基于某車型外后視鏡眩光分析及優(yōu)化

陳龍姣 馮慶 王彥平

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術(shù)中心，廣西 柳州 545007；2.廣州汽車集團(tuán)股份有限公司 汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

【摘 要】針對(duì)某車型外后視鏡可能存在的眩光問(wèn)題，用光學(xué)分析軟件SPEOS搭建相關(guān)幾何模型，通過(guò)賦予模型材質(zhì)及光學(xué)屬性，利用SPEOS強(qiáng)大的人眼視覺(jué)仿真功能對(duì)外后視鏡周邊進(jìn)行視覺(jué)仿真，確認(rèn)了有害眩光產(chǎn)生的部位、形狀及亮度，并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。結(jié)果表明，優(yōu)化后的外后視鏡避開(kāi)了有害眩光，消除了安全隱患，提升了車輛品質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】外后視鏡；SPEOS；光學(xué)屬性；視覺(jué)仿真

【中圖分類號(hào)】U463 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）04-0101-04

隨著人們對(duì)駕駛安全要求的提高，行車過(guò)程中的眩光帶來(lái)的安全隱患逐漸引起了人們的關(guān)注。組合儀表在前風(fēng)窗玻璃上大面積的投影降低了道路景象的對(duì)比度，使障礙物更難以分辨，導(dǎo)航屏幕上刺眼的眩光使得駕駛員不得不側(cè)身觀察路線。而目前在汽車設(shè)計(jì)中采用傳統(tǒng)的光線反射作圖法進(jìn)行反光分析已經(jīng)不能滿足日漸復(fù)雜的內(nèi)飾變化，有時(shí)甚至無(wú)法手工完成大量光線的繪制。通過(guò)軟件SPEOS的人眼視覺(jué)仿真模塊，能夠模擬真實(shí)環(huán)境下的視覺(jué)影像，使設(shè)計(jì)人員能夠辨別有害眩光產(chǎn)生的位置、形狀和亮度，進(jìn)而在設(shè)計(jì)早期即可通過(guò)較小的改動(dòng)來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升車輛駕乘安全性[1]。

SPEOS是第一套致力于工業(yè)運(yùn)用導(dǎo)向的光學(xué)機(jī)構(gòu)模擬軟件，由法國(guó)OPTIS公司提供給工業(yè)界的解決方案。它包含下列8種應(yīng)用界面：光度分析（光強(qiáng)度及照明度）、著色、比色法（真實(shí)色度分析）、人類視覺(jué)、視覺(jué)工程學(xué)、液晶顯示器的進(jìn)階模擬、醫(yī)療光學(xué)儀器設(shè)備模擬、光學(xué)武器防御系統(tǒng)模擬。在我國(guó)，SPEOS廣泛應(yīng)用于汽車、航天航空行業(yè)。在汽車領(lǐng)域，人們主要借助SPEOS軟件的CATIA界面用于駕駛艙組合儀表、GPS顯示屏、鍍鉻條、內(nèi)外后視鏡、儀表板及風(fēng)窗等反光、眩光和視野人機(jī)校核分析，人眼視覺(jué)模擬如A柱障礙角校核等，環(huán)境視覺(jué)模擬，大燈、尾燈及閱讀燈光學(xué)分析，照明設(shè)計(jì)及最佳化設(shè)計(jì)，以此提升汽車的舒適性和安全性。

某車型設(shè)計(jì)時(shí)利用光線反射作圖法預(yù)判外后視鏡區(qū)域可能存在有害眩光，影響行車安全（如圖1所示）。針對(duì)此項(xiàng)問(wèn)題，我們通過(guò)軟件SPEOS仿真確認(rèn)問(wèn)題的細(xì)節(jié)，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

1 材料的光學(xué)屬性

材料的光學(xué)屬性定義了光線與材料間的相互作用關(guān)系，主要有體光學(xué)屬性（Volume Optical Property）和面光學(xué)屬性（Surface Optical Property）。汽車內(nèi)飾常用材料如PU、PVC、ABS、PP等，各自具有不同的光學(xué)屬性。

將CATIA V5的材質(zhì)庫(kù)中的材質(zhì)和SPEOS廠商提供的材料光學(xué)屬性（如圖2所示）賦予幾何模型后，模型的所有表面都具有了相同的外觀表現(xiàn)和光學(xué)性質(zhì)，也可以在其屬性中查看材料具備的光學(xué)屬性（如圖3所示）。

2 模型搭建

2.1 賦予材質(zhì)及光學(xué)屬性

在CATIA V5環(huán)境中調(diào)出外后視鏡、A柱飾板、左前門飾板、儀表板、組合儀表、方向盤等相關(guān)零部件，并依據(jù)總布置設(shè)計(jì)參數(shù)，建立三維人體模型。

