基于Ramsis软件的汽车组合仪表可视性优化

田林枝 黄超俊

（北京宝沃汽车股份有限公司）

汽车组合仪表是显示时速、油耗、水温、灯光、空调及故障等信息的载体，在正常驾驶时，驾驶员需能够不转动头部即可获取组合仪表信息。组合仪表可视性的优劣影响驾驶员获取汽车状态的速度，信息获取的时间越长，则驾驶员的反应时间越长，处理突发事件的能力就越差，因此良好的组合仪表可视性对驾驶的安全性及良好的驾乘体验有着重要的意义。文章针对组合仪表可视性中的反光炫目问题，基于Ramsis感知模块进行校核和优化，其操作简单，接近汽车实际情况，有利于组合仪表的前期布置。

1 组合仪表可视性概述

组合仪表在布置时，其可视性主要包含组合仪表盲区及组合仪表反光炫目两方面。组合仪表盲区在SAEJ1050—2003标准[1]中有详细的规定，组合仪表需不被盲区遮挡，驾驶员在驾驶姿势时可直接观察到组合仪表区域；组合仪表炫目即驾驶员在驾驶姿势时，组合仪表面在白天需不发生反光现象从而不影响信息观察。此外，组合仪表布置时还应考虑夜晚其在侧风窗成像需不影响驾驶员观察外后视镜。此次研究主要针对组合仪表的可视性，因此组合仪表在侧风窗成像暂不赘述。

目前主要根据SAEJ1050—2003标准，通过CATIA[2]及UG[3]对组合仪表盲区进行校核，方法较成熟，而对组合仪表反光炫目的校核还未有统一的校核方法，常用的校核方法为利用光线入射与反射的几何原理在CATIA中校核，从前风窗玻璃或侧风窗入射的光线经过仪表罩后，如果被仪表表面反射后不会与眼椭圆相交，就不会产生反光现象。这种校核方法比较复杂，校核任务量大。也有部分应用UG人机模块进行校核的方法，校核相对简单，但是这2种校核方法采用的是95%眼椭圆[4]外扩50 mm，存在校核严苛，不利于组合仪表布置的缺点，与实际反光炫目的情况相差较大。Ramsis软件因具有操作容易、效率和准确度高、与实际结果相吻合的特点，能够较好地应对以上问题。

2 组合仪表可视性影响因素分析

2.1 反光原理介绍

组合仪表反光为自然光照射到仪表或仪表面罩上，并经其反射进入人眼，影响驾驶员观察仪表显示。组合仪表反光原理，如图1所示。

图1 汽车组合仪表反光原理示意图

2.2 反光影响因素

R点、前风窗、侧风窗一定时，反光主要由组合仪表角度及组合仪表帽檐决定。组合仪表的角度决定反射光线的方向，组合仪表帽檐决定对入射光线的遮挡作用。

2.2.1 组合仪表

目前市面上主要有传统机械式仪表及液晶仪表2种。

传统机械式仪表的表面都会加装仪表面罩进行防尘等保护，前风窗及侧风窗的光线经过仪表面罩进行反射，仪表面罩的角度决定反射光线的位置。仪表面罩与水平面的夹角越大，反光的风险越小。图2示出不同形式的组合仪表面罩反射光线对比。从图2可看出，下俯式仪表面罩比上仰式仪表面罩的反光风险小，下俯式反射光线下行可避开人眼，上仰式反射光线射入人眼的概率大。

图2 不同形式的汽车组合仪表面罩反射光线对比

液晶仪表以其灵活及丰富的信息显示功能，应用得越来越广泛。液晶仪表屏可不设仪表面罩，图3示出不同仪表角度的反射光线对比。从图3中可以看出：仪表面与水平面的角度（α）越大，反光的风险越小；而当布置条件受限，仪表的角度无法避免反光时，则可加装下俯式仪表面罩来进行设计优化，如图4所示。

