關(guān)于汽車組合儀表視野倒影問(wèn)題的分析及優(yōu)化

方宜學(xué)，白 逾，楊 義

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330000）

引言

隨著當(dāng)前汽車智能網(wǎng)聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，汽車的新四化越來(lái)越凸顯重要，智能化、電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化已經(jīng)成為汽車行業(yè)的主旋律。而組合儀表作為與駕駛員最直接的交互方式之一，科技的進(jìn)步對(duì)它提出了更高的要求，同我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)一樣，它的屏幕越來(lái)越大。由于使用環(huán)境的復(fù)雜化，不可避免地出現(xiàn)了一些視野問(wèn)題，同時(shí)駕駛員對(duì)它的要求也越來(lái)越高，這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程中更應(yīng)該注重它的人機(jī)工程，而在常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)往往忽略組合儀表曲面玻璃罩的問(wèn)題進(jìn)行分析，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)之初會(huì)疏忽儀表曲面玻璃罩倒影的問(wèn)題，進(jìn)而可能會(huì)影響駕駛的安全性。故本文將利用光學(xué)原理來(lái)分析儀表曲面玻璃罩帶給駕駛員的視野問(wèn)題，并結(jié)合人機(jī)工程進(jìn)行優(yōu)化，盡可能提升駕駛過(guò)程中的人機(jī)舒適性。

1 駕駛員視野

駕駛員視野在汽車設(shè)計(jì)過(guò)程中是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它在駕駛員駕駛感受及安全駕駛方面有極其重要的作用。它主要包括前視野、間接視野（外后視鏡，內(nèi)后視鏡）、儀表視野（儀表關(guān)鍵信息的讀取）及A柱視野（A柱障礙角）。每個(gè)視野的設(shè)計(jì)都與駕駛員息息相關(guān)，它關(guān)系著駕駛安全性及規(guī)范性。設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)太多與駕駛無(wú)關(guān)的信息，不僅會(huì)造成駕駛員駕駛過(guò)程中信息讀取的困難，嚴(yán)重還會(huì)影響駕駛安全性[1]。

較小的前視野及A柱視野會(huì)造成駕駛盲區(qū)增大，影響駕駛員對(duì)前方車況的觀察；間接視野不滿足法規(guī)要求又會(huì)造成超車、倒車及變道時(shí)的危險(xiǎn)；儀表視野出現(xiàn)較多的干擾信息往往會(huì)影響駕駛員的判斷，所以駕駛員的視野在汽車設(shè)計(jì)中非常重要[2]。

圖1 駕駛員視野

2 組合儀表視野倒影問(wèn)題研究

2.1 常見(jiàn)的反光問(wèn)題

組合儀表常見(jiàn)的反光問(wèn)題有[3]：

（1）組合儀表曲面玻璃眩目，指組合儀表曲面玻璃折射經(jīng)過(guò)前擋風(fēng)玻璃、側(cè)窗、天窗等的入射光線而進(jìn)入眼橢圓，造成組合儀表上顯示內(nèi)容（或部分）視認(rèn)性差，多發(fā)生在白天或外界光線較強(qiáng)時(shí)。

（2）組合儀表曲面玻璃倒影，指方向盤、組合開(kāi)關(guān)、座椅靠背、駕駛員（鮮艷衣物）等經(jīng)組合儀表曲面玻璃反射后進(jìn)入眼橢圓。影響組合儀表顯示內(nèi)容的視認(rèn)性，尤其是在被倒影物質(zhì)光澤度較高或與周邊色對(duì)比強(qiáng)烈時(shí)必須避免。

（3）儀表燈光眩目，指儀表上顯示強(qiáng)光經(jīng)前擋風(fēng)玻璃等反射后進(jìn)入眼橢圓，多發(fā)生在夜晚或外界光線較弱時(shí)。

這些問(wèn)題的存在都將影響到駕駛過(guò)程的安全性，故在前期設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行校核，避免后期產(chǎn)生炫目問(wèn)題，影響安全駕駛。本文將針對(duì)問(wèn)題2進(jìn)行研究及分析，并尋求相應(yīng)解決方案

2.2 問(wèn)題場(chǎng)景研究

組合儀表玻璃罩為了可視清晰，設(shè)計(jì)時(shí)為拋光曲面玻璃。晴天，由于外界光線較強(qiáng)，而車內(nèi)光線較暗，此時(shí)車內(nèi)顏色較鮮艷的物體或駕駛員的衣物會(huì)成像于組合儀表玻璃面。當(dāng)玻璃面角度或曲率不合理時(shí)，成像會(huì)落入人體眼橢圓，被駕駛員識(shí)別。

