趙志星，周龍，方鈺

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230000）

基于CATIA的乘用車外后視鏡設(shè)計(jì)方法

趙志星，周龍，方鈺

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230000）

后視鏡作為主動(dòng)安全裝置是駕駛員獲得間接視野的重要保證。以HFC1510車型后視鏡為例，論述乘用車外后視鏡的正向布置和設(shè)計(jì)方法，利用CATIA三維軟件的輔助計(jì)算，設(shè)計(jì)出滿足法規(guī)及視野要求的鏡片尺寸。對(duì)后視鏡鏡頭在車身上的位置進(jìn)行合理布置，使其滿足扭頭角度、A柱障礙角及旋轉(zhuǎn)軸心的法規(guī)要求，同時(shí)對(duì)鏡片沉入鏡殼的尺寸，鏡片的旋轉(zhuǎn)角度等參數(shù)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，再此基礎(chǔ)上校核后視鏡的視野滿足法規(guī)，確立了車用車外后視鏡的設(shè)計(jì)流程及方法。

后視鏡；間接視野；位置布置；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

CLC NO.:U463.85Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-101-04

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜絹碓街匾慕巧c此同時(shí)人們對(duì)汽車安全性的認(rèn)識(shí)和需求也越來越高。汽車的安全行駛，與駕駛員獲取外界信息的速度和數(shù)量密切相關(guān)。汽車在行駛過程中，百分之八十的信息是靠視覺系統(tǒng)獲得的，因此確保良好的視野是預(yù)防汽車事故的重要條件。人們根據(jù)不同的目的來定義視野的概念，通常情況下，按照視野的獲得方式可分為直接視野和間接視野。

汽車后視鏡是汽車獲得間接視野和主動(dòng)安全的重要裝置之一，外后視鏡一般設(shè)在汽車兩側(cè)，內(nèi)后視鏡一般布置在駕駛室內(nèi)前風(fēng)擋上部，是駕駛員坐在駕駛室座位上直接獲取汽車兩側(cè)和后方等外部信息的工具，能觀察汽車左右上、下車人員和兩旁的行人、車輛以及其他障礙物情況，以確保行車安全。

本文主要結(jié)合HFC1510車型，詳細(xì)的闡述了后視鏡的布置和設(shè)計(jì)過程。

1、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

后視鏡在汽車安全中占有十分重要的位置，各個(gè)汽車生產(chǎn)國(guó)和地區(qū)都制訂了相應(yīng)的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)，來確保汽車良好的視野性能。表1主要列舉了歐洲共同體和經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE、EEC）和美國(guó)國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS）對(duì)汽車后視野的要求。圖1給出了我國(guó)在2013年在GB15084中對(duì)M1、N1類汽車的外后視鏡視野的規(guī)定。圖中陰影部分表示駕駛員通過外后視鏡必須能看見的區(qū)域，也是外后視鏡的布置與設(shè)計(jì)過程中必須滿足的最基本的視野要求。

表1 各國(guó)關(guān)于汽車外后視鏡視野的要求

圖1 M1和最大質(zhì)量不超過2000kg的N1類車外后視鏡后視野區(qū)域

2、外后視鏡的布置和設(shè)計(jì)過程

外后視鏡的布置和設(shè)計(jì)主要是通過參考標(biāo)桿車型的后視鏡布置位置，將后視鏡布置在整車上，然后根據(jù)相應(yīng)的法規(guī)和視野要求，設(shè)計(jì)鏡片曲率半徑、鏡片調(diào)節(jié)中心、鏡片調(diào)節(jié)角度和外后視鏡旋轉(zhuǎn)軸心。

在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，盡量是駕駛員獲得更好的視野同時(shí)兼顧造型的美觀。

2.1 外后視鏡鏡片的曲率半徑計(jì)算

后視鏡鏡片的曲率半徑關(guān)系到后視鏡的視野大小和成像的質(zhì)量。GB15084規(guī)定M1類車外后視鏡鏡片的曲率半徑不得小于1200mm，鏡片曲率半徑太小，則容易造成成像失真，影響駕駛員視野的舒適性，如果鏡片曲率半徑太大，為了滿足視野，則需要較大的鏡片尺寸。通?？紤]到鏡片的制造公差結(jié)合我公司的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)我們選定的鏡片曲率半徑為1400mm。

2.2 外后視鏡鏡片尺寸的計(jì)算

根據(jù)GB15084中關(guān)于后視鏡鏡片必須滿足能夠在反射面上繪出以a為底邊，高為40mm的矩形，與矩形高平行的線段，其長(zhǎng)度為b，表2列出了a和b的最小值。

表2 GB15084規(guī)定的汽車外后視鏡鏡片尺寸（mm）

2.3 后視鏡初始布置位置的設(shè)計(jì)

在在后視鏡的布置時(shí)要滿足兩點(diǎn)要求：

a.滿足法規(guī)規(guī)定的視野要求；

b.滿足駕駛員觀察后視鏡的舒適性要求

根據(jù)造型的需要，外后視鏡一般布置在車輛的前門上，結(jié)合我公司的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通常后視鏡在整車上的初始布置角度如圖2所示：