图3 不同仪表角度的反射光线对比

图4 有无组合仪表面罩的反射光线对比

2.2.2 组合仪表帽檐

组合仪表帽檐越高，对入射光线的遮挡程度越大，越不容易发生反光眩目，但是帽檐的高度和造型的美观性需要统一协调考虑。

3 基于Ramsis的汽车组合仪表可视性分析

3.1 Ramsis reflection功能介绍

Ramsis reflection为Ramsis感知模块下计算反光成像的功能命令，其利用反射原理可对车内光环境进行计算。首先建立人体，其次输入入射光线和反射镜面，通过计算则可得出是否有反射光线进入人体，同时可显示反射镜面具体的反光位置和面积，以及入射光线的具体位置和面积。车内校核前风窗、侧风窗在组合仪表的反光，组合仪表在前风挡成像均可使用该命令进行计算。除此之外，在校核组合仪表反光时，还可计算仪表帽檐对入射光线的遮挡作用。

3.2 驾驶员人体模型的选取

进行组合仪表反光眩目校核时，首先需建立人体，根据市场定位选择不同的年份、国别、性别、年龄段、身高。人机设计应同时满足身高为95%、50%男性及5%女性人体使用。以面向中国中青年市场为例，车辆开发周期约为3年，因此选择2022年中国身高为95%和50%的男性、5%的女性，年龄段为26—35岁。

3.3 可视性分析

3.3.1 驾驶姿态约束

人体模型建立后，需对各人体模型进行驾驶姿态约束，模拟真实的驾驶场景，约束任务如下：1）H点约束在座椅行程上；2）右脚踏点约束在油门踏板上；3）右脚踵点约束在地毯上；4）左脚踏点约束在歇脚踏板上；5）左脚踵点约束在地毯上；6）双手约束在转向盘上；7）视线点约束在组合仪表上；8）身体转动角为0。约束完成后通过计算得出各人体模型的实际驾驶姿态，如图5所示。

图5 驾驶姿态模拟图

3.3.2 组合仪表反光眩目计算

组合仪表反光眩目的入射光线主要来自前风挡和侧风挡，另外组合仪表帽檐对入射光线有遮挡的作用，因此在校核操作时，入射光线的来源选择前风挡的透明区域、侧风挡的透明区域及仪表帽檐，反射镜面选择组合仪表面。通过计算得出组合仪表反光眩目的区域，如图6所示。

图6 组合仪表反光眩目区域

4 组合仪表可视性优化

4.1 反光炫目校核结果

某新能源车型采用液晶组合仪表，通过Ramsis软件进行反光校核发现，仪表左上角区域存在反光现象，反光区域的入射光线来自左前侧风窗，且实车主观评价显示的反光区域与软件校核的结果基本一致，如图7所示。分析结果显示，5%女性看到的反光区域最大，如图8所示。

图7 汽车组合仪表反光的软件校核结果与实车反光现象对比

图8 不同人体看到的汽车组合仪表反光区域

4.2 优化方案

从仿真结果可以看出，反光区域的入射光线来自左前侧风窗后侧上部区域，无法通过增加帽檐高度进行遮挡，如图9所示。因此可通过更改组合仪表角度进行优化。

图9 汽车组合仪表入射光线与帽檐的关系

组合仪表与水平面夹角越大，反光的风险越小，通过Ramsis软件分别模拟不同的组合仪表角度，5%女性看到的反光区域，如图10所示。当5%女性的校核结果不反光时，50%及95%男性亦可避免反光。从软件仿真结果来看，将液晶组合仪表从原位置向人体旋转5°时，反光区域已避开仪表面。因此选用液晶组合仪表旋转5°的方案。

图10 汽车组合仪表不同角度反光区域

5 结论

组合仪表反光是汽车人机工程校核的一项重要内容。文章探讨了组合仪表反光的影响因素主要为组合仪表罩/组合仪表与水平面的夹角以及组合仪表帽檐的高度。角度越大，组合仪表反光的风险越小，帽檐越高，对入射光线的遮挡越多，该研究为组合仪表反光提供了优化方向。另外介绍了一种基于Ramsis软件校核车内组合仪表反光炫目的方法。该方法通过工程验证准确度较高，能有效提高设计效率，减少设计反复，得到更直观、准确的结果，具有操作容易、效率高、准确度高、与实际结果相吻合的特点。运用该方法能够在较短时间内对组合仪表进行反光炫目的校核，并快速制定优化方案，大大缩短了汽车前期的研发周期。