程凱常

摘 要 本文從最基礎的球面反射原理出發(fā)，著眼于解決設計不合理的后視鏡，目的是提高行車的安全性。首先，在日常生活中發(fā)現(xiàn)變道時和進出路口時容易引發(fā)交通事故的問題；接著，從該問題出發(fā)，分析事故起因；接下來，理論聯(lián)系實際，運用光學原理進行一系列的科學分析和計算，得出最優(yōu)的汽車后視鏡模型即多半徑組合球面鏡；再考慮到實際行車過程中，反射鏡半徑的突然變化對駕駛員造成的判斷失誤，本文提出多半徑漸變球面鏡；最后，對該方案進行客觀評價與推廣，得出該方案可以進一步被推廣至生活中更多需要球面鏡的地方的結論，因地制宜，做出最適合當?shù)芈窙r的獨特多半徑組合球面鏡。經采用后，這樣的球面鏡可以減小汽車后視鏡的盲區(qū)，在很大程度上降低交通事故的風險，增加行車安全性，達到研究目的。

關鍵詞 后視鏡盲區(qū)；球面反射；多半徑組合球面鏡；多半徑漸變球面鏡

中圖分類號 U463 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2016）02-0041-02

1 發(fā)現(xiàn)問題

由于中國人口眾多，客運量和貨運量很大，所以中國交通路線往往有很多車道，道路復雜多變。再者，交通狀況對一個地區(qū)乃至一個國家的經濟有著很大的影響，為保證各個地區(qū)之間更好地交流，中國交通道路的交叉路口非常多。然而，問題也隨之產生了：車道與車道之間、道路交叉口往往變成了交通事故的頻發(fā)地。

2 分析問題

為什么車道與車道之間、交叉路口會是交通事故的頻發(fā)地呢？通過調研，我們不難發(fā)現(xiàn)：其實，汽車在快速行駛過程中，在變道和轉彎時，司機要想了解預進入車道的來車情況，尤其是后方來車情況，就不得不通過汽車后視鏡觀察后方，包括汽車內部的后視鏡和側面的后視鏡。然而，通過實地考察我們了解到很多汽車的后視鏡存在著設計不合理的情況。后方來車靠近我方車輛的車況和遠離我方車輛的車況并沒有在后視鏡中被區(qū)分開來。由此使得后視鏡中的畫面顯示的靠近我方車輛的車況不太清晰，看不清接近我方車輛的來車意圖；同時遠離我方車輛的車況視野太狹窄，不能更好地觀察到更大視野中的車況；再加上，車速較大時，更難通過后視鏡判斷靠近我方車輛的行車意圖。出于上述兩種原因，車道與車道之間、交叉路口成了事故頻發(fā)地。

據(jù)統(tǒng)計，由于后視鏡設計不合理造成的交通事故在中國約占30%、美國約占20%，并且在高速公路上因變換車道所發(fā)生的交通事故70%是由于后視鏡設計不合理造成的。因此，采取新的技術消除汽車后視鏡盲區(qū)，對提高汽車的安全性意義重大。

3 解決問題

3.1 尋求問題根源

我國道路交通線已經成熟，如果從避免交通事故的角度出發(fā)來整改道路會得不償失，在此，我們只能從汽車自身結構出發(fā)來考慮更好的辦法。在行車過程中，汽車后視鏡對安全行車有著極其重要的作用。于是，本文考慮優(yōu)化汽車后視鏡參數(shù)，減小汽車后視鏡盲區(qū)，設計出更適合行車變道的汽車后視鏡。

3.2 球面反射鏡

現(xiàn)如今投入實際應用中的汽車后視鏡一般為球面反射鏡。球面反射鏡分為凸面鏡和凹面鏡。通過調查，現(xiàn)如今投入使用的汽車后視鏡都是采用的凸面鏡。原理圖見圖1。

3.3 理論分析

現(xiàn)對凸面鏡進行研究分析，球面鏡的物像公式為：，其中分別為像空間折射率、物空間折射率、像距、物距、球面鏡半徑，球面反射系統(tǒng)中，，則：，進一步，有：。

