裝甲車輛視界測(cè)定試驗(yàn)方法

徐保榮，叢 華，韓志強(qiáng)

(1.裝甲兵工程學(xué)院機(jī)械工程系，北京100072;2.北京特種車輛研究所試驗(yàn)場(chǎng)，北京100072)

裝甲車輛視界測(cè)定是GJB59系列裝甲車輛試驗(yàn)規(guī)程的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是裝甲車輛設(shè)計(jì)定型試驗(yàn)中性能試驗(yàn)部分的一個(gè)重要項(xiàng)目，能否正確理解視界的基本概念并正確把握視界測(cè)定的試驗(yàn)方法是試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。本文對(duì)視界的基本概念和相關(guān)測(cè)定試驗(yàn)方法進(jìn)行了分析和研究，澄清了科研試驗(yàn)中對(duì)有關(guān)概念和測(cè)定方法的模糊認(rèn)識(shí)，對(duì)于提高試驗(yàn)質(zhì)量具有重要意義。

1 視界

1.1 視界的基本概念

GJB59.33－91《裝甲車試驗(yàn)規(guī)程 視界測(cè)定》(以下簡(jiǎn)稱“GJB59.33”)第2.1 條［1］指出:裝甲車輛視界指的是車內(nèi)觀察人員對(duì)外觀察時(shí)所能看到的最大范圍。

在圖1(a)中，假設(shè)矩形ABCD所在平面為乘員觀察鏡的物鏡或裝甲車輛風(fēng)擋玻璃平面，乘員觀察點(diǎn)為點(diǎn)O(對(duì)于潛望鏡，點(diǎn)O是虛擬觀察點(diǎn)，實(shí)際觀察點(diǎn)在目鏡后面)，觀察方向是由點(diǎn)O指向紙內(nèi)。視界就是圖中平面①、②、③和④所圍成的類似四棱錐的幾何空間。

圖1 視界示意圖

GJB59.33中的“橫向視界”就是圖1(a)中平面②與平面④的夾角范圍，也就是圖1(b)中物鏡鏡面左右兩側(cè)的兩條射線之夾角;“垂直視界”則是圖1(a)中平面①與平面③的夾角范圍，也就是圖1(c)中物鏡鏡面上下兩側(cè)的兩條射線之夾角。因此，視界測(cè)定就是測(cè)量與橫向視界和垂直視界相對(duì)應(yīng)的2個(gè)夾角。

1.2 視界的不確定性問(wèn)題

視界與觀察點(diǎn)和物鏡的相對(duì)位置有關(guān)，二者相對(duì)位置的變化必然導(dǎo)致視界的變化，這說(shuō)明視界具有不確定性。圖2(a)和圖2(b)分別為橫向視界俯視圖和垂直視界左視圖。如圖2(a)所示，假定初始觀察點(diǎn)為點(diǎn)O，當(dāng)乘員頭部左右移動(dòng)時(shí)，觀察點(diǎn)可能左移至點(diǎn)P，或右移至點(diǎn)Q，這時(shí)橫向視界測(cè)量值就會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)乘員頭部前后移動(dòng)時(shí)，以向前移動(dòng)為例，當(dāng)觀察點(diǎn)由點(diǎn)O移動(dòng)至點(diǎn)S時(shí)，橫向視界的測(cè)量值都會(huì)增大。類似地，如圖2(b)所示，當(dāng)乘員頭部上下移動(dòng)時(shí)，觀察點(diǎn)O可能移至點(diǎn)M或點(diǎn)N，這時(shí)垂直視界測(cè)量值會(huì)發(fā)生變化。同樣，當(dāng)頭部向前移動(dòng)，由觀察點(diǎn)O移動(dòng)至點(diǎn)S時(shí)，垂直視界的測(cè)量也會(huì)增大。因此，觀察點(diǎn)在橫向、縱向和垂向3個(gè)方向的不確定性決定了視界的不確定性。

