何毓，楊文德，馬文龍，張勝偉

（陜西重型汽車(chē)有限公司汽車(chē)工程研究院，陜西 西安 710200）

后視鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究

何毓，楊文德，馬文龍，張勝偉

（陜西重型汽車(chē)有限公司汽車(chē)工程研究院，陜西 西安 710200）

文章在介紹后視鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程的同時(shí)，系統(tǒng)性的匯總了后視鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)需遵循的相關(guān)法規(guī)要求、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和常見(jiàn)問(wèn)題等，從而達(dá)到指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)、縮短設(shè)計(jì)周期和提高設(shè)計(jì)可靠性的目的。

后視鏡；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；重卡

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.017

CLCNO.: U463.85+6 DocumentCode: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-49-04

引言

作為最主要的現(xiàn)代化交通工具之一，汽車(chē)在人類(lèi)日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，人們對(duì)于汽車(chē)的安全性要求也越來(lái)越高。汽車(chē)要安全運(yùn)行，于駕駛員接受信息正確與否、信息輸入裝置的多少和快慢有著重要影響，汽車(chē)在行駛過(guò)程中，有80%的信息是靠視覺(jué)得到的，確保良好的視野是預(yù)防汽車(chē)事故的必要條件，所謂的視野是駕駛員行車(chē)時(shí)的視線(xiàn)范圍，人們根據(jù)不同的目的來(lái)定義和使用不同的視野概念。一般情況下，按視野獲得方式分為直接視野和間接視野直接視野是駕駛員在駕駛位置時(shí)，直接透過(guò)前風(fēng)檔玻璃、車(chē)門(mén)玻璃和后風(fēng)檔玻璃所能直接、清晰的看到的道路范圍的大小。間接視野即駕駛員通過(guò)內(nèi)外后視鏡看到的車(chē)輛后方情況的清晰圖象，圖象所反映的范圍即為得到的視野。后視鏡是駕駛員間接視野的主要保證，因而后視鏡的合理布置與設(shè)計(jì)是提高汽車(chē)主動(dòng)安全性的重要因素之一。

1、后視鏡的分類(lèi)

1.1 具有不同功能的視鏡，可分為以下幾類(lèi)

Ⅰ類(lèi)：內(nèi)后視鏡

Ⅱ類(lèi)(大)：外后視鏡（N3類(lèi)車(chē)輛）

Ⅲ類(lèi)(小)：外后視鏡Ⅳ類(lèi)：廣角外視鏡

Ⅴ類(lèi)：補(bǔ)盲外視鏡

Ⅵ類(lèi)：前視鏡

1.2 外后視鏡的結(jié)構(gòu)功能分類(lèi)

a.按調(diào)節(jié)方式和輔助功能，可分為以下幾類(lèi)：

手動(dòng)調(diào)節(jié)外后視鏡

電加熱外后視鏡

電動(dòng)電加熱后視鏡

b.按后視鏡結(jié)構(gòu)，可分為以下幾類(lèi)：

桿式后視鏡

整體式后視鏡

2、設(shè)計(jì)法規(guī)及輸入條件

2.1 中國(guó)法規(guī)要求

① GB 11552-2009 GB15084-2013

《機(jī)動(dòng)車(chē)輛后視鏡的性能和安裝要求》；

② QC/T 531-2001《汽車(chē)后視鏡》；

③ GB 7258-2012 《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》。

2.2 歐盟、歐共體法規(guī)要求

ECE R46《關(guān)于批準(zhǔn)后視鏡和就后視鏡的安裝方面批準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車(chē)輛的統(tǒng)一規(guī)定》。

3、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程

表1 后視鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程

4、后視鏡設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)準(zhǔn)則

4.1 后視鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求收集

a.任務(wù)來(lái)源需求輸入，需明確開(kāi)發(fā)需求及功能需求，提出參考車(chē)型。

b.收集駕駛室R點(diǎn)（以此確定眼點(diǎn)），白車(chē)身邊界、車(chē)窗前擋風(fēng)位置、地面位置等。

c.收集標(biāo)桿車(chē)型數(shù)據(jù)，包括。曲率半徑，視野參數(shù)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等。

d.了解現(xiàn)有供應(yīng)商信息，做出預(yù)估價(jià)格。

4.2 后視鏡曲率半徑的確定

作為后視鏡的一個(gè)基本參數(shù)，后視鏡曲率半徑直接關(guān)系到后視鏡的視野大小和影象質(zhì)量。眾所周知，凸面鏡可以擴(kuò)大視野，視野隨曲率半徑R縮小而增大。

