关于汽车组合仪表视野倒影问题的分析及优化

方宜学，白 逾，杨 义

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330000）

引言

随着当前汽车智能网联时代的到来，汽车的新四化越来越凸显重要，智能化、电动化、网联化、共享化已经成为汽车行业的主旋律。而组合仪表作为与驾驶员最直接的交互方式之一，科技的进步对它提出了更高的要求，同我们日常使用的手机一样，它的屏幕越来越大。由于使用环境的复杂化，不可避免地出现了一些视野问题，同时驾驶员对它的要求也越来越高，这就要求我们设计过程中更应该注重它的人机工程，而在常规设计时往往忽略组合仪表曲面玻璃罩的问题进行分析，导致在设计之初会疏忽仪表曲面玻璃罩倒影的问题，进而可能会影响驾驶的安全性。故本文将利用光学原理来分析仪表曲面玻璃罩带给驾驶员的视野问题，并结合人机工程进行优化，尽可能提升驾驶过程中的人机舒适性。

1 驾驶员视野

驾驶员视野在汽车设计过程中是一个非常重要的指标，它在驾驶员驾驶感受及安全驾驶方面有极其重要的作用。它主要包括前视野、间接视野（外后视镜，内后视镜）、仪表视野（仪表关键信息的读取）及A柱视野（A柱障碍角）。每个视野的设计都与驾驶员息息相关，它关系着驾驶安全性及规范性。设计时出现太多与驾驶无关的信息，不仅会造成驾驶员驾驶过程中信息读取的困难，严重还会影响驾驶安全性[1]。

较小的前视野及A柱视野会造成驾驶盲区增大，影响驾驶员对前方车况的观察；间接视野不满足法规要求又会造成超车、倒车及变道时的危险；仪表视野出现较多的干扰信息往往会影响驾驶员的判断，所以驾驶员的视野在汽车设计中非常重要[2]。

图1 驾驶员视野

2 组合仪表视野倒影问题研究

2.1 常见的反光问题

组合仪表常见的反光问题有[3]：

（1）组合仪表曲面玻璃眩目，指组合仪表曲面玻璃折射经过前挡风玻璃、侧窗、天窗等的入射光线而进入眼椭圆，造成组合仪表上显示内容（或部分）视认性差，多发生在白天或外界光线较强时。

（2）组合仪表曲面玻璃倒影，指方向盘、组合开关、座椅靠背、驾驶员（鲜艳衣物）等经组合仪表曲面玻璃反射后进入眼椭圆。影响组合仪表显示内容的视认性，尤其是在被倒影物质光泽度较高或与周边色对比强烈时必须避免。

（3）仪表灯光眩目，指仪表上显示强光经前挡风玻璃等反射后进入眼椭圆，多发生在夜晚或外界光线较弱时。

这些问题的存在都将影响到驾驶过程的安全性，故在前期设计时需对相关问题进行校核，避免后期产生炫目问题，影响安全驾驶。本文将针对问题2进行研究及分析，并寻求相应解决方案

2.2 问题场景研究

组合仪表玻璃罩为了可视清晰，设计时为抛光曲面玻璃。晴天，由于外界光线较强，而车内光线较暗，此时车内颜色较鲜艳的物体或驾驶员的衣物会成像于组合仪表玻璃面。当玻璃面角度或曲率不合理时，成像会落入人体眼椭圆，被驾驶员识别。

图2 组合仪表曲面玻璃倒影

2.3 眼椭圆的绘制

由于在设计时需要考虑不同体态人体的眼睛位置，而眼椭圆是描述不同身材驾驶员眼睛在空间上相对车辆内部参考点位置的一种统计表示法。故校核前首先需要完成驾驶员眼椭圆的绘制，根据眼点的分布情况，分为 90 %、95 %、99 %眼椭圆。而我们一般会采用95%及99%的眼椭圆作为校核参考，以保证设计可以满足大多数的人体。本文采用95%的眼椭圆来完成问题的研究。

眼椭圆的中心点主要与驾驶员的躯干中心点即R点、踵点即驾驶员AHP点、拇指点及BOF点、方向盘的中心SWC、驾驶员的靠背角以及座椅行程有关[4]。

图3 驾驶员眼椭圆

本次眼椭圆的绘制可通过UG软件中相应的模块直接输入对应的参数，通过计算机自动完成眼椭圆的绘制（如图4）。

图4 眼椭圆绘制

2.4 组合仪表玻璃倒影校核

眼椭圆绘制完成后将利用CATIA完成组合仪表玻璃面的校核。校核原理为利用光的反射原理来模拟方向盘、组合开关、座椅靠背、驾驶员（鲜艳衣物）是否会在仪表玻璃面罩成像后进入眼椭圆，从而被驾驶员看到。

校核步骤：

（1）分别在组合仪表玻璃面罩及眼椭圆取若干点。

（2）以眼椭圆外廓点作为入射点，组合仪表玻璃面罩为反射面，做若干入射线与反射线。

（3）在侧视图上观察是否有反射光线与方向盘、组合开关、座椅靠背、驾驶员（鲜艳衣物）干涉。如果反射光线无干涉，则说明基本不会通过组合仪表玻璃面罩成像而被驾驶员观察到；如果干涉光线可以被仪表装饰罩遮挡，也说明驾驶员无法观察到。

校核结果（如图5）发现，人体的衣物及方向盘均会成像进入人体眼椭圆，从而影响驾驶员的驾驶安全性，需优化设计。

图5 校核结果

2.5 优化分析及优化方案

2.5.1 优化分析

根据结果来看，当前设计不满足人机要求，其主要原因可能是：

（1）组合仪表位置靠后，反射光线无法被组合仪表罩遮挡，导致反射光线与方向盘及人体干涉，需通过调整组合仪 表位置X向来优化。

（2）组合仪表玻璃面罩角度及曲率设计不合理，通过适当调整曲面玻璃角度及曲率来达成解决方案。

2.5.2 优化方案

由于仪表管梁结构限制，导致组合仪表位置无法调整，故本次通过调整组合仪表曲率及角度（如图6）实现。

图6 优化方案

通过对曲率及角度的调整，完成优化方案，优化后反射光线除被仪表装饰罩遮挡后，其余光线与驾驶员及方向盘无干涉，且实车评审OK，优化方案可行。

3 结束语

为了保证驾驶员驾驶安全性，驾驶员的视野设计及研究非常重要。本文主要介绍了汽车组合仪表玻璃面罩倒影问题的研究及优化方案，而随着汽车科技的进步，屏幕的尺寸越来越大，汽车视野将显得越来越重要。通过前期理论分析并利用软件（CATIA、UG、SPEO等）来进行前期的视野问题发现及优化有着非常重要的意义，在设计前期充分考虑一些视野因素，避免车辆成型之后，支付巨额费用进行模具修改，同时更好地服务于客户。