汽車組合儀表布置和光學分析

方星 宋建新

【摘 要】汽車組合儀表是汽車零件中最重要的功能部件之一，是駕駛員和汽車進行信息交流的重要接口和界面，為駕駛員提供汽車運行中的各種參數、指示汽車運行狀態、提供故障警示等信息，是駕駛員了解汽車運行狀況信息最直接的信息窗口。文章主要介紹了汽車組合儀表的布置方法，并詳細對比了2種組合儀表可視視野的校核方法；同時，對組合儀表可能產生的反光進行分析，進而在組合儀表帽檐和護罩設計方面提出解決方案，為后續車型的設計提供參考和借鑒。

【關鍵詞】組合儀表；布置；視野；反光

【中圖分類號】U463.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）06-0104-03

0 引言

汽車組合儀表是駕駛員獲取汽車狀態信息的重要設備。它對汽車的安全、經濟行駛起著重要作用，是汽車主動安全的關鍵設施。在汽車安全駕駛過程中，駕駛者和汽車、儀表顯示等構成了人機系統。對于我國這樣一個車輛保有量急劇增加、交通配套設施尚在建設中、事故多發的國家而言，汽車安全關注度的提升對用戶和社會有著極其重要的意義。

1 組合儀表布置

1.1 組合儀表布置原則

組合儀表布置的大致原則是不同百分位駕駛員在正常駕駛姿態時，能方便地通過方向盤觀看組合儀表，同時要求組合儀表表盤面盡可能大，各類指針和讀數清晰明了。以上原則轉化為組合儀表的具體布置要素有3條：一是眼橢圓與組合儀表表盤面的目視距離；二是眼橢圓與組合儀表表盤面的目視角度及下視角；三是組合儀表表盤面的大小。

1.2 目視距離的確定

組合儀表表盤面的目視距離是指組合儀表表盤面中心與眼橢球中心2點連線的距離。經驗表明，乘用車應控制在770～820 mm，建議取最佳值為780 mm，其他車型的距離控制在800～840 mm，太遠或太近都容易讓駕駛員產生視覺疲勞。

1.3 目視角度及下視角的確定

眼橢圓與組合儀表表盤面的目視角度由儀表盤中心與眼橢圓中心連線確定。研究表明，當視線與觀察物平面垂直時有效認讀誤差最小，故儀表盤平面與儀表盤中心與眼橢球中心連線的夾角一般控制在90°±10°，建議取最佳值90°；同時，駕駛員在觀察組合儀表時的下視角不能太大，否則將產生視覺疲勞進而引發交通事故，經驗表明下視角一般控制在18°～21°，建議取最佳值為20°。

1.4 表盤面大小的確定

組合儀表表盤面越大，能顯示的信息量就越大，同時儀表區的指針、圖標、讀數字體將越大，這樣能給駕駛員提供一個清晰明了的儀表區域，減少駕駛疲勞進而增強行車安全。但表盤面也不能無限增大，在組合儀表目視距離和目視角度及下視角確定的情況下，其大小還受因方向盤布置而產生的儀表盲區的影響。

儀表盲區是指駕駛員觀察儀表盤上的儀表和顯示信號燈時，駕駛員的視線受方向盤的阻擋而形成的區域，儀表盤上儀表和顯示信號燈應布置在此盲區以外。依據方向盤的形狀，儀表板盲區由方向盤輪緣形成的障礙區和方向盤輪轂形成的障礙區組成。

通過方向盤計算組合儀表限制面的方法，主要有以下2種。

1.4.1 方法一：使用UG package模塊

打開UG界面，點擊總布置模塊中的組合儀表可視性校核分析工具圖標 。選擇校核組合儀表視野的眼橢圓。選擇組合儀表表盤基準面。定義方向盤運算類型，一般選取線條形式（不會出錯，運算時間相對少）。選擇方向盤外徑線，選擇方向盤內徑線。選擇方向盤最高點的Y向平面（SWC點Y坐標）輪輞截面線，截面線為閉合曲線。選擇方向盤中心點，即SWC點。選擇方向盤輪轂上的表面線，表面線為封閉曲線。定義生成組合儀表視野限制面的顏色。自動生成組合儀表限制面（如圖1所示）。組合儀表表盤需要顯示給駕駛員的信息（如車速、轉速、轉向燈、液晶顯示等信息）都必須在此限制面內。

1.4.2 方法二：使用雙眼眼橢圓中心視野相交

打開UG界面，抽取左、右眼橢圓中心點。抽取方向盤輪廓。通過 命令，分別用左、右眼橢圓中心點和方向盤輪廓線做曲面。通過 命令，延長所做的曲面，并與組合儀表顯示平面相交，限制面即可完成，并可查看組合儀表是否滿足視野要求（如圖2所示）。

經過測量對比，方法二將獲得更大的儀表視野限制面（大8 mm），推薦使用。

需要注意的是，有些小型車由于尺寸限制無法提供足夠大的儀表區域時，可考慮在中控臺上增加一個小儀表，如“鈴木奧拓”等。

通過上述的布置，組合儀表的位置和大小基本可以確定。此外，還需要考慮方向盤上下/前后調節時，轉向管柱是否與組合儀表干涉。

2 組合儀表光學分析

在汽車駕駛艙布置及人機工程光學分析中，結合車輛內部環境及外部光源情況，主要考慮2個方面的要求：？譹？訛避免外部光源影響儀表的觀察；？譺？訛避免夜間儀表背光影響駕駛員的視野。筆者以某車型的組合儀表光學分析過程為例，系統講述組合儀表在駕駛艙布置中的光學分析過程。

