乘用车组合仪表眩目和风窗投影规避系统

康程鹏，赵丹，罗兴来，夏广东，何法

（华晨汽车工程研究院概念设计室，辽宁 沈阳 110141）

前言

组合仪表是乘用车上最重要的信息输出单元，为驾驶员提供重要的当前整车状态信息，如组合仪表面罩曲率和组合仪表帽檐设计不合理，就会造成眩目和风窗投影，给驾驶员造成不舒适的驾驶感受，影响驾驶安全性，严重可能会造成交通事故。因此，在乘用车开发设计的前期，对于组合仪表眩目和风窗投影如何进行在设计上规避，有着重要的意义。

1 眩目和投影规避系统的技术原理

本文目的是提供一种乘用车组合仪表眩目和风窗投影规避系统。以达到提升驾驶感受，减少安全隐患的目的。

本文目的是通过如下技术方案来实现的：

原数据单元：对有眩目和风窗投影风险的相关数据进行采集，包括组合仪表发光面，组合仪表面罩，组合仪表帽檐，风挡玻璃，眼椭圆，各百分位人体眼点。

数据转换单元：将原始数据转换为可以计算的数据过程：在组合仪表帽檐上每隔20mm取一个光线入射点，在组合仪表发光区域选取四个极限位置发光点，确定计算平面。

图1 组合仪表眩目和风窗投影规避原理框图

计算单元：应用CATIA对选定的光线入射点进行眩目和风窗投影计算。

优化单元：对有眩目和风窗投影的点进行设计优化，包括调整组合仪表面罩曲率和组合仪表帽檐长度。

结论对比单元：对比原数据单元，输出优化结果。

2 在CATIA软件中的具体实施原则

2.1 原始数据准备

原数据单元包括括组合仪表极限发光点，组合仪表面罩，组合仪表帽檐，风挡玻璃，眼椭圆，各百分位人体眼点[1]。其中组合仪表极限发光点，风挡玻璃，眼椭圆，各百分位人体眼点为定值，是设计基准不变化；组合仪表面罩和组合仪表帽檐为设计变量，优化对象就是该设计变量，如图2所示[2]。

图2 组合仪表眩目计算示意图

2.2 数据转换

数据转换单元将原始数据转换为可以计算的数据过程：在组合仪表帽檐 1边缘 300mm的区域内，从左到右，每隔20mm，选取一个光线入射点，如图3所示，用于组合仪表眩目计算；在组合仪表138*75发光区域选取四个极限位置发光点6，如图4所示，用于风窗投影计算。

图3 光线入射点选取示意图

图4 组合仪表极限位置发光点选取示意图

2.3 眩目和风窗投影计算优化对比

选取步骤2中的一个光线入射点，光线入射点和组合仪表面罩曲线在中点处的切点连线为入射光线，和水平方向成54°的方向射入到组合仪表面罩 3，通过切点做组合仪表面罩曲线的法线，将入射光线通过法线对称，即为反射光线。保证组合仪表面罩曲线在中点处的切点不变，调整入射点，将入射光线角度从54°(组合仪表帽檐处)调整到22°（转向管柱上护套处）；在调整的过程中，反射光线进入眼椭圆区域，反射光线和眼椭圆5的距离小于0mm,即在该光线入射点处会产生眩目。则需要延长帽檐1的长度或者调整面罩3的曲率。

眩目计算：选取步骤2中的一个光线入射点，光线入射点和组合仪表面罩曲线在中点处的切点连线为入射光线，和水平方向成54°的方向射入到组合仪表面罩3，通过切点做组合仪表面罩曲线的法线，将入射光线通过法线对称，即为反射光线。保证组合仪表面罩曲线在中点处的切点不变，调整入射点，将入射光线角度从54°(组合仪表帽檐处)调整到22°（转向管柱上护套处）；在调整的过程中，反射光线进入眼椭圆区域，反射光线和眼椭圆5的距离小于0mm,即在该光线入射点处会产生眩目。则需要延长帽檐1的长度或者调整面罩3的曲率。

眩目优化：将光线入射点每点向后延长10mm。同时调整面罩曲率，需要根据椭圆的几何特性，经过椭圆一个焦点的光线，经过椭圆曲线的反射，必经过另一个焦点射出。帽檐的点2作为一个焦点，组合仪表面罩为椭圆的一段弧面，驾驶员95%眼椭圆5在反射光线方向的切点为另一个焦点，做长半轴为400mm,短半轴320mm的椭圆，用该椭圆曲线代替原设计组合仪表面罩曲线。

结论对比：优化前，反射光线进入眼椭圆区域，反射光线和眼椭圆5的距离小于0mm,即在该光线入射点处会产生眩目。优化后，反射光线和眼椭圆5的距离大于0mm,满足设计要求，在该光线入射点处不会产生眩目，且步骤2中所选取的光线入射点都不会产生眩目，则认为组合仪表面罩和组合仪表帽檐设计合理，不会产生眩目；

风窗投影计算：要保证从组合仪表发出的光线，在外部环境光线不足的情况下，不在前风挡玻璃上形成投影，需要保证组合仪表发出的光线，在照射到前风挡玻璃光路被帽檐全部遮挡。图5前风挡玻璃投影计算示意图。具体操作：选取步骤2中确定的极限位置发光点6，如图4所示，选取5%、%50和95%百分位人体的眼点7，眼点和发光点的连线和眼点的垂线确定反射平面，发光点和前风挡玻璃曲线的切点连线为入射光线，通过切点做前风挡玻璃曲线的法线，眼点和前风挡玻璃曲线切点的连线为反射光线，将入射光线和反射光线通过法线对称约束，切点即为该发光点在前风挡玻璃上的投影点。反射光线没有全部被帽檐遮挡，在前风挡玻璃有投影现象。

图5 风窗投影计算示意图

风窗投影优化：反射光线没有全部被帽檐遮挡，将帽檐向后延长10mm。

结论对比：优化前， 1/4反射光线没有全部被帽檐遮挡，在前风挡玻璃有投影现象。优化后，组合仪表发出的光线，在照射到前风挡玻璃光路被帽檐全部遮挡，投影现象得到规避。

3 结语

通过计算单元，优化单元可以减少射入和射出组合仪表的光线，可以避免反射光线射入人眼椭圆区域，使原数据单元的设计缺点在虚拟设计时就得到了规避，避免了搭建实机验证的高额费用，缩短了设计周期，减少了设计成本。