由于球面反射系統(tǒng)中，根據(jù)光路的符號規(guī)則，易知l<0恒成立，r>0恒成立，那么恒成立，則球面鏡中的圖像成像于汽車后視鏡的后面，且為一個虛像。同時，球面反射鏡的放大率為：。很顯然，往往很大，則是恒成立的，且有。

由此，我們不難得出結論：

1）汽車后視鏡成的像為縮小的、正立的虛像。

2）r越小，越大，那么像越大，越清晰，司機觀察得越清晰，但是視野變更小。

3）r越大，越小，那么像越小，畫面不清晰，但是視野變更大，司機觀察范圍更大。

3.4 最優(yōu)后視鏡參數(shù)設計

鑒于前文發(fā)現(xiàn)的汽車后視鏡的缺陷，結合上述分析成果，本文設計的汽車后視鏡為多半徑球面組合后視鏡，其具體參數(shù)要求如下。

1）在靠近駕駛員的一側的后視鏡，應使用半徑r較大的球面反射鏡，以保證后方來車靠近我方車輛的區(qū)域看得比較清楚。

2）在遠離駕駛員的一側的后視鏡，應使用半徑r較小的球面反射鏡，以保證后方來車遠離我方車輛的區(qū)域的視野比較廣，為司機提供足夠多的反應時間。

3.5 實用性設計

上文討論結果的后視鏡模型為多半徑組合球面鏡，目前市面上存在這樣一種相似的反射鏡：這種后視鏡在距后側約1/3的位置有一條虛線，虛線以外的半徑較小。符合上述分析結果。

但是，這種后視鏡在實際應用中存在著另一種危險：半徑的突然變化，在半徑r較小區(qū)中的像較小的后方來車在越過半徑突變線的時候，進入半徑r較大區(qū)，來車在后視鏡中的像突然變大，會讓司機來不及反應。當后方來車時，司機通過后視鏡觀察遠區(qū)的小半徑r范圍內觀察到的距離比實際的要更遠，而司機通過后視鏡觀察近區(qū)的大半徑r范圍內觀察到的距離比實際的要更近，半徑突變線的存在會使得這種變化來得很突然。因此，實際中應用的后視鏡的半徑變化必須很慢，在這里，本文選擇半徑逐漸變化的球面來組合成我們需要的后視鏡。同時考慮到更方便地看見后車輪胎部位，以方便倒車，我們可以把改進的反射鏡底部半徑再做小一點，最終設計方案見圖2，其中曲線曲率半徑的大小代表球面鏡的半徑。

4 評價與推廣

4.1 評價

本文從基本光學角度出發(fā)，運用球面反射鏡原理對現(xiàn)存的易引發(fā)交通事故的后視鏡進行了理論分析，得出了較為合理的結論，并給出了較為科學的改進方法。分析過大多數(shù)交通事故原因后，將該類后視鏡用于實際應用中，在一定程度上會減少大部分的交通事故數(shù)量。而且這種后視鏡的制造成本也不高，可以統(tǒng)一做成模具，然后壓制即可。這使得這種多半徑組合后視鏡的應用變得很方便。

4.2 推廣

該類球面鏡不僅僅局限于汽車后視鏡，推廣開來，日常生活中需要球面反射鏡的地方，都可以根據(jù)當?shù)氐穆窙r及環(huán)境對球面鏡進行適當?shù)母脑?，做到因地制宜，選取最優(yōu)的球面半徑組合，換上最適合當?shù)氐那蛎娣?/p>

射鏡。

5 結束語

本文體現(xiàn)了科學的思維方法：發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、評價與推廣，也體現(xiàn)了將復雜問題簡單化的思維，更體現(xiàn)了將所學理論知識用于實際研究設計的思維。最后，最重要的是本文的研究成果被采用后，可以減少汽車后視鏡盲區(qū)，讓行車變得更加安全。

參考文獻

[1]郁道銀，談恒英.工程光學[M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]吳建林，孔軍.汽車后視鏡盲區(qū)及預測方法[J].武漢理工大學學報，2010，32（6）.