組合儀表光學分析包含白天反光和晚上反光校核，其中晚上反光校核包括組合儀表晚上反光至前擋風玻璃和側窗玻璃的校核。

2.1 組合儀表白天反光校核

在白天正常駕駛的環境下，車輛的外部最大光源是太陽光。太陽光對組合儀表的影響主要體現在當強烈的陽光直接照射在組合儀表表盤面上時，盤面及刻度、標識、數字等亮度增大，彼此間的對比度降低，造成駕駛員對刻度、標識、數字的識別困難，嚴重影響行車安全，所以避免表盤上的刻度、標識、數字被強烈陽光直接照射，為白天反光校核首要考慮的內容。

直射到表盤上的陽光可能來自前擋風玻璃或者側窗的方向，來自側窗的陽光一般為早晨或者傍晚的陽光，光線的強度不高，且照射到表盤的概率較低，所以一般情況下不考慮此種情況對儀表的影響，我們重點考慮中午時段來自前擋風玻璃的陽光。

組合儀表的表殼形式因為內飾造型及結構設計的差異而有所不同，然而不是每種造型的組合儀表表殼都需要分析反光。依據光的入射、反射原理，表殼面方向偏上的類型才有可能發生炫目的情況。

2.1.1 對于玻璃曲面上小下大式的組合儀表

照射到組合儀表上的陽光一部分穿透透明的表殼照射到儀表內部，另一部分直接被表殼的外表面反射出去，這一部分反射出去的光線也是我們需要關注的重點，必須保證這一部分光線不能進入人眼中，否則將使人產生嚴重的眩目，即駕駛員通過表殼看到了太陽的虛像（如圖3所示）。

2.1.2 對于玻璃曲面上大下小式的組合儀表

應滿足駕駛員身體倒影不會影響組合儀表的觀察，如圖4所示。

這種組合儀表需要考慮炮筒鍍鉻的情況，從前擋發出的光在鍍鉻件上進行了二次傳遞，形成了一個間接光源，應盡量避免炮筒內圈鍍鉻設計。

2.2 組合儀表晚上反光分析

2.2.1 組合儀表晚上反光至前擋風玻璃分析

晚上組合儀表發出的光線在前擋風玻璃上所成的虛像不會影響駕駛員前方視野（如圖5所示）。

2.2.2 組合儀表側窗反光分析

在三維設計軟件中（以UG為例），可以采用反射數據命令較快速地做出量化的分析，選取眼橢圓中心作為眼點位置；選取表盤發光的數據及儀表板的遮光邊界結構作為反射分析對象；選取側窗玻璃內表面作為反射物體進行反射分析，可做出儀表發光數據在側窗上的投影，再做出后視鏡鏡面沿視線方向在側窗上的投影，即可對比判斷分析出背光對外后視鏡觀察的影響。晚上組合儀表發出的光線不會在側窗玻璃上形成虛像影響駕駛員觀察外后視鏡（如圖6所示）。

（1）打開UG界面，點擊總布置模塊中的組合儀表反光校核分析工具圖標 。

（2）分別選擇眼點、組合儀表晚上發光邊界線和組合儀表遮光罩邊界線及側窗玻璃，軟件運行后，在側窗玻璃上形成反光倒影，最后把組合儀表遮光罩里面的反光倒影沿著眼點拉伸至外后視鏡。

（3）拉伸面與外后視鏡沒有交線，或拉伸面在外后視鏡鏡面上的投影占外后視鏡鏡面面積≤10%，晚上組合儀表在側窗玻璃上的反光不會影響駕駛員觀察外后視鏡。

（4）拉伸面與外后視鏡有交線，且拉伸面在外后視鏡鏡面上的投影占外后視鏡鏡面面積>10%，晚上組合儀表在側窗玻璃上的反光倒影會影響駕駛員觀察外后視鏡，應優化組合儀表護罩結構及外后視鏡位置，直到滿足反光要求。

為得到一個更直觀、更接近真實的結果，我們需要借用SPEOS的虛擬實驗室模塊來進行人眼視覺的仿真。主要步驟如下：將需要的數據導入SPEOS中；設置外部光源參數；將內飾數據賦予上材質參數；設置亮度感應器；設置組合儀表背光光源參數；設置仿真參數并計算；進行結果分析（如圖6所示）。圖6中儀表背光的虛像有小部分與外后視鏡重疊，需要進行優化。兩者的相對關系優化主要可從外后視鏡耳朵高度位置及儀表板的遮光特征優化這2個方面著手。

3 結語

本文講述了汽車組合儀表的布置方法，同時對駕駛艙總布置和人機工程分析中與組合儀表相關的反光問題，給出了較完備的分析方法及解決方案，能指導后續車型設計，有效地提高效率的同時減少反復設計。

參 考 文 獻

[1]GB 11562—2014，汽車駕駛員前方視野要求及測量方法[S].

[2]SAE J941—2002，Motor Vehicle Drivers Eye Lo-

cations[S].

[3]黃金陵.汽車車身設計[M].北京：機械工業出版社，

2007.

[責任編輯：陳澤琦]