按國(guó)標(biāo)要求，球面鏡曲率半徑r值不應(yīng)小于下列要求：

Ⅰ類(lèi)：內(nèi)后視鏡 1200mm

Ⅱ類(lèi)：外后視鏡 1200mm

Ⅳ類(lèi)：廣角外視鏡 300mm

Ⅴ類(lèi)：補(bǔ)盲外視鏡 300mm

Ⅵ類(lèi)：前視鏡 200mm

4.3 后視鏡尺寸的確定

后視鏡大小在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段由造型和總布置共同決定。鏡片越大,視野越大,但會(huì)影響前方視野,同時(shí)不需要的景物會(huì)映入鏡中,易分散駕駛員的判斷力,因此確定合適的大小原則是：能清楚的反映法規(guī)所反映的后視野. GB15084-2013中4.1.2.1條規(guī)定了后視鏡鏡面尺寸。

4.4 后視鏡視野及安裝位置的確定

汽車(chē)后視鏡的布置應(yīng)充分考慮以下三點(diǎn)：

1）滿(mǎn)足法規(guī)的要求，見(jiàn)圖2、3、4、5；

2）滿(mǎn)足市場(chǎng)的要求，見(jiàn)圖6；

3）駕駛員觀(guān)察后視鏡的舒適性；

外后視鏡一般安裝在前車(chē)門(mén)或A柱上。當(dāng)外后視鏡需要透過(guò)前風(fēng)擋使用時(shí)，要求可從前風(fēng)窗玻璃刮水器刮刷到得區(qū)域中看到外后視鏡。

一般人眼的視野角度，以靠近直前視線(xiàn)為宜，這樣，車(chē)輛后方的交通狀況可以直接映入直視前方的駕駛員眼內(nèi)，使之不必經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)眼睛和頭部就能獲得車(chē)后的信息。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的要求：后視鏡在水平方向的位置應(yīng)處于前直線(xiàn)視線(xiàn)的左右各60°(45°頭部自然轉(zhuǎn)角與15°眼睛自然轉(zhuǎn)角之和)范圍內(nèi)；在垂直方向的位置上處于前直視線(xiàn)上下個(gè)45°(30 °頭部自然轉(zhuǎn)角與15°眼睛自然轉(zhuǎn)角之和)范圍內(nèi)。基于以上原則，利用CATIA三維軟件數(shù)學(xué)模型可求出后視鏡中心位置。

在初步確定后視鏡的安裝位置后，必須進(jìn)行視野校核，而視野的校核即是光學(xué)中鏡面成像原理的應(yīng)用，如圖1。

圖1 雙眼總視野

后視鏡造型設(shè)計(jì)，駕駛室R點(diǎn)，車(chē)門(mén)，A柱，前擋風(fēng)，雨刮等都是后視鏡視野校核和安裝位置確定過(guò)程的輸入條件。通過(guò)反復(fù)的視野校核，和對(duì)后視鏡位置以及曲率半徑的調(diào)整，才能得到滿(mǎn)足法規(guī)視野要求(圖2～5)的后視鏡位置。

圖2 Ⅱ類(lèi)主外視鏡的視野

圖3 Ⅳ類(lèi)廣角外視鏡的視野

圖4 Ⅴ類(lèi)補(bǔ)盲外視鏡的視野

圖5 Ⅵ類(lèi)前視鏡的視野

由于駕駛員的身材、坐姿及駕駛習(xí)慣的差異，為保證駕駛員能獲得滿(mǎn)意的視野，要求后視鏡鏡片能夠在鏡殼內(nèi)完成偏轉(zhuǎn)，一般上下偏轉(zhuǎn)6°～8°，左右偏轉(zhuǎn)6°～8°。

