基于Ramsis軟件的汽車組合儀表可視性優(yōu)化

田林枝 黃超俊

（北京寶沃汽車股份有限公司）

汽車組合儀表是顯示時速、油耗、水溫、燈光、空調(diào)及故障等信息的載體，在正常駕駛時，駕駛員需能夠不轉(zhuǎn)動頭部即可獲取組合儀表信息。組合儀表可視性的優(yōu)劣影響駕駛員獲取汽車狀態(tài)的速度，信息獲取的時間越長，則駕駛員的反應(yīng)時間越長，處理突發(fā)事件的能力就越差，因此良好的組合儀表可視性對駕駛的安全性及良好的駕乘體驗(yàn)有著重要的意義。文章針對組合儀表可視性中的反光炫目問題，基于Ramsis感知模塊進(jìn)行校核和優(yōu)化，其操作簡單，接近汽車實(shí)際情況，有利于組合儀表的前期布置。

1 組合儀表可視性概述

組合儀表在布置時，其可視性主要包含組合儀表盲區(qū)及組合儀表反光炫目兩方面。組合儀表盲區(qū)在SAEJ1050—2003標(biāo)準(zhǔn)[1]中有詳細(xì)的規(guī)定，組合儀表需不被盲區(qū)遮擋，駕駛員在駕駛姿勢時可直接觀察到組合儀表區(qū)域；組合儀表炫目即駕駛員在駕駛姿勢時，組合儀表面在白天需不發(fā)生反光現(xiàn)象從而不影響信息觀察。此外，組合儀表布置時還應(yīng)考慮夜晚其在側(cè)風(fēng)窗成像需不影響駕駛員觀察外后視鏡。此次研究主要針對組合儀表的可視性，因此組合儀表在側(cè)風(fēng)窗成像暫不贅述。

目前主要根據(jù)SAEJ1050—2003標(biāo)準(zhǔn)，通過CATIA[2]及UG[3]對組合儀表盲區(qū)進(jìn)行校核，方法較成熟，而對組合儀表反光炫目的校核還未有統(tǒng)一的校核方法，常用的校核方法為利用光線入射與反射的幾何原理在CATIA中校核，從前風(fēng)窗玻璃或側(cè)風(fēng)窗入射的光線經(jīng)過儀表罩后，如果被儀表表面反射后不會與眼橢圓相交，就不會產(chǎn)生反光現(xiàn)象。這種校核方法比較復(fù)雜，校核任務(wù)量大。也有部分應(yīng)用UG人機(jī)模塊進(jìn)行校核的方法，校核相對簡單，但是這2種校核方法采用的是95%眼橢圓[4]外擴(kuò)50 mm，存在校核嚴(yán)苛，不利于組合儀表布置的缺點(diǎn)，與實(shí)際反光炫目的情況相差較大。Ramsis軟件因具有操作容易、效率和準(zhǔn)確度高、與實(shí)際結(jié)果相吻合的特點(diǎn)，能夠較好地應(yīng)對以上問題。

2 組合儀表可視性影響因素分析

2.1 反光原理介紹

組合儀表反光為自然光照射到儀表或儀表面罩上，并經(jīng)其反射進(jìn)入人眼，影響駕駛員觀察儀表顯示。組合儀表反光原理，如圖1所示。

圖1 汽車組合儀表反光原理示意圖

2.2 反光影響因素

R點(diǎn)、前風(fēng)窗、側(cè)風(fēng)窗一定時，反光主要由組合儀表角度及組合儀表帽檐決定。組合儀表的角度決定反射光線的方向，組合儀表帽檐決定對入射光線的遮擋作用。

2.2.1 組合儀表

目前市面上主要有傳統(tǒng)機(jī)械式儀表及液晶儀表2種。

傳統(tǒng)機(jī)械式儀表的表面都會加裝儀表面罩進(jìn)行防塵等保護(hù)，前風(fēng)窗及側(cè)風(fēng)窗的光線經(jīng)過儀表面罩進(jìn)行反射，儀表面罩的角度決定反射光線的位置。儀表面罩與水平面的夾角越大，反光的風(fēng)險(xiǎn)越小。圖2示出不同形式的組合儀表面罩反射光線對比。從圖2可看出，下俯式儀表面罩比上仰式儀表面罩的反光風(fēng)險(xiǎn)小，下俯式反射光線下行可避開人眼，上仰式反射光線射入人眼的概率大。

圖2 不同形式的汽車組合儀表面罩反射光線對比

液晶儀表以其靈活及豐富的信息顯示功能，應(yīng)用得越來越廣泛。液晶儀表屏可不設(shè)儀表面罩，圖3示出不同儀表角度的反射光線對比。從圖3中可以看出：儀表面與水平面的角度（α）越大，反光的風(fēng)險(xiǎn)越小；而當(dāng)布置條件受限，儀表的角度無法避免反光時，則可加裝下俯式儀表面罩來進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，如圖4所示。

圖3 不同儀表角度的反射光線對比

圖4 有無組合儀表面罩的反射光線對比

2.2.2 組合儀表帽檐

組合儀表帽檐越高，對入射光線的遮擋程度越大，越不容易發(fā)生反光眩目，但是帽檐的高度和造型的美觀性需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)考慮。