圖2 組合儀表曲面玻璃倒影

2.3 眼橢圓的繪制

由于在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮不同體態(tài)人體的眼睛位置，而眼橢圓是描述不同身材駕駛員眼睛在空間上相對(duì)車輛內(nèi)部參考點(diǎn)位置的一種統(tǒng)計(jì)表示法。故校核前首先需要完成駕駛員眼橢圓的繪制，根據(jù)眼點(diǎn)的分布情況，分為 90 %、95 %、99 %眼橢圓。而我們一般會(huì)采用95%及99%的眼橢圓作為校核參考，以保證設(shè)計(jì)可以滿足大多數(shù)的人體。本文采用95%的眼橢圓來(lái)完成問(wèn)題的研究。

眼橢圓的中心點(diǎn)主要與駕駛員的軀干中心點(diǎn)即R點(diǎn)、踵點(diǎn)即駕駛員AHP點(diǎn)、拇指點(diǎn)及BOF點(diǎn)、方向盤的中心SWC、駕駛員的靠背角以及座椅行程有關(guān)[4]。

圖3 駕駛員眼橢圓

本次眼橢圓的繪制可通過(guò)UG軟件中相應(yīng)的模塊直接輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成眼橢圓的繪制（如圖4）。

圖4 眼橢圓繪制

2.4 組合儀表玻璃倒影校核

眼橢圓繪制完成后將利用CATIA完成組合儀表玻璃面的校核。校核原理為利用光的反射原理來(lái)模擬方向盤、組合開(kāi)關(guān)、座椅靠背、駕駛員（鮮艷衣物）是否會(huì)在儀表玻璃面罩成像后進(jìn)入眼橢圓，從而被駕駛員看到。

校核步驟：

（1）分別在組合儀表玻璃面罩及眼橢圓取若干點(diǎn)。

（2）以眼橢圓外廓點(diǎn)作為入射點(diǎn)，組合儀表玻璃面罩為反射面，做若干入射線與反射線。

（3）在側(cè)視圖上觀察是否有反射光線與方向盤、組合開(kāi)關(guān)、座椅靠背、駕駛員（鮮艷衣物）干涉。如果反射光線無(wú)干涉，則說(shuō)明基本不會(huì)通過(guò)組合儀表玻璃面罩成像而被駕駛員觀察到；如果干涉光線可以被儀表裝飾罩遮擋，也說(shuō)明駕駛員無(wú)法觀察到。

校核結(jié)果（如圖5）發(fā)現(xiàn)，人體的衣物及方向盤均會(huì)成像進(jìn)入人體眼橢圓，從而影響駕駛員的駕駛安全性，需優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖5 校核結(jié)果

2.5 優(yōu)化分析及優(yōu)化方案

2.5.1 優(yōu)化分析

根據(jù)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)前設(shè)計(jì)不滿足人機(jī)要求，其主要原因可能是：

（1）組合儀表位置靠后，反射光線無(wú)法被組合儀表罩遮擋，導(dǎo)致反射光線與方向盤及人體干涉，需通過(guò)調(diào)整組合儀 表位置X向來(lái)優(yōu)化。

（2）組合儀表玻璃面罩角度及曲率設(shè)計(jì)不合理，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整曲面玻璃角度及曲率來(lái)達(dá)成解決方案。

2.5.2 優(yōu)化方案

由于儀表管梁結(jié)構(gòu)限制，導(dǎo)致組合儀表位置無(wú)法調(diào)整，故本次通過(guò)調(diào)整組合儀表曲率及角度（如圖6）實(shí)現(xiàn)。

圖6 優(yōu)化方案

通過(guò)對(duì)曲率及角度的調(diào)整，完成優(yōu)化方案，優(yōu)化后反射光線除被儀表裝飾罩遮擋后，其余光線與駕駛員及方向盤無(wú)干涉，且實(shí)車評(píng)審OK，優(yōu)化方案可行。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了保證駕駛員駕駛安全性，駕駛員的視野設(shè)計(jì)及研究非常重要。本文主要介紹了汽車組合儀表玻璃面罩倒影問(wèn)題的研究及優(yōu)化方案，而隨著汽車科技的進(jìn)步，屏幕的尺寸越來(lái)越大，汽車視野將顯得越來(lái)越重要。通過(guò)前期理論分析并利用軟件（CATIA、UG、SPEO等）來(lái)進(jìn)行前期的視野問(wèn)題發(fā)現(xiàn)及優(yōu)化有著非常重要的意義，在設(shè)計(jì)前期充分考慮一些視野因素，避免車輛成型之后，支付巨額費(fèi)用進(jìn)行模具修改，同時(shí)更好地服務(wù)于客戶。