圖2 觀察點(diǎn)位置變化對(duì)視界影響示意圖

1.3 視界的確定性問(wèn)題

按照 GJB59.33 第 6.1 條［1］的規(guī)定，對(duì)于潛望鏡視界，只測(cè)量“橫向瞬時(shí)視界”、“橫向最大視界”和“最大垂直視界”;按照 GJB59.33 第 6.2 條［1］規(guī)定，對(duì)于風(fēng)擋玻璃視界，排除人體因素，統(tǒng)一用標(biāo)準(zhǔn)視界燈架替代人體，測(cè)量其橫向視界。也就是說(shuō)，按國(guó)軍標(biāo)要求只測(cè)量規(guī)定狀態(tài)下的視界，而對(duì)于同一被試車輛，規(guī)定狀態(tài)下觀察點(diǎn)的位置是固定的，所以對(duì)應(yīng)的視界也應(yīng)該是確定的，這就要求視界測(cè)量的結(jié)果必須具有確定性。

1.4 障礙物對(duì)視界的影響

視界測(cè)定試驗(yàn)中的障礙物，是指乘員通過(guò)潛望鏡或風(fēng)擋玻璃向外觀察時(shí)，進(jìn)入乘員視野的車體部分。障礙物的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致視界范圍的縮小，直接影響乘員對(duì)地形和路況的判斷，應(yīng)按GJB59.33第6.1條和6.2條規(guī)定測(cè)量車輛的橫向視界和垂直視界，并在視界測(cè)定結(jié)果示意圖中繪制出障礙物的遮擋范圍。

1.5 盲區(qū)、下死界和最近距離的關(guān)系

GJB59.33 第2.2 條［1］明確規(guī)定:裝甲車輛盲區(qū)是指視界以外的范圍，乘員觀察鏡盲區(qū)是指乘員向外直視時(shí)所看到的最近點(diǎn)至觀察鏡物鏡面在地上投影的距離(以下簡(jiǎn)稱“最近距離”)。而下死界是指乘員向外直視時(shí)在車體前方地面以上人眼觀察不到的范圍。

盲區(qū)、下死界和最近距離是3個(gè)含義不同的概念，但三者卻是相互關(guān)聯(lián)的。下死界是盲區(qū)的一部分，最近距離是下死界的量化表示。下死界范圍的大小直接影響駕駛員對(duì)前方路面信息的分析和處理。在進(jìn)行視界測(cè)定試驗(yàn)時(shí)，除了要測(cè)量橫向視界和垂直視界的角度外，還要記錄最近距離。

2 視界測(cè)定試驗(yàn)

GJB59.33只規(guī)定了視界測(cè)定試驗(yàn)的基本程序，在實(shí)際試驗(yàn)中，還應(yīng)注意正確把握和處理以下問(wèn)題。

2.1 基本作圖法

在沒(méi)有經(jīng)緯儀的條件下，通常采用作圖法計(jì)算視界。以下死界和橫向視界測(cè)定為例，先進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作:第一，將車輛停于水平地面，以車首線投影為x軸，以車體左前角投影為坐標(biāo)原點(diǎn)，在地面建立如圖3所示的直角坐標(biāo)系;第二，畫(huà)出橫向視界兩側(cè)邊界在地面的投影線，并在兩條線上分別找出乘員向外直視時(shí)所看到的最近點(diǎn)A、B(對(duì)于風(fēng)擋玻璃，是對(duì)外照明的最近點(diǎn))，記錄點(diǎn)A、B的坐標(biāo)值，連接線段AB;第三，通過(guò)物鏡中心與車體左前角的相對(duì)位置確定物鏡中心在地面上的投影點(diǎn)，并記錄其坐標(biāo)值。

1)下死界測(cè)定。物鏡中心在地上投影點(diǎn)的縱坐標(biāo)絕對(duì)值與點(diǎn)A或點(diǎn)B縱坐標(biāo)之和為下死界對(duì)應(yīng)的最近距離。

