乘用車組合儀表眩目和風窗投影規避系統

康程鵬，趙丹，羅興來，夏廣東，何法

（華晨汽車工程研究院概念設計室，遼寧 沈陽 110141）

前言

組合儀表是乘用車上最重要的信息輸出單元，為駕駛員提供重要的當前整車狀態信息，如組合儀表面罩曲率和組合儀表帽檐設計不合理，就會造成眩目和風窗投影，給駕駛員造成不舒適的駕駛感受，影響駕駛安全性，嚴重可能會造成交通事故。因此，在乘用車開發設計的前期，對于組合儀表眩目和風窗投影如何進行在設計上規避，有著重要的意義。

1 眩目和投影規避系統的技術原理

本文目的是提供一種乘用車組合儀表眩目和風窗投影規避系統。以達到提升駕駛感受，減少安全隱患的目的。

本文目的是通過如下技術方案來實現的：

原數據單元：對有眩目和風窗投影風險的相關數據進行采集，包括組合儀表發光面，組合儀表面罩，組合儀表帽檐，風擋玻璃，眼橢圓，各百分位人體眼點。

數據轉換單元：將原始數據轉換為可以計算的數據過程：在組合儀表帽檐上每隔20mm取一個光線入射點，在組合儀表發光區域選取四個極限位置發光點，確定計算平面。

圖1 組合儀表眩目和風窗投影規避原理框圖

計算單元：應用CATIA對選定的光線入射點進行眩目和風窗投影計算。

優化單元：對有眩目和風窗投影的點進行設計優化，包括調整組合儀表面罩曲率和組合儀表帽檐長度。

結論對比單元：對比原數據單元，輸出優化結果。

2 在CATIA軟件中的具體實施原則

2.1 原始數據準備

原數據單元包括括組合儀表極限發光點，組合儀表面罩，組合儀表帽檐，風擋玻璃，眼橢圓，各百分位人體眼點[1]。其中組合儀表極限發光點，風擋玻璃，眼橢圓，各百分位人體眼點為定值，是設計基準不變化；組合儀表面罩和組合儀表帽檐為設計變量，優化對象就是該設計變量，如圖2所示[2]。

圖2 組合儀表眩目計算示意圖

2.2 數據轉換

數據轉換單元將原始數據轉換為可以計算的數據過程：在組合儀表帽檐 1邊緣 300mm的區域內，從左到右，每隔20mm，選取一個光線入射點，如圖3所示，用于組合儀表眩目計算；在組合儀表138*75發光區域選取四個極限位置發光點6，如圖4所示，用于風窗投影計算。

圖3 光線入射點選取示意圖

圖4 組合儀表極限位置發光點選取示意圖

2.3 眩目和風窗投影計算優化對比

選取步驟2中的一個光線入射點，光線入射點和組合儀表面罩曲線在中點處的切點連線為入射光線，和水平方向成54°的方向射入到組合儀表面罩 3，通過切點做組合儀表面罩曲線的法線，將入射光線通過法線對稱，即為反射光線。保證組合儀表面罩曲線在中點處的切點不變，調整入射點，將入射光線角度從54°(組合儀表帽檐處)調整到22°（轉向管柱上護套處）；在調整的過程中，反射光線進入眼橢圓區域，反射光線和眼橢圓5的距離小于0mm,即在該光線入射點處會產生眩目。則需要延長帽檐1的長度或者調整面罩3的曲率。

眩目計算：選取步驟2中的一個光線入射點，光線入射點和組合儀表面罩曲線在中點處的切點連線為入射光線，和水平方向成54°的方向射入到組合儀表面罩3，通過切點做組合儀表面罩曲線的法線，將入射光線通過法線對稱，即為反射光線。保證組合儀表面罩曲線在中點處的切點不變，調整入射點，將入射光線角度從54°(組合儀表帽檐處)調整到22°（轉向管柱上護套處）；在調整的過程中，反射光線進入眼橢圓區域，反射光線和眼橢圓5的距離小于0mm,即在該光線入射點處會產生眩目。則需要延長帽檐1的長度或者調整面罩3的曲率。

眩目優化：將光線入射點每點向后延長10mm。同時調整面罩曲率，需要根據橢圓的幾何特性，經過橢圓一個焦點的光線，經過橢圓曲線的反射，必經過另一個焦點射出。帽檐的點2作為一個焦點，組合儀表面罩為橢圓的一段弧面，駕駛員95%眼橢圓5在反射光線方向的切點為另一個焦點，做長半軸為400mm,短半軸320mm的橢圓，用該橢圓曲線代替原設計組合儀表面罩曲線。

結論對比：優化前，反射光線進入眼橢圓區域，反射光線和眼橢圓5的距離小于0mm,即在該光線入射點處會產生眩目。優化后，反射光線和眼橢圓5的距離大于0mm,滿足設計要求，在該光線入射點處不會產生眩目，且步驟2中所選取的光線入射點都不會產生眩目，則認為組合儀表面罩和組合儀表帽檐設計合理，不會產生眩目；

風窗投影計算：要保證從組合儀表發出的光線，在外部環境光線不足的情況下，不在前風擋玻璃上形成投影，需要保證組合儀表發出的光線，在照射到前風擋玻璃光路被帽檐全部遮擋。圖5前風擋玻璃投影計算示意圖。具體操作：選取步驟2中確定的極限位置發光點6，如圖4所示，選取5%、%50和95%百分位人體的眼點7，眼點和發光點的連線和眼點的垂線確定反射平面，發光點和前風擋玻璃曲線的切點連線為入射光線，通過切點做前風擋玻璃曲線的法線，眼點和前風擋玻璃曲線切點的連線為反射光線，將入射光線和反射光線通過法線對稱約束，切點即為該發光點在前風擋玻璃上的投影點。反射光線沒有全部被帽檐遮擋，在前風擋玻璃有投影現象。

圖5 風窗投影計算示意圖

風窗投影優化：反射光線沒有全部被帽檐遮擋，將帽檐向后延長10mm。

結論對比：優化前， 1/4反射光線沒有全部被帽檐遮擋，在前風擋玻璃有投影現象。優化后，組合儀表發出的光線，在照射到前風擋玻璃光路被帽檐全部遮擋，投影現象得到規避。

3 結語

通過計算單元，優化單元可以減少射入和射出組合儀表的光線，可以避免反射光線射入人眼橢圓區域，使原數據單元的設計缺點在虛擬設計時就得到了規避，避免了搭建實機驗證的高額費用，縮短了設計周期，減少了設計成本。