4.5 外后視鏡調(diào)節(jié)力

外后視鏡在使用過(guò)程中支架需要向后翻折，翻折力的設(shè)定要考慮操作舒適性和風(fēng)力影響。翻折力過(guò)大影響使用，翻折力過(guò)小影響產(chǎn)品可靠性及抖動(dòng)性。翻折力設(shè)計(jì)參考值為130～180N。鏡片調(diào)節(jié)要求阻尼平順，無(wú)發(fā)卡現(xiàn)象；手動(dòng)調(diào)節(jié)鏡片力矩設(shè)計(jì)參考值為： 3N·m～10N·m。

4.6 后視鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

后視鏡的外殼形狀在整車(chē)造型階段已具有與整車(chē)協(xié)調(diào)一致的外形特征.而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是進(jìn)行內(nèi)部機(jī)構(gòu)的容納性,可調(diào)整性,工藝的可行性設(shè)計(jì)。桿式后視鏡和整體式后視鏡在結(jié)構(gòu)上差異性比較大，在產(chǎn)品定位上也有所不同：

桿式后視鏡： 結(jié)構(gòu)成本和剛性較好，適用性較強(qiáng)，但外觀(guān)設(shè)計(jì)受限。如奧龍，德龍系列車(chē)型。

整體式后視鏡： 剛性保證困難，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，中間需要支撐部件（鋁型材支撐），成本較高，但外觀(guān)造型較易實(shí)現(xiàn)與車(chē)身的匹配。如X3000。

4.7 后視鏡各部件材料選取

a.支座材料：我們現(xiàn)在的產(chǎn)品，考慮可靠性，一般采用鑄鐵作為支座材料。但從成本及減重的角度，越來(lái)越多的產(chǎn)品采用PA6+GF30，如MAN、BENZ。

b.鏡殼：一般采用PP；檔次較高，或者有噴涂需求的產(chǎn)品，選用ABS，如X3000車(chē)身同色的后蓋。

c.鏡桿和連接臂：我們現(xiàn)在的產(chǎn)品大多使用鋼管。同樣考慮成本及減重的需要，可以選用PA6+GF30或鋁型材，如MAN、BENZ。

d.鏡片托板：ABS，PP。

4.8 后視鏡功能及視野相關(guān)輔助產(chǎn)品介紹

a.鏡片加熱技術(shù)的應(yīng)用，可以輕松地除去霧霜等影響視野的因素。

b.防眩目技術(shù)的應(yīng)用可以讓司機(jī)在夜間行車(chē)時(shí)也可以不受影響地及時(shí)了解后側(cè)的情況。

c.為解決重型卡車(chē)轉(zhuǎn)彎和倒車(chē)時(shí)后視野的不足，目前較多地采用車(chē)輛后視攝像頭等技術(shù)

d.雷達(dá)系統(tǒng)：憑借一定的裝備測(cè)量前方、側(cè)方和后方障礙物的距離，并迅速反饋給汽車(chē)，以在危急的情況下，通過(guò)報(bào)警或自動(dòng)進(jìn)行某項(xiàng)預(yù)設(shè)定操作如緊急制動(dòng)等，來(lái)避免由于駕駛員疲勞、疏忽、誤判斷所造成的交通事故。 現(xiàn)在運(yùn)用在汽車(chē)上的主要有超聲波探測(cè)頭，毫米波雷達(dá)長(zhǎng)距離探測(cè)頭等

5、后視鏡產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題

5.1 抖動(dòng)問(wèn)題

后視鏡在車(chē)輛怠速運(yùn)行或行駛在顛簸的路面上時(shí)的抖動(dòng)問(wèn)題，是后視鏡的最大問(wèn)題。存在抖動(dòng)問(wèn)題的后視鏡，會(huì)導(dǎo)致影像模糊，易使駕駛員產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，影響駕駛的安全性的問(wèn)題。