圖3 作圖法計(jì)算橫向視界示意圖

2)潛望鏡橫向視界測(cè)定。根據(jù)點(diǎn)A、B和物鏡中心投影點(diǎn)的坐標(biāo)值，算出該3點(diǎn)所在三角形的3個(gè)邊長(zhǎng)，然后按照余弦定理計(jì)算出橫向視界的角度。

3)風(fēng)擋玻璃橫向視界測(cè)定。如圖3所示，在適當(dāng)距離處作直線AB的平行線，與橫向視界兩側(cè)邊界線分別交于點(diǎn)C、D。由點(diǎn)A、B分別向直線CD作垂線，交點(diǎn)分別為點(diǎn)E、F。根據(jù)圖3中的幾何關(guān)系，易知:

橫向視界 =∠CAE+∠FBD。

測(cè)量?jī)善叫芯€的距離d和線段CE、FD的長(zhǎng)度，按正切函數(shù)的定義可求得∠CAE和∠FBD的大小，從而得到橫向視界的角度。

2.2 人為因素影響

2.2.1 駕駛員位置問(wèn)題

在風(fēng)擋玻璃視界測(cè)定時(shí)，GJB59.33 第 6.2.2條［1］只規(guī)定“在駕駛員位置上放置視界燈架”，沒(méi)有對(duì)駕駛員位置做具體規(guī)定。盡管視界燈架的尺寸是固定的，但座椅的可調(diào)性導(dǎo)致視界的不確定性。因此，必須合理確定駕駛員座椅的位置。解決方法有2種:一是按照我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸和車輛操縱要求來(lái)確定座椅的位置(包括垂向高度和縱向位置，可參照 GJB1835－93［2］關(guān)于“坐高”、“坐姿眼高”、“前臂加手前伸長(zhǎng)”等尺寸的規(guī)定);二是以真人模擬，即選定3～5名駕駛員，每名駕駛員按自己使用特點(diǎn)調(diào)節(jié)好座椅位置后進(jìn)行視界測(cè)定試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。

2.2.2 對(duì)風(fēng)擋玻璃視界測(cè)定的認(rèn)識(shí)問(wèn)題

首先，在進(jìn)行風(fēng)擋玻璃橫向視界測(cè)定時(shí)，采用視界燈架測(cè)得的是瞬時(shí)視界，其數(shù)值一般較大，比如某裝甲車輛風(fēng)擋玻璃的橫向視界為115°，乘員不轉(zhuǎn)動(dòng)頭部無(wú)法看到橫向視界的兩側(cè)邊界，而轉(zhuǎn)動(dòng)頭部所測(cè)得的是最大視界，測(cè)量值發(fā)生了變化;其次，風(fēng)擋玻璃視界測(cè)定時(shí)，不能像潛望鏡視界測(cè)定那樣要求駕駛員“護(hù)額貼緊潛望鏡進(jìn)行觀察”，其觀察點(diǎn)的不確定性也使得測(cè)定結(jié)果容易出現(xiàn)較大的差異。因此，風(fēng)擋玻璃視界測(cè)定必須采用視界燈架進(jìn)行測(cè)量。

2.3 試驗(yàn)器材的選用

以視界燈架照明燈泡為例，GJB59.33只規(guī)定燈泡的最小功率為40 W。與潛望鏡相比，風(fēng)擋玻璃往往橫向尺寸較大，且距地較高，加上視界燈架位于駕駛員一側(cè)，車體右側(cè)的照明效果比左側(cè)要差。在進(jìn)行某裝甲車輛風(fēng)擋玻璃視界測(cè)定時(shí)，采用2顆100 W的燈泡照明，車體右側(cè)一個(gè)車寬以外的范圍照明效果逐漸變差，基本滿足試驗(yàn)需要。因此，應(yīng)根據(jù)車體尺寸和試驗(yàn)環(huán)境確定適當(dāng)?shù)臒襞莨β省?/p>

［1］GJB59.33－91裝甲車試驗(yàn)規(guī)程 視界測(cè)定［S］.

［2］GJB1835－93裝甲車輛人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求［S］.