整車人機工程視覺舒適性設計方法

趙愛霞

隨著新型顯示技術及數字液晶屏的迅猛發展，新車型造型主推大尺寸無帽檐雙聯屏、三聯屏，甚至曲面屏。座艙的智能化發展給視覺舒適性問題的識別及應對方案帶來了巨大挑戰。同時，市場在售車型出現大屏日間反光、夜間成像的客戶抱怨點。嚴重的視覺舒適性問題將影響到客戶的用車安全。介紹了在整車人機工程新產品開發過程中對視覺舒適性設計的管控方法，并運用虛擬工況評審，對開發車型進行主觀評價。關鍵詞： 視覺舒適性;炫目;視覺遮擋;風窗投影;主觀評價

0 前言

隨著智能座艙及虛擬顯示技術的迅猛發展，整車的設計理念逐漸轉向追求科技化和智能化。車載顯示設備的尺寸越來越大，設備數量越來越多，且出現顯示屏無帽檐化的發展趨勢。 這種設計趨勢帶來了新的客戶抱怨點。很多汽車駕駛員在白天駕車時發現顯示屏明晃刺眼，在夜間則發現在前風窗玻璃或側風窗玻璃上有顯示屏投影。當日間眩目點和夜間投影出現在駕駛員的前方或側方視野內時，會給用戶的正常駕駛帶來安全隱患[1]。這是整車人機工程開發中非常重要的駕駛員視覺舒適性問題。

1 視覺舒適性問題概述

在正常駕駛過程中，用戶需要通過眼睛感知路況及駕駛環境，讀取車輛顯示屏的有效信息，并作出正確的判斷與駕駛操作，所以視覺舒適性對于整車的有效控制非常重要。視覺舒適性問題可分為4類：炫目（Glare）、風窗投影（Reflection）、視野遮擋（Obscuration）、泛白（Washout/Haze）。在整車人機工程學中，這4類問題被統稱為“GROW”。

（1）炫目干擾。當環境光或者太陽光入射到車內，經過顯示屏或者鍍鉻飾條等具有高反射率的零件表面反射，反射光進入駕駛員眼睛。若視野內有強光照射，則人眼會產生刺目等不舒適感及視覺障礙現象，這種現象被稱為“炫目干擾”（圖1）。炫目干擾會影響整車行車安全，并會損害用戶身體健康，其危害性較大，在設計過程中應該堅決避免。

（2）投影干擾。該現象可分為夜間投影與日間投影。如圖2所示，夜間投影現象是指在環境陰暗條件下，由車內顯示屏、開關背光、燈光，以及其他發光源在前方風窗玻璃和側方風窗玻璃上形成影像。如圖3所示，日間投影現象是指陽光直射到車內部件表面，如組合撥桿、方向盤等，由于零件的特征棱線、分縫線、分界線或分色造成有對比度的影像，在風窗玻璃、顯示屏，以及儀表透明罩（LENS）上產生薄紗成像效應。

（3）視野遮擋。如圖4所示，該現象是指觀察組合儀表、娛樂大屏，以及開關的直接視野被方向盤、換檔機構、周邊飾板等部件遮擋的狀態。

（4）泛白。如圖5所示，泛白現象是指因環境光入射到車內顯示屏表面，在其表面發生漫反射，形成混沌狀的光斑，影響駕駛員讀取顯示屏信息，甚至造成行車危險。影響泛白的主要因素有：①環境光強度;②屏幕位置、曲率和角度;③屏幕顯示亮度及畫面對比度。

2 視覺舒適性開發方法

2.1 視覺舒適性開發

在造型主題草圖設計階段，顯示屏配置及位置、風口及裝飾條的位置已經初步確定。因此，視覺舒適性開發在造型設計意圖討論階段就需要人機工程師的介入，應對方案設計進行視覺舒適性工程的開發。如果在虛擬開發階段管控不到位，則對于在實車階段發現的視覺舒適性問題只能進行細微優化。如要徹底解決視覺舒適性問題，則會引起儀表板整體造型和結構設計的較大改變，嚴重影響到項目的正常開發進度，甚至會產生百萬元級的工程更改費用。整個視覺舒適性開發可以分為以下3個階段。

（1）前期策略及目標定義階段。基于架構乘員布置硬點，工程師須完成前風窗A、B區和側車窗外后視鏡觀察區的繪制（圖6）;利用光學反射幾何原理，借助工程軟件完成簡單的光路傳遞分析，或者利用專業OPTIS光學分析軟件，完成1輪簡單的GROW狀態模擬;架構集成管控儀表、各種顯示屏幕、風口位置和角度布置，限制造型及內飾件色彩材質定義，盡量避免內飾表面及裝飾件采用高光澤度材料，確保造型主題不存在嚴重視覺舒適性問題。

（2）中期視覺舒適性開發階段。在造型主題確定至造型凍結前，工程師須伴隨造型開發，完成組合儀表、中控屏等信息系統的炫目、風窗投影、視野遮擋、泛白等幾何方法校核，在造型凍結前解決物理光學幾何問題。數據開發階段的虛擬校核對于解決視覺干擾問題至關重要，可規避重大視覺舒適性問題。在造型伴隨期間，工程師須完成2～3輪完整OPTIS軟件虛擬校核分析。在造型凍結前，工程師應支持造型意圖的實現，并支持整車A級曲面及內飾件色彩材質的定義。