通過(guò)經(jīng)驗(yàn)，初步分析產(chǎn)生抖動(dòng)的問(wèn)題點(diǎn)：

a.鏡片抖動(dòng)嚴(yán)重：可能是鏡片托板與鏡殼連接處剛度差。

b.鏡殼抖動(dòng)嚴(yán)重： 鏡殼與鏡桿或連接臂連接剛性差 。

c.整個(gè)后視鏡抖動(dòng)嚴(yán)重 ：托架和支架與車(chē)身或車(chē)門(mén)聯(lián)結(jié)剛性差。

實(shí)際上，行車(chē)過(guò)程中的抖動(dòng)實(shí)際上是這三種抖動(dòng)共同作用的結(jié)果。

5.1.1 材料方面

支架材料：從抖動(dòng)性考慮，材料由優(yōu)到差以此為：鑄鐵，鑄鋁，PA6+GF**（玻纖含量越低，強(qiáng)度越差）。

5.1.2 制造工藝

a.塑料件采用高壓注塑玻璃微珠增強(qiáng)塑料的注塑工藝，得到密實(shí)均勻且表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的的產(chǎn)品。

b.塑料微孔發(fā)泡成型技術(shù)的探索，微孔發(fā)泡成型不僅可以提高制品外觀(guān)質(zhì)量，降低材料消耗，同時(shí)還可以通過(guò)鈍化裂紋前端限制裂紋增長(zhǎng)，增加材料的韌性，提高吸震減震能力。

c.長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)塑料的注塑成型技術(shù)的探索，長(zhǎng)玻纖材料能夠獲得優(yōu)良的力學(xué)性能，尤其是提高材料的缺口沖擊強(qiáng)度，能夠提高材料的韌性和剛性，在汽車(chē)零部件中的應(yīng)用將非常廣泛。

d.創(chuàng)新的模具設(shè)計(jì)制造方法，從根源上保證產(chǎn)品質(zhì)量，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化評(píng)審、數(shù)字和RP樣件驗(yàn)證、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的有限元分析（Ansys、Moldflow等）和先進(jìn)的模具制造設(shè)備及工藝，確保為客戶(hù)提供性?xún)r(jià)比最優(yōu)的制造方案。

e.快速換模技術(shù)的采用，能夠較快地實(shí)現(xiàn)模具切換，適應(yīng)多品種小批量的生產(chǎn)方式，同時(shí)由于受力均勻，能夠?qū)δ＞哌M(jìn)行有效地防護(hù)，保證模具精度，并延長(zhǎng)模具的壽命。

f.裝配中采用能夠?qū)敵雠ぞ氐裙に噮?shù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的工具，確保工藝參數(shù)均勻一致，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

5.1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

a.桿式后視鏡，可以考慮增加一個(gè)支撐臂，如圖6。

圖6

b.連接臂結(jié)構(gòu)從單支變?yōu)殡p支結(jié)構(gòu)，圖7。

圖7

c.提高角調(diào)機(jī)構(gòu)的承載能力，提高該機(jī)構(gòu)的剛性,圖8.

圖8

d.提高支架固定的剛性，其一，增加結(jié)構(gòu)，提高剛性；其二，增加支架固定點(diǎn)之間的鎖附緊固件之間的距離。

5.1.4 抖動(dòng)性試驗(yàn)

整車(chē)試驗(yàn)是檢測(cè)產(chǎn)品抖動(dòng)性最直接的方法，要求發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速時(shí)無(wú)明顯抖動(dòng)現(xiàn)象,在各種路面上行車(chē)時(shí)無(wú)明顯抖動(dòng)現(xiàn)象，后視鏡反射的影像清晰，視覺(jué)舒服。但這種方法路況選擇難度大，時(shí)間周期長(zhǎng)，主觀(guān)因素對(duì)結(jié)果影響較大，需要在整車(chē)試驗(yàn)前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行臺(tái)架抖動(dòng)性試驗(yàn)。

臺(tái)架抖動(dòng)性試驗(yàn)：

a.固有頻率檢測(cè)試驗(yàn)：分別按上下/左右/前后三個(gè)方向進(jìn)行掃頻試驗(yàn)，查找產(chǎn)品固有頻率，試驗(yàn)條件：振動(dòng)頻率(Hz)：5～100;加速度(m/s2)：5～45。 掃頻過(guò)程中，振幅超過(guò)0.4mm，即認(rèn)為產(chǎn)品達(dá)到共振狀態(tài)，此時(shí)的頻率為產(chǎn)品固有頻率。整車(chē)固有頻率一般為40Hz左右（經(jīng)驗(yàn)值）,后視鏡固有頻率和整車(chē)固有頻率差值越大，產(chǎn)品越不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，