對(duì)照表1，對(duì)幾何模型賦予材質(zhì)和光學(xué)屬性，以著色渲染的方式顯示（如圖4所示）。

2.2 建立光源及人眼感應(yīng)器

除了環(huán)境光源以外，產(chǎn)生后視鏡眩光的主要光源便是組合儀表。而人眼感應(yīng)器則是用于接收經(jīng)過(guò)模型面反射或散射后的光線，精度設(shè)置得越高，則仿真結(jié)果越精細(xì)。

2.2.1 設(shè)置組合儀表光源

利用光源設(shè)置模塊將組合儀表指針及反光板設(shè)置為發(fā)光體，參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2，完成后的組合儀表如圖5所示。

2.2.2 設(shè)置環(huán)境光源

汽車光學(xué)分析時(shí)，需要考慮全天候的光照情況，可以選取系統(tǒng)提供的世界地點(diǎn)和進(jìn)行仿真的時(shí)間，一般可按照8時(shí)、12時(shí)、16時(shí)和20時(shí)進(jìn)行4次仿真。

本文以8時(shí)和20時(shí)進(jìn)行后視鏡的反光分析，需要設(shè)置外部光源的時(shí)間、地點(diǎn)和光照強(qiáng)度，并在HDRI file選擇框中導(dǎo)入環(huán)境模擬文件env.exr。如圖6所示，選擇北京8時(shí)，環(huán)境光源強(qiáng)度為3 000 cd/m2，其中north和zenith方向代表仿真環(huán)境世界的北向和極點(diǎn)。

2.2.3 設(shè)置人眼感應(yīng)器

人眼感應(yīng)器用于采集反射或散射的光線，形成人眼的視覺(jué)影像。以眼點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，以平面網(wǎng)格的形式將視野區(qū)域劃分，網(wǎng)格數(shù)量越多，則成像越清晰，即sampling的值越大，相應(yīng)的仿真時(shí)間越久（如圖7所示）。

2.3 仿真運(yùn)算

點(diǎn)擊仿真命令（如圖8所示），分別選擇光源、幾何體、人眼感應(yīng)器等，在仿真屬性中設(shè)置蒙特卡羅和反鋸齒項(xiàng)為false，仿真運(yùn)算結(jié)果如圖9所示。

3 計(jì)算結(jié)果分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 計(jì)算結(jié)果分析

由圖9可以看出，夜間組合儀表在外后視鏡視野區(qū)域內(nèi)沒(méi)有成像，而在前風(fēng)窗可視區(qū)域內(nèi)有成像；而日間左側(cè)出風(fēng)口的鍍鉻裝飾條在外后視鏡鏡面區(qū)域內(nèi)有明顯成像。

進(jìn)行外后視鏡區(qū)域的亮度分析（如圖10所示）。后視鏡鏡面左上角成像亮度明顯高于周邊，均值達(dá)到394 cd/m2，應(yīng)予優(yōu)化。此外，組合儀表在前風(fēng)窗上的有害成像可通過(guò)優(yōu)化組合儀表遮光罩解決。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

確認(rèn)后視鏡眩光問(wèn)題后，下移后視鏡或者優(yōu)化鍍鉻裝飾條的位置都可以達(dá)到避免有害眩光的目的。本文采用將后視鏡下移30 mm的方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，更改后再次進(jìn)行眩光分析（如圖11所示），鍍鉻裝飾條的投影已經(jīng)不在后視鏡的鏡面區(qū)域內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

眩光產(chǎn)生的危害直接影響行車安全，采用傳統(tǒng)的光線反射作圖法無(wú)法準(zhǔn)確地反映眩光的位置、形狀及亮度等，通過(guò)SPEOS軟件并結(jié)合汽車材料光學(xué)屬性的應(yīng)用，能夠較為準(zhǔn)確地對(duì)人眼的視覺(jué)影像進(jìn)行仿真，從而使得設(shè)計(jì)人員能夠在設(shè)計(jì)早期便對(duì)可能產(chǎn)生有害眩光的部位進(jìn)行確認(rèn)和設(shè)計(jì)優(yōu)化。結(jié)果表明，通過(guò)SPEOS軟件對(duì)有害眩光確認(rèn)后，后視鏡較小的改動(dòng)便有效地避免了有害眩光，節(jié)省了后期開(kāi)發(fā)成本，提升了車輛品質(zhì)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]Paul R Yoder，Jr.光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]邱翔，李萍.小型汽車外后視鏡的設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù)，2010（1）.

[3]李曉穎.汽車外后視鏡造型設(shè)計(jì)解析[J].廣西輕工業(yè)，2009（11）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]

【作者簡(jiǎn)介】陳龍姣，女，廣西全州人，碩士，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師，從事整車駕駛艙布置工作；馮慶，男，四川劍閣人，本科，廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院工程師，從事整車布置工作；王彥平，男，四川綿陽(yáng)人，本科，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師，從事整車乘員倉(cāng)布置工作。