汽车座舱反光问题以及优化手段分析
2020-06-02王松陈曙光李炭
王松，陈曙光，李炭
(上汽大众汽车有限公司，上海 201805)
0 引言
随车汽车技术的发展，车辆智能化以及电子化是趋势，这要求座舱布置更多数量的以及更大尺寸的屏幕以及带显示的零件，进而导致座舱反光问题恶化。而驾驶员获得的信息80%通过视觉实现，反光会引起行车安全问题甚至导致车祸。如图1所示，车辆座舱内需要考虑反光分析的电器零件：大灯开关、两侧出风口镀铬条以及两侧氛围灯在侧风窗上的反光；仪表、中央屏、氛围灯、前除霜除雾隔栅在前风窗上的反光，以及仪表、中央屏自身的反光。
图1 汽车座舱内需考虑反光的零件
1 反光原理
在车辆设计开发中，反光是指车辆在使用过程中，阳光或光线经过反射进入人眼，从而影响车辆行驶的安全性和驾乘舒适性的问题。反光主要有两种：
(1)直接反光，俗称漫反射，即阳光或光线直接照射在重要零件表面并反射到人的眼睛中。如图2所示，阳光从侧后风窗照射到中央屏幕上反射到人的眼睛，造成眩目效果。
图2 中央屏直接反光
(2)间接反光，光线照射到其他零件表面，再反射到前风窗或者侧风窗进而再反射到人的眼睛中，称为二次反光或多次反光。如图3所示，阳光直接照射到中央屏幕上先反射到前风挡上再反射到人眼睛中，造成前风挡上能看到中央屏，给行车造成困扰，在晚上尤其明显。
图3 中央屏间接反光
2 反光分析方法
2.1 基于CATIA Photo Studio的反光定性分析
基于CATIA专业模块Photo Studio(PHS)进行分析校核。该模块集成在CATIA中，与CATIA中零件附加材质的功能相互搭配，无需再使用第三方软件进行处理，可显著提高分析效率，并且计算结果非常接近真实情况，已可达到反光分析要求。图4所示是组合仪表在前风窗上的间接反光，组合仪表下部的油量指针和水温指针反射到人眼向上5°和15°之间的前风挡上，是有问题的。
图4 CATIA PHS组合仪表在前风挡间接反光分析
如图5所示，仪表板右侧出风口的镀铬条间接反射到侧风窗，同时正好处于人眼透过侧风窗观察外后视镜的区域，是有问题的。
图5 CATIA PHS出风口镀铬在侧风挡间接反光分析
如图6所示,是车外光线照射到组合仪表玻璃直接反射到人眼中造成的晕眩效果仿真,可以看到组合仪表玻璃两侧下方不满足要求。
图6 Catia PHS组合仪表直接反光分析
2.2 基于CATIA二次开发的反光定量分析
由第2.1节可以看出，CATIA PHS提供了一种可以定性分析反光问题的方法。但作为分析手段，无法提供定量的优化值。比如组合仪表在前风窗上反光，可以建议帽檐增大或者组合仪表往车前移动来解决，如果只使用CATIA PHS定性分析，需要不断尝试各优化值进行试错,需要花费大量时间达到近似最优值。因此某公司基于CATIA二次开发，开发了用于定量分析的三维反光模块，模块算法原理如下：
(1)已知射入点、反射曲面和曲面反射点求反射线，其算法原理步骤如表1所示。
表1 已知射入点、反射曲面和曲面反射点求反射线
(2)已知射入点、射出点和反射曲面求曲面反射点，其算法原理步骤如表2所示。
表2 已知射入点、射出点和反射曲面求曲面反射点
在步骤6时，为了达到弧线法线e和弧线法线h之间的夹角为零，需要不断调整角度x,因此运用CATIA二次开发设计程序语言，自动快速得到结果。
为了方便使用，如图7所示设计了反光定量分析的用户使用界面。
图7 反光技术模型模块操作界面
3 电子仪表板组合仪表反光优化实例
在某款仪表板基本面的设计完成后，使用CATIA PHS模块进行反光检查，发现组合仪表板有反光问题，如图8所示。
图8 组合仪表符号在前风挡上反光
为了解决这个问题，有3个解决方法：
(1)在屏幕上贴防反光膜，其原理类似百叶窗原理，使光线只能以特定的角度通过，使用该膜能使光线只能照射到人眼，不能以特定角度照射到前风挡，避免了前风挡上的反光。
(2)组合仪表往车前移动，组合仪表板在前风挡的反光区域被帽檐挡住。
(3)组合仪表不动，帽檐往车后变大，组合仪表板在前风挡的反光区域被挡住。
最终因为考虑成本以及组合仪表与管横梁很近的原因，所以采用帽檐增大的方案。
以组合仪表板反光点为射入点,人体眼点为射出点,前风窗玻璃内表面为反射曲面,使用自行设计的反光模块,得到需要考虑的组合仪表反光在前风窗上的反光点以及相应的入射线和射出线，最后连成反光曲面，如图9所示。
针对得到的反射曲面，为了避免反光，建议帽檐增大挡住反光曲面。最后帽檐增大后的组合仪表反光如图10所示,解决了反光问题。
图9 帽檐没有挡住得到的反光曲面
图10 组合仪表符号在前风挡上无反光
4 结论
本文作者论述了车辆座舱内反光形成的原理以及直接反光和间接反光的两种情况，分别介绍了定性和定量两种分析反光的方法，最后运用该方法对一实例进行分析，为该方法在整车内饰布置开发的推广使用提供了参考。