（3）樣車制造階段。在該階段，工程師應完成組合儀表、顯示屏等信息顯示系統的炫目、風窗投影、視野遮擋、泛白現象的實車驗證，規避視覺舒適性問題，并進行部分視覺舒適性遺留問題的優化。

2.2 視覺舒適性開發關鍵控制

與視覺舒適性相關的核心部件主要有儀表、娛樂大屏等，其初始的布置位置由人機工程師進行推薦并進行最終確認。具體的視覺舒適性開發關鍵控制包括以下幾個方面。

（1）儀表布置過程及關鍵控制參數。如圖7所示，A1為顯示屏下視角度，角度一般控制在30 °以內;A2為顯示屏直接視角，角度一般控制在90±5 °，但無帽檐液晶顯示屏的角度須進一步減小，以避免炫目問題;L1為顯示屏視距，距離一般控制在750 mm之內。中控屏布置一般只控制A1下視角。

（2）娛樂信息屏布置過程及關鍵控制參數。如圖8所示，信息屏的下視野角度A4角度的要求同A1;直接視角A5角度的要求為90±10 °，且需要針對炫目結果及直接視野舒適性的要求進行平衡調整;中控屏右視角度A6角度應控制在60 °以內。

2.3 視覺舒適性虛擬分析工況

視覺舒適性虛擬分析校核可以使用CATIA、OPTIS、CAVA、UG等軟件，分別用于校核95%眼橢圓[2]極限眼點，并應以最惡劣的眼點做結果評估（圖9）。

在虛擬開發階段，視覺舒適性分析工況可參考表1所示的參考條目進行分析控制。

2.4 視覺舒適性問題判定

在完成以上重點區域零部件的虛擬校核后，工程師需要對視覺舒適性問題進行校核判定。具體的視覺舒適性問題判定標準如表2所示。

2.5 視覺舒適性問題優化

在進行虛擬校核時，如果發現不可接受問題，如大面積炫目、風窗外后視鏡觀察區域成像等，工程師必須針對此類問題進行優化，推進造型及相關工程師采取必要的修改措施。如增加帽檐長度，改變風窗透明區大小及角度，改變顯示屏的位置及角度，對屏幕表面進行特殊化處理等，并結合實物進行模擬驗證，以確認方案有效。具體視覺舒適性問題的優化有以下幾種方式。

（1）解決顯示屏炫目問題的核心工程方案是阻斷光線傳遞路徑，改變玻璃透明區邊界，優化顯示屏位置及角度，如圖10所示。如考慮到造型主題平衡，需要接受炫目狀態，則應對顯示屏的表面處理工藝進行優化調整。例如，增加減炫目/減反射膜，對內飾高反射率的鍍鉻飾條采用亞光電鍍或噴銀漆處理以降低炫目度等。

（2）如圖11所示，成像問題的解決主要通過優化玻璃位置、角度、曲率及發光零件的位置來進行，使燈光反射在玻璃上的成像產生集聚，減小成像面積，弱化成像產生的影響。在儀表板前端的除霜、除霧風口的日間成像無法規避，設計原則是越靠近前風窗下邊緣越好，以避開駕駛員的核心視野領域。但是，由于除霜、除霧風口太靠近前風窗會影響到除霜、除霧效能，因此在設計過程中須結合項目的實際要求來平衡各設計方的訴求。夜間成像優化主要通過調整顯示屏的位置和角度，以及調整顯示屏帽檐的長短設計來阻斷顯示屏管路通過光線反射進入人眼。如果顯示屏造型采用無帽檐設計，則需要增加屏幕偏振膜，并控制光線角度。

（3）解決視野遮擋問題的主要手段是優化零件布置位置，實現車輛信息單目可見。

95%眼橢圓過方向盤內輪輻上下極限切線點，方向盤處于設計位置;用左右上極限眼點分別過方向盤輪輻內圈設計位置做儀表上可視極限邊界取并集;用左右下極限眼點過駕駛員安全氣囊設計位置做儀表下可視極限邊界取并集;校核上下并集區與儀表顯示區遮擋區域高度;遮擋區域高度大于17 mm，則用方向盤極限位置進行下一步校核判斷。

3 視覺舒適性主觀評價

在工程樣車階段，工程師可依據虛擬評審及優化方案的實施情況進行視覺舒適性實車評估驗證。評價目的是核查實車狀態與虛擬校核的一致性，并對實車狀態查漏補缺。評價時間最好在晴天狀態下進行，分別在早晨或傍晚、正午、夜晚（或暗室）進行3次評價。評價環境在日間應為室外相對空曠場地，無高大建筑物遮擋日間陽光;在暗室環境應為封閉狀態，并可以模擬夜晚低亮度及無亮度環境。視覺舒適性實車主觀評價項目如表3所示。

的一致性，并查漏補缺，發現在虛擬階段未能發現的視覺舒適性問題，并進行改進。

4 結論

本文詳細描述了在整車不同開發階段如何管控整車視覺舒適性問題。針對整車虛擬開發階段工況，技術人員進行了詳細的定義和分析。同時，針對整車虛擬開發階段視覺舒適性的校核狀態，技術人員定義了問題判定標準，并給出了具有建設性的優化方法。該方法可以有效支持整車視覺舒適性的正向開發。

[1]唐燕蘭. 車載顯示屏視覺干擾問題的控制方法[C].中國汽車工程學年會，2007.

[2]美國汽車工程師協會. Motor vehicle driver‘s eye location[S]. SAE J 941， 2010：5-7.