3 基于Ramsis的汽車組合儀表可視性分析

3.1 Ramsis reflection功能介紹

Ramsis reflection為Ramsis感知模塊下計(jì)算反光成像的功能命令，其利用反射原理可對車內(nèi)光環(huán)境進(jìn)行計(jì)算。首先建立人體，其次輸入入射光線和反射鏡面，通過計(jì)算則可得出是否有反射光線進(jìn)入人體，同時可顯示反射鏡面具體的反光位置和面積，以及入射光線的具體位置和面積。車內(nèi)校核前風(fēng)窗、側(cè)風(fēng)窗在組合儀表的反光，組合儀表在前風(fēng)擋成像均可使用該命令進(jìn)行計(jì)算。除此之外，在校核組合儀表反光時，還可計(jì)算儀表帽檐對入射光線的遮擋作用。

3.2 駕駛員人體模型的選取

進(jìn)行組合儀表反光眩目校核時，首先需建立人體，根據(jù)市場定位選擇不同的年份、國別、性別、年齡段、身高。人機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)同時滿足身高為95%、50%男性及5%女性人體使用。以面向中國中青年市場為例，車輛開發(fā)周期約為3年，因此選擇2022年中國身高為95%和50%的男性、5%的女性，年齡段為26—35歲。

3.3 可視性分析

3.3.1 駕駛姿態(tài)約束

人體模型建立后，需對各人體模型進(jìn)行駕駛姿態(tài)約束，模擬真實(shí)的駕駛場景，約束任務(wù)如下：1）H點(diǎn)約束在座椅行程上；2）右腳踏點(diǎn)約束在油門踏板上；3）右腳踵點(diǎn)約束在地毯上；4）左腳踏點(diǎn)約束在歇腳踏板上；5）左腳踵點(diǎn)約束在地毯上；6）雙手約束在轉(zhuǎn)向盤上；7）視線點(diǎn)約束在組合儀表上；8）身體轉(zhuǎn)動角為0。約束完成后通過計(jì)算得出各人體模型的實(shí)際駕駛姿態(tài)，如圖5所示。

圖5 駕駛姿態(tài)模擬圖

3.3.2 組合儀表反光眩目計(jì)算

組合儀表反光眩目的入射光線主要來自前風(fēng)擋和側(cè)風(fēng)擋，另外組合儀表帽檐對入射光線有遮擋的作用，因此在校核操作時，入射光線的來源選擇前風(fēng)擋的透明區(qū)域、側(cè)風(fēng)擋的透明區(qū)域及儀表帽檐，反射鏡面選擇組合儀表面。通過計(jì)算得出組合儀表反光眩目的區(qū)域，如圖6所示。

圖6 組合儀表反光眩目區(qū)域

4 組合儀表可視性優(yōu)化

4.1 反光炫目校核結(jié)果

某新能源車型采用液晶組合儀表，通過Ramsis軟件進(jìn)行反光校核發(fā)現(xiàn)，儀表左上角區(qū)域存在反光現(xiàn)象，反光區(qū)域的入射光線來自左前側(cè)風(fēng)窗，且實(shí)車主觀評價顯示的反光區(qū)域與軟件校核的結(jié)果基本一致，如圖7所示。分析結(jié)果顯示，5%女性看到的反光區(qū)域最大，如圖8所示。

圖7 汽車組合儀表反光的軟件校核結(jié)果與實(shí)車反光現(xiàn)象對比

圖8 不同人體看到的汽車組合儀表反光區(qū)域

4.2 優(yōu)化方案

從仿真結(jié)果可以看出，反光區(qū)域的入射光線來自左前側(cè)風(fēng)窗后側(cè)上部區(qū)域，無法通過增加帽檐高度進(jìn)行遮擋，如圖9所示。因此可通過更改組合儀表角度進(jìn)行優(yōu)化。

圖9 汽車組合儀表入射光線與帽檐的關(guān)系

組合儀表與水平面夾角越大，反光的風(fēng)險(xiǎn)越小，通過Ramsis軟件分別模擬不同的組合儀表角度，5%女性看到的反光區(qū)域，如圖10所示。當(dāng)5%女性的校核結(jié)果不反光時，50%及95%男性亦可避免反光。從軟件仿真結(jié)果來看，將液晶組合儀表從原位置向人體旋轉(zhuǎn)5°時，反光區(qū)域已避開儀表面。因此選用液晶組合儀表旋轉(zhuǎn)5°的方案。

圖10 汽車組合儀表不同角度反光區(qū)域

5 結(jié)論

組合儀表反光是汽車人機(jī)工程校核的一項(xiàng)重要內(nèi)容。文章探討了組合儀表反光的影響因素主要為組合儀表罩/組合儀表與水平面的夾角以及組合儀表帽檐的高度。角度越大，組合儀表反光的風(fēng)險(xiǎn)越小，帽檐越高，對入射光線的遮擋越多，該研究為組合儀表反光提供了優(yōu)化方向。另外介紹了一種基于Ramsis軟件校核車內(nèi)組合儀表反光炫目的方法。該方法通過工程驗(yàn)證準(zhǔn)確度較高，能有效提高設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)反復(fù)，得到更直觀、準(zhǔn)確的結(jié)果，具有操作容易、效率高、準(zhǔn)確度高、與實(shí)際結(jié)果相吻合的特點(diǎn)。運(yùn)用該方法能夠在較短時間內(nèi)對組合儀表進(jìn)行反光炫目的校核，并快速制定優(yōu)化方案，大大縮短了汽車前期的研發(fā)周期。