汽車座艙反光問題以及優化手段分析

王松，陳曙光，李炭

(上汽大眾汽車有限公司，上海 201805)

0 引言

隨車汽車技術的發展，車輛智能化以及電子化是趨勢，這要求座艙布置更多數量的以及更大尺寸的屏幕以及帶顯示的零件，進而導致座艙反光問題惡化。而駕駛員獲得的信息80%通過視覺實現，反光會引起行車安全問題甚至導致車禍。如圖1所示，車輛座艙內需要考慮反光分析的電器零件：大燈開關、兩側出風口鍍鉻條以及兩側氛圍燈在側風窗上的反光；儀表、中央屏、氛圍燈、前除霜除霧隔柵在前風窗上的反光，以及儀表、中央屏自身的反光。

圖1 汽車座艙內需考慮反光的零件

1 反光原理

在車輛設計開發中，反光是指車輛在使用過程中，陽光或光線經過反射進入人眼，從而影響車輛行駛的安全性和駕乘舒適性的問題。反光主要有兩種：

(1)直接反光，俗稱漫反射，即陽光或光線直接照射在重要零件表面并反射到人的眼睛中。如圖2所示，陽光從側后風窗照射到中央屏幕上反射到人的眼睛，造成眩目效果。

圖2 中央屏直接反光

(2)間接反光，光線照射到其他零件表面，再反射到前風窗或者側風窗進而再反射到人的眼睛中，稱為二次反光或多次反光。如圖3所示，陽光直接照射到中央屏幕上先反射到前風擋上再反射到人眼睛中，造成前風擋上能看到中央屏，給行車造成困擾，在晚上尤其明顯。

圖3 中央屏間接反光

2 反光分析方法

2.1 基于CATIA Photo Studio的反光定性分析

基于CATIA專業模塊Photo Studio(PHS)進行分析校核。該模塊集成在CATIA中，與CATIA中零件附加材質的功能相互搭配，無需再使用第三方軟件進行處理，可顯著提高分析效率，并且計算結果非常接近真實情況，已可達到反光分析要求。圖4所示是組合儀表在前風窗上的間接反光，組合儀表下部的油量指針和水溫指針反射到人眼向上5°和15°之間的前風擋上，是有問題的。

圖4 CATIA PHS組合儀表在前風擋間接反光分析

如圖5所示，儀表板右側出風口的鍍鉻條間接反射到側風窗，同時正好處于人眼透過側風窗觀察外后視鏡的區域，是有問題的。

圖5 CATIA PHS出風口鍍鉻在側風擋間接反光分析

如圖6所示,是車外光線照射到組合儀表玻璃直接反射到人眼中造成的暈眩效果仿真,可以看到組合儀表玻璃兩側下方不滿足要求。

圖6 Catia PHS組合儀表直接反光分析

2.2 基于CATIA二次開發的反光定量分析

由第2.1節可以看出，CATIA PHS提供了一種可以定性分析反光問題的方法。但作為分析手段，無法提供定量的優化值。比如組合儀表在前風窗上反光，可以建議帽檐增大或者組合儀表往車前移動來解決，如果只使用CATIA PHS定性分析，需要不斷嘗試各優化值進行試錯,需要花費大量時間達到近似最優值。因此某公司基于CATIA二次開發，開發了用于定量分析的三維反光模塊，模塊算法原理如下：

(1)已知射入點、反射曲面和曲面反射點求反射線，其算法原理步驟如表1所示。

表1 已知射入點、反射曲面和曲面反射點求反射線

(2)已知射入點、射出點和反射曲面求曲面反射點，其算法原理步驟如表2所示。

表2 已知射入點、射出點和反射曲面求曲面反射點

在步驟6時，為了達到弧線法線e和弧線法線h之間的夾角為零，需要不斷調整角度x,因此運用CATIA二次開發設計程序語言，自動快速得到結果。

為了方便使用，如圖7所示設計了反光定量分析的用戶使用界面。

圖7 反光技術模型模塊操作界面

3 電子儀表板組合儀表反光優化實例

在某款儀表板基本面的設計完成后，使用CATIA PHS模塊進行反光檢查，發現組合儀表板有反光問題，如圖8所示。

圖8 組合儀表符號在前風擋上反光

為了解決這個問題，有3個解決方法：

(1)在屏幕上貼防反光膜，其原理類似百葉窗原理，使光線只能以特定的角度通過，使用該膜能使光線只能照射到人眼，不能以特定角度照射到前風擋，避免了前風擋上的反光。

(2)組合儀表往車前移動，組合儀表板在前風擋的反光區域被帽檐擋住。

(3)組合儀表不動，帽檐往車后變大，組合儀表板在前風擋的反光區域被擋住。

最終因為考慮成本以及組合儀表與管橫梁很近的原因，所以采用帽檐增大的方案。

以組合儀表板反光點為射入點,人體眼點為射出點,前風窗玻璃內表面為反射曲面,使用自行設計的反光模塊,得到需要考慮的組合儀表反光在前風窗上的反光點以及相應的入射線和射出線，最后連成反光曲面，如圖9所示。

針對得到的反射曲面，為了避免反光，建議帽檐增大擋住反光曲面。最后帽檐增大后的組合儀表反光如圖10所示,解決了反光問題。

圖9 帽檐沒有擋住得到的反光曲面

圖10 組合儀表符號在前風擋上無反光

4 結論

本文作者論述了車輛座艙內反光形成的原理以及直接反光和間接反光的兩種情況，分別介紹了定性和定量兩種分析反光的方法，最后運用該方法對一實例進行分析，為該方法在整車內飾布置開發的推廣使用提供了參考。