基于Ramsis軟件的汽車組合儀表可視性優化

田林枝 黃超俊

（北京寶沃汽車股份有限公司）

汽車組合儀表是顯示時速、油耗、水溫、燈光、空調及故障等信息的載體，在正常駕駛時，駕駛員需能夠不轉動頭部即可獲取組合儀表信息。組合儀表可視性的優劣影響駕駛員獲取汽車狀態的速度，信息獲取的時間越長，則駕駛員的反應時間越長，處理突發事件的能力就越差，因此良好的組合儀表可視性對駕駛的安全性及良好的駕乘體驗有著重要的意義。文章針對組合儀表可視性中的反光炫目問題，基于Ramsis感知模塊進行校核和優化，其操作簡單，接近汽車實際情況，有利于組合儀表的前期布置。

1 組合儀表可視性概述

組合儀表在布置時，其可視性主要包含組合儀表盲區及組合儀表反光炫目兩方面。組合儀表盲區在SAEJ1050—2003標準[1]中有詳細的規定，組合儀表需不被盲區遮擋，駕駛員在駕駛姿勢時可直接觀察到組合儀表區域；組合儀表炫目即駕駛員在駕駛姿勢時，組合儀表面在白天需不發生反光現象從而不影響信息觀察。此外，組合儀表布置時還應考慮夜晚其在側風窗成像需不影響駕駛員觀察外后視鏡。此次研究主要針對組合儀表的可視性，因此組合儀表在側風窗成像暫不贅述。

目前主要根據SAEJ1050—2003標準，通過CATIA[2]及UG[3]對組合儀表盲區進行校核，方法較成熟，而對組合儀表反光炫目的校核還未有統一的校核方法，常用的校核方法為利用光線入射與反射的幾何原理在CATIA中校核，從前風窗玻璃或側風窗入射的光線經過儀表罩后，如果被儀表表面反射后不會與眼橢圓相交，就不會產生反光現象。這種校核方法比較復雜，校核任務量大。也有部分應用UG人機模塊進行校核的方法，校核相對簡單，但是這2種校核方法采用的是95%眼橢圓[4]外擴50 mm，存在校核嚴苛，不利于組合儀表布置的缺點，與實際反光炫目的情況相差較大。Ramsis軟件因具有操作容易、效率和準確度高、與實際結果相吻合的特點，能夠較好地應對以上問題。

2 組合儀表可視性影響因素分析

2.1 反光原理介紹

組合儀表反光為自然光照射到儀表或儀表面罩上，并經其反射進入人眼，影響駕駛員觀察儀表顯示。組合儀表反光原理，如圖1所示。

圖1 汽車組合儀表反光原理示意圖

2.2 反光影響因素

R點、前風窗、側風窗一定時，反光主要由組合儀表角度及組合儀表帽檐決定。組合儀表的角度決定反射光線的方向，組合儀表帽檐決定對入射光線的遮擋作用。

2.2.1 組合儀表

目前市面上主要有傳統機械式儀表及液晶儀表2種。

傳統機械式儀表的表面都會加裝儀表面罩進行防塵等保護，前風窗及側風窗的光線經過儀表面罩進行反射，儀表面罩的角度決定反射光線的位置。儀表面罩與水平面的夾角越大，反光的風險越小。圖2示出不同形式的組合儀表面罩反射光線對比。從圖2可看出，下俯式儀表面罩比上仰式儀表面罩的反光風險小，下俯式反射光線下行可避開人眼，上仰式反射光線射入人眼的概率大。

圖2 不同形式的汽車組合儀表面罩反射光線對比

液晶儀表以其靈活及豐富的信息顯示功能，應用得越來越廣泛。液晶儀表屏可不設儀表面罩，圖3示出不同儀表角度的反射光線對比。從圖3中可以看出：儀表面與水平面的角度（α）越大，反光的風險越小；而當布置條件受限，儀表的角度無法避免反光時，則可加裝下俯式儀表面罩來進行設計優化，如圖4所示。

