定义

眼椭圆是由美国汽车工程师协会（SAE）车身工程委员会人体模型分会提出的设计术语。它用来描述驾驶员以正常驾驶姿势就坐时，眼睛在车内坐标系中的活动范围。

三维的眼椭球模型来源于二维眼椭圆，SAE标准里把二维眼椭圆侧视图、俯视图推广到三维空间就形成了眼椭球。随着当今CAX技术的不断发展，利用三维眼椭球进行视野设计与校核已成为可能，且更符合设计的实际，更准确。

图2  旧标准眼椭圆样板

2．意义

驾驶员眼睛在车内坐标系中的位置是进行视野设计与校核的基准，它是视野设计的工具。驾驶员眼椭圆的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视野原点基准。由于驾驶员身材、姿势及驾驶习惯的差异，视野原点不可能是某个固定点，而是呈某种形状的分布图形，不能简单的以平均身材驾驶员的眼睛位置所在点作为汽车视野分析的视点基准。因此，在试验测定和统计分析后，美国SAE推荐使用标准眼椭圆这种统计概念的图形作为汽车视野设计和校核的科学依据基准。

眼椭圆在视野设计与校核的运用中通常是与视线联合在一起的。因此要用视切比来定义椭圆的百分位。所谓视切比即为含眼椭圆的切线一方的区域的眼睛数与切线上、下方区域的眼睛定数之比。眼椭圆百分位实际上是落在视切线（切平面）的含眼睛一侧的眼睛的概率。若用一条切线切第P百分位的眼椭圆，则落在切线含眼椭圆一方的眼睛百分比为P%，而落在切线另一侧的百分比为（100－P）%，如图1所示为95th百分位眼椭圆视线，则看到此目标的驾驶员眼睛数为眼睛总数的95%，这是因为落在视线的含眼椭圆的一侧的概率为95%。

眼椭圆制作与定位过程的具体比较

新标准SAE J941 SEP2002. MOTOR VEHICLE DRIVERS’EYE LOCATIONS.对旧标准中A类汽车眼椭球（圆）的制作与定位进行了一次重大的修正。其中对眼椭球（圆）模板的制作和定位过程作了大的修改与调整。

SAE中规定A类车尺寸如表1所示。A类车通常包括轿车、旅行车、轿车变形体。

图3  新标准眼椭圆样板

1．二维眼椭圆样板的制作

（1）根据旧标准进行A类汽车眼椭圆模板制作过程：

①根据各百分位的座椅的调节行程（TL23）的不同和视图的类型在表2中选取合适的轴长。

②画出眼椭圆自身坐标系X、Y、Z。

③确定左、右椭圆中心。

在俯视图上两眼椭圆中心的Y坐标为W20。当100mm≤L23≤133mm时，左右眼椭圆中心距离为64.1mm，当L23＞133mm时，左右眼椭圆中心距离为64.6mm。根据不同的调节行程L23定义眼椭圆中心距其自身坐标系中心的偏移量（见表3）。

④在侧视图上经眼椭圆中心画倾角。A类车6.4°（B类车11.6°），前低后高的斜线为长轴。在俯视图上经左、右眼椭圆中心分别画倾角为5.4°，前高后低的两条斜线为长轴，按步骤①取轴长，可获得眼椭圆样板（见图2）。

（2）根据最新标准进行A类汽车眼椭圆模板制作：

①根据座椅水平行程（TL1）及眼椭圆百分位值，在表4中选取合适的轴长。

②确定眼椭球中心坐标（Xc、Yc、Zc）。

Xc＝L1+664+0.587（L6）－0.176（H30）－12.5t ①

Ycl＝W20－32.5 ②

Ycr＝W20＋32.5 ③

Zc＝H8＋638＋H30 ④

式中，L1为踏板参考中心点PRP的X坐标，L6为转向盘中心至PRP点的水平距离，H30为H点和AHP点的垂直距离，W20为H点的Y坐标，H8为AHP点的Z坐标，t为传动类型（有离合时为1，无离合时为0）。

③俯视图中，左右眼椭圆中心Y坐标Ycl与Ycr距离为65mm，中眼椭圆圆心的Y坐标Yclcr为W20。

④在侧视图中眼椭圆长轴的倾角β＝12°，前低后高的斜线为长轴。俯视图与后视图中眼椭圆均无倾角。按步骤①取轴长，即可获得眼椭圆样板（见图3）。

2．眼椭圆在车身坐标系中的定位

（1）旧标准中A类汽车眼椭圆的定位过程：

SAE中规定所谓A类车是指座椅参考点（SgRP）到中点的垂直距离（H30）的范围是127～405 mm，H点的垂直行程（H59）为0～50 mm，座椅水平行程（L23）大于100 mm，方向盘直径（W9）小于450 mm，靠背角（L40）为5°～40°。眼椭圆定位过程如下：

①确定设计H点（SgRP）在汽车整体坐标系中的位置（L31、W20、H70）；

②确定座椅靠背角（L40）；

③选择不同百分位的眼椭圆模板（95th和99th）；

④根据座椅靠背角（L40）的值，按下列公式算出侧视图上眼椭圆自身坐标系X–Z原点相对于座椅参考点SgRP偏移量：

X＝–237.0147＋10.281641×L40－0.032032×（L40）2

Z＝662.11757＋0.398747×L40－0.059301×（L40）2

（2）新标准中A类汽车眼椭圆的定位过程：

①确定座椅特征参数座垫倾角A19，H点Y坐标W20，H点和AHP点垂直距离H30。

②确定AHP点的Z坐标H8。

③确定t值（1或0）。

④根据表2选择不同百分位的眼椭圆样板（95%，99%）。

根据①～④式，进行各视图眼椭圆的定位，即可完成眼椭球的空间定位。

（3）新旧标准不同点总结。

根据以上的具体比较，新标准眼椭圆的具体修正项目如下：

俯视图和后视图中的眼椭圆长轴与坐标网格线平行，即该视图中眼椭圆不再有倾斜角。

侧视图中眼椭圆长轴与水平线的夹角增大，即眼椭圆的倾斜程度增大。

X、Y、Z轴的长度变化。对于95%眼椭圆，X轴增长7.5mm，Y轴缩短44.6 mm，Z轴增长7.4mm。对于99%眼椭圆，X轴增长18.9 mm，Y轴缩短63.6mm，Z轴增长10.1 mm。

与旧标准的眼椭圆定位相比较而言，新标准的眼椭圆定位要偏高、偏后。

侧视图中眼椭圆的中心定位是以下布置参数的函数：SgRP点、转向盘定位、座垫倾角、有无离合。

眼椭圆不再根据驾驶员座椅靠背角定位。

座椅水平行程＜133 mm时X轴的长度与旧标准中的相同，Y、Z轴的长度以及眼椭圆中心的定位要根据新标准中的数据与公式来确定。

P点和E点在后视野与立柱盲区求做过程中视线的做法同旧标准，但是要根据新标准中眼椭圆的形状和位置进行调整。

结语

新标准SAE J941 SEP2002对眼椭圆的重新修正更符合当今A类汽车设计的实际，符合A类汽车发展趋势的要求，更科学，更严谨。