乘用車組合儀表眩目和風(fēng)窗投影規(guī)避系統(tǒng)

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(shè)計(jì)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(dāng)前整車狀態(tài)信息，如組合儀表面罩曲率和組合儀表帽檐設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)造成眩目和風(fēng)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(yán)重可能會(huì)造成交通事故。因此，在乘用車開發(fā)設(shè)計(jì)的前期，對(duì)于組合儀表眩目和風(fēng)窗投影如何進(jìn)行在設(shè)計(jì)上規(guī)避，有著重要的意義。

1 眩目和投影規(guī)避系統(tǒng)的技術(shù)原理

本文目的是提供一種乘用車組合儀表眩目和風(fēng)窗投影規(guī)避系統(tǒng)。以達(dá)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(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

原數(shù)據(jù)單元：對(duì)有眩目和風(fēng)窗投影風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括組合儀表發(fā)光面，組合儀表面罩，組合儀表帽檐，風(fēng)擋玻璃，眼橢圓，各百分位人體眼點(diǎn)。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元：將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以計(jì)算的數(shù)據(jù)過程：在組合儀表帽檐上每隔20mm取一個(gè)光線入射點(diǎn)，在組合儀表發(fā)光區(qū)域選取四個(gè)極限位置發(fā)光點(diǎn)，確定計(jì)算平面。

圖1 組合儀表眩目和風(fēng)窗投影規(guī)避原理框圖

計(jì)算單元：應(yīng)用CATIA對(duì)選定的光線入射點(diǎn)進(jìn)行眩目和風(fēng)窗投影計(jì)算。

優(yōu)化單元：對(duì)有眩目和風(fēng)窗投影的點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，包括調(diào)整組合儀表面罩曲率和組合儀表帽檐長度。

結(jié)論對(duì)比單元：對(duì)比原數(shù)據(jù)單元，輸出優(yōu)化結(jié)果。

2 在CATIA軟件中的具體實(shí)施原則

2.1 原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

原數(shù)據(jù)單元包括括組合儀表極限發(fā)光點(diǎn)，組合儀表面罩，組合儀表帽檐，風(fēng)擋玻璃，眼橢圓，各百分位人體眼點(diǎn)[1]。其中組合儀表極限發(fā)光點(diǎn)，風(fēng)擋玻璃，眼橢圓，各百分位人體眼點(diǎn)為定值，是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不變化；組合儀表面罩和組合儀表帽檐為設(shè)計(jì)變量，優(yōu)化對(duì)象就是該設(shè)計(jì)變量，如圖2所示[2]。

圖2 組合儀表眩目計(jì)算示意圖

2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以計(jì)算的數(shù)據(jù)過程：在組合儀表帽檐 1邊緣 300mm的區(qū)域內(nèi)，從左到右，每隔20mm，選取一個(gè)光線入射點(diǎn)，如圖3所示，用于組合儀表眩目計(jì)算；在組合儀表138*75發(fā)光區(qū)域選取四個(gè)極限位置發(fā)光點(diǎn)6，如圖4所示，用于風(fēng)窗投影計(jì)算。

圖3 光線入射點(diǎn)選取示意圖

圖4 組合儀表極限位置發(fā)光點(diǎn)選取示意圖

2.3 眩目和風(fēng)窗投影計(jì)算優(yōu)化對(duì)比

選取步驟2中的一個(gè)光線入射點(diǎn)，光線入射點(diǎn)和組合儀表面罩曲線在中點(diǎn)處的切點(diǎn)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(diǎn)做組合儀表面罩曲線的法線，將入射光線通過法線對(duì)稱，即為反射光線。保證組合儀表面罩曲線在中點(diǎn)處的切點(diǎn)不變，調(diào)整入射點(diǎn)，將入射光線角度從54°(組合儀表帽檐處)調(diào)整到22°（轉(zhuǎn)向管柱上護(hù)套處）；在調(diào)整的過程中，反射光線進(jìn)入眼橢圓區(qū)域，反射光線和眼橢圓5的距離小于0mm,即在該光線入射點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生眩目。則需要延長帽檐1的長度或者調(diào)整面罩3的曲率。

眩目計(jì)算：選取步驟2中的一個(gè)光線入射點(diǎn)，光線入射點(diǎn)和組合儀表面罩曲線在中點(diǎn)處的切點(diǎn)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(diǎn)做組合儀表面罩曲線的法線，將入射光線通過法線對(duì)稱，即為反射光線。保證組合儀表面罩曲線在中點(diǎn)處的切點(diǎn)不變，調(diào)整入射點(diǎn)，將入射光線角度從54°(組合儀表帽檐處)調(diào)整到22°（轉(zhuǎn)向管柱上護(hù)套處）；在調(diào)整的過程中，反射光線進(jìn)入眼橢圓區(qū)域，反射光線和眼橢圓5的距離小于0mm,即在該光線入射點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生眩目。則需要延長帽檐1的長度或者調(diào)整面罩3的曲率。

眩目優(yōu)化：將光線入射點(diǎn)每點(diǎn)向后延長10mm。同時(shí)調(diào)整面罩曲率，需要根據(jù)橢圓的幾何特性，經(jīng)過橢圓一個(gè)焦點(diǎn)的光線，經(jīng)過橢圓曲線的反射，必經(jīng)過另一個(gè)焦點(diǎn)射出。帽檐的點(diǎn)2作為一個(gè)焦點(diǎn)，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(diǎn)為另一個(gè)焦點(diǎn)，做長半軸為400mm,短半軸320mm的橢圓，用該橢圓曲線代替原設(shè)計(jì)組合儀表面罩曲線。

結(jié)論對(duì)比：優(yōu)化前，反射光線進(jìn)入眼橢圓區(qū)域，反射光線和眼橢圓5的距離小于0mm,即在該光線入射點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生眩目。優(yōu)化后，反射光線和眼橢圓5的距離大于0mm,滿足設(shè)計(jì)要求，在該光線入射點(diǎn)處不會(huì)產(chǎn)生眩目，且步驟2中所選取的光線入射點(diǎn)都不會(huì)產(chǎn)生眩目，則認(rèn)為組合儀表面罩和組合儀表帽檐設(shè)計(jì)合理，不會(huì)產(chǎn)生眩目；

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

圖5 風(fēng)窗投影計(jì)算示意圖

風(fēng)窗投影優(yōu)化：反射光線沒有全部被帽檐遮擋，將帽檐向后延長10mm。

結(jié)論對(duì)比：優(yōu)化前， 1/4反射光線沒有全部被帽檐遮擋，在前風(fēng)擋玻璃有投影現(xiàn)象。優(yōu)化后，組合儀表發(fā)出的光線，在照射到前風(fēng)擋玻璃光路被帽檐全部遮擋，投影現(xiàn)象得到規(guī)避。

3 結(jié)語

通過計(jì)算單元，優(yōu)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(qū)域，使原數(shù)據(jù)單元的設(shè)計(jì)缺點(diǎn)在虛擬設(shè)計(jì)時(shí)就得到了規(guī)避，避免了搭建實(shí)機(jī)驗(yàn)證的高額費(fèi)用，縮短了設(shè)計(jì)周期，減少了設(shè)計(jì)成本。