可靠性越好。一般要求后視鏡固有頻率要大于60Hz。

b.定頻振動(dòng)試驗(yàn)條件：以產(chǎn)品的固有頻率進(jìn)行定頻振動(dòng)試驗(yàn)，要求產(chǎn)品振幅小于在設(shè)計(jì)要求值。

c.對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行振動(dòng)頻率40Hz(整車(chē)頻率)的振動(dòng)試驗(yàn)，要求產(chǎn)品振幅小于在設(shè)計(jì)要求值。

5.2 視野問(wèn)題

視野是后視鏡的基本功能，對(duì)安全性，用戶(hù)舒適性滿(mǎn)意度至關(guān)重要。

后視鏡的設(shè)計(jì)不僅僅會(huì)影響到后視野，也會(huì)影響到前視野，即直接視野，如圖9。所以在后視鏡設(shè)計(jì)時(shí)也必須關(guān)注其與A柱之間的距離。為了減少或消除立柱對(duì)視野的妨礙，立柱相對(duì)于駕駛員眼點(diǎn)的投影長(zhǎng)度應(yīng)盡可能小于駕駛員瞳距。這樣在汽車(chē)前方的某一點(diǎn)，A柱所造成的視野盲區(qū)就得以消除。所以在A柱滿(mǎn)足其強(qiáng)度要求的情況下，使截面積盡可能小是解決直接視野的關(guān)鍵。

圖9

改變鏡片的曲率半徑，是最簡(jiǎn)單，也是最直接的改變后視野的方法，但需要考慮法規(guī)要求。曲率半徑越小，視野范圍越大，但同時(shí)小曲率半徑的后視鏡會(huì)使圖像失真，使駕駛員產(chǎn)生眩暈感，影響行車(chē)安全。

改變鏡片大小，也是一個(gè)直接可行的方案，但鏡片尺寸要滿(mǎn)足法規(guī)要求，同時(shí)調(diào)整后視鏡大小會(huì)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、外觀(guān)造成較大影響。

5.3 風(fēng)噪問(wèn)題

風(fēng)噪影響用戶(hù)舒適性，降低用戶(hù)體驗(yàn)滿(mǎn)意度。對(duì)風(fēng)噪問(wèn)題，現(xiàn)在還沒(méi)有確實(shí)可行的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，只能靠反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)解決。

5.4 風(fēng)阻問(wèn)題

后視鏡的設(shè)計(jì)不僅涉及到行車(chē)的安全性、與車(chē)身整體的一致性，還關(guān)系到車(chē)身整體的風(fēng)阻。風(fēng)阻對(duì)整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性起到關(guān)鍵作用。

后視鏡的外伸角度以及上下傾斜角度，會(huì)對(duì)整車(chē)的風(fēng)阻產(chǎn)生很大的影響，沃爾沃FH16等車(chē)型為降低風(fēng)阻前風(fēng)窗后傾12°，圖10。前下視鏡也順勢(shì)傾斜，不僅與車(chē)身渾然一體，同時(shí)還可以降低風(fēng)阻。

圖10

6、總結(jié)

本文為后視鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)思路提供參考。為筆者在實(shí)踐中實(shí)際應(yīng)用的總結(jié)，希望給業(yè)界同行提供參考。

Structural design method of heavy truck rear view mirror

He Yu, Yang Wende, Ma Wenlong, Zhang Shengwei
（Shaan Xi Heavy-duty Automobile Co., LtD, Shaanxi Xian 710200）

This paper introduces the design process of the rear view mirror system.At the same time, the system summarises the requirements of relevant laws and regulations design points and common problems that the rear view mirror system design should follow ,so as to guide the designer to design, shorten the design cycle and improve the reliability of the design.

rear view mirror; structure design; heavy truck

U463.85+6

A

1671-7988 (2016)12-49-04

何毓，就職于陜西重型汽車(chē)有限公司。