圖3 不同儀表角度的反射光線對比

圖4 有無組合儀表面罩的反射光線對比

2.2.2 組合儀表帽檐

組合儀表帽檐越高，對入射光線的遮擋程度越大，越不容易發生反光眩目，但是帽檐的高度和造型的美觀性需要統一協調考慮。

3 基于Ramsis的汽車組合儀表可視性分析

3.1 Ramsis reflection功能介紹

Ramsis reflection為Ramsis感知模塊下計算反光成像的功能命令，其利用反射原理可對車內光環境進行計算。首先建立人體，其次輸入入射光線和反射鏡面，通過計算則可得出是否有反射光線進入人體，同時可顯示反射鏡面具體的反光位置和面積，以及入射光線的具體位置和面積。車內校核前風窗、側風窗在組合儀表的反光，組合儀表在前風擋成像均可使用該命令進行計算。除此之外，在校核組合儀表反光時，還可計算儀表帽檐對入射光線的遮擋作用。

3.2 駕駛員人體模型的選取

進行組合儀表反光眩目校核時，首先需建立人體，根據市場定位選擇不同的年份、國別、性別、年齡段、身高。人機設計應同時滿足身高為95%、50%男性及5%女性人體使用。以面向中國中青年市場為例，車輛開發周期約為3年，因此選擇2022年中國身高為95%和50%的男性、5%的女性，年齡段為26—35歲。

3.3 可視性分析

3.3.1 駕駛姿態約束

人體模型建立后，需對各人體模型進行駕駛姿態約束，模擬真實的駕駛場景，約束任務如下：1）H點約束在座椅行程上；2）右腳踏點約束在油門踏板上；3）右腳踵點約束在地毯上；4）左腳踏點約束在歇腳踏板上；5）左腳踵點約束在地毯上；6）雙手約束在轉向盤上；7）視線點約束在組合儀表上；8）身體轉動角為0。約束完成后通過計算得出各人體模型的實際駕駛姿態，如圖5所示。

圖5 駕駛姿態模擬圖

3.3.2 組合儀表反光眩目計算

組合儀表反光眩目的入射光線主要來自前風擋和側風擋，另外組合儀表帽檐對入射光線有遮擋的作用，因此在校核操作時，入射光線的來源選擇前風擋的透明區域、側風擋的透明區域及儀表帽檐，反射鏡面選擇組合儀表面。通過計算得出組合儀表反光眩目的區域，如圖6所示。

圖6 組合儀表反光眩目區域

4 組合儀表可視性優化

4.1 反光炫目校核結果

某新能源車型采用液晶組合儀表，通過Ramsis軟件進行反光校核發現，儀表左上角區域存在反光現象，反光區域的入射光線來自左前側風窗，且實車主觀評價顯示的反光區域與軟件校核的結果基本一致，如圖7所示。分析結果顯示，5%女性看到的反光區域最大，如圖8所示。

圖7 汽車組合儀表反光的軟件校核結果與實車反光現象對比

圖8 不同人體看到的汽車組合儀表反光區域

4.2 優化方案

從仿真結果可以看出，反光區域的入射光線來自左前側風窗后側上部區域，無法通過增加帽檐高度進行遮擋，如圖9所示。因此可通過更改組合儀表角度進行優化。

圖9 汽車組合儀表入射光線與帽檐的關系

組合儀表與水平面夾角越大，反光的風險越小，通過Ramsis軟件分別模擬不同的組合儀表角度，5%女性看到的反光區域，如圖10所示。當5%女性的校核結果不反光時，50%及95%男性亦可避免反光。從軟件仿真結果來看，將液晶組合儀表從原位置向人體旋轉5°時，反光區域已避開儀表面。因此選用液晶組合儀表旋轉5°的方案。

圖10 汽車組合儀表不同角度反光區域

5 結論

組合儀表反光是汽車人機工程校核的一項重要內容。文章探討了組合儀表反光的影響因素主要為組合儀表罩/組合儀表與水平面的夾角以及組合儀表帽檐的高度。角度越大，組合儀表反光的風險越小，帽檐越高，對入射光線的遮擋越多，該研究為組合儀表反光提供了優化方向。另外介紹了一種基于Ramsis軟件校核車內組合儀表反光炫目的方法。該方法通過工程驗證準確度較高，能有效提高設計效率，減少設計反復，得到更直觀、準確的結果，具有操作容易、效率高、準確度高、與實際結果相吻合的特點。運用該方法能夠在較短時間內對組合儀表進行反光炫目的校核，并快速制定優化方案，大大縮短了汽車前期的研發周期。