圖2 外后視鏡的初始布置角度

2.4 外后視鏡底座A柱障礙角的校核

圖3 A柱障礙角的校核

為了滿足造型美觀，通常后視鏡都布置在整車的左右前門上，后視鏡的安裝底座、門框、車身A柱和前風(fēng)擋玻璃黑邊，會(huì)造成對(duì)駕駛員前視野的一定角度的遮擋，通常此角度被成為A柱障礙角。GB 11562中規(guī)定每根A柱的雙目障礙角不得大于6°，所以在后視鏡設(shè)計(jì)時(shí)，A柱障礙角的校核也十分重要。為了使駕駛員獲得良好的前視野，同時(shí)結(jié)合我公司以往車型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)則，A柱障礙角目標(biāo)值定為4度。基于車型造型面，通過三位軟件CATIA對(duì)U1510車型A柱障礙角進(jìn)行模擬校核（見圖7），結(jié)果為3.54度，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

2.5 外后視鏡旋轉(zhuǎn)軸心的校核

GB 15084規(guī)定，以保證后視鏡順著撞擊方向偏移的轉(zhuǎn)動(dòng)軸或旋轉(zhuǎn)中心，或兩者之一為軸線，作一半徑為50mm的圓柱體，該圓柱體至少應(yīng)切到連接件所連接的表面部分。因此在設(shè)計(jì)后視鏡旋轉(zhuǎn)軸心的時(shí)候，要校核以后視鏡的旋轉(zhuǎn)軸心的位置做半徑50mm的圓柱是否能夠切到與后視鏡底座連接的車門鈑金。經(jīng)過校核U1510車型滿足此項(xiàng)法規(guī)要求。

圖4 后視鏡旋轉(zhuǎn)軸心的校核

2.6 外后視鏡鏡片沉入鏡殼深入尺寸校核

為了使外后視鏡在雨雪天氣有更好的使用性能，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮，在保證良好的后方視野的前提下，盡量將鏡片布置位置沉入外后視鏡鏡殼內(nèi)部。這樣能夠有效的避免雨水直接淋在鏡面上，從而影響駕駛員觀察后方視野的情況發(fā)生。通常鏡片的沉入量以12mm至15mm為最佳值。

圖5 鏡片沉入鏡殼的尺寸

2.7 外后視鏡鏡片調(diào)節(jié)角度的設(shè)計(jì)

圖6 鏡片的調(diào)整角度

由于駕駛員的身材、坐姿及駕駛習(xí)慣存在差異，為了滿足不同駕駛員都能夠通過外后視鏡獲得良好的視野，所以要求后視鏡的鏡片必須要有足夠的調(diào)節(jié)角度，來滿足不同駕駛?cè)藛T對(duì)鏡片位置的需求。通過大量的車型調(diào)研結(jié)合我公司的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，將外后視鏡的鏡片在上下左右方向的調(diào)節(jié)角度均設(shè)計(jì)為8°。

3、后視野校核

傳統(tǒng)的鏡片的視野校核方法是在三維軟件中，通過模擬鏡片的入射反射原理，繪制處鏡片的邊緣的反射發(fā)現(xiàn)，然后觀察法規(guī)區(qū)域是否被反射線包括在內(nèi)，這種方法校核時(shí)間長(zhǎng)，工作復(fù)雜重復(fù)性大。

圖6 利用反射線法的后視野校核圖

采用新的視野校核方法，利用物理的成像原理，通過三維設(shè)計(jì)軟件CATIA模擬法規(guī)區(qū)域在鏡片上的成像，來對(duì)外后視鏡視野進(jìn)行校核。駕駛員通過外后視鏡看到的為虛像，基本原理為凸面鏡成像(見圖7)。

圖7 凸面鏡成像示意圖

通過參數(shù)化設(shè)計(jì)，輸入造型鏡面(要求鏡面邊緣光順)、R點(diǎn)(眼點(diǎn)自動(dòng)生成)、車寬線、地面等相關(guān)周邊條件。以物點(diǎn)、球心、眼點(diǎn)確定的平面為基準(zhǔn)，制作草圖（見圖8）。利用凸面鏡成像原理，反射線通過眼點(diǎn)，入射線通過物點(diǎn)，反射線與入射線相對(duì)法線對(duì)稱，實(shí)現(xiàn)草圖全約束，其中入射線（或反射線）與凸面鏡的交點(diǎn)，即為物象處于鏡面的位置點(diǎn)（見圖8和圖9）。

圖8 物象處于鏡片的位置

圖9 利用參數(shù)化成像方法的后視野校核圖

通過參數(shù)化成像法校核，通過參數(shù)化調(diào)整鏡片位置，很容易得到滿足法規(guī)要求的鏡片位置，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，圖9為利用成像法校核的后視鏡視野，滿足法規(guī)要求。

4、結(jié)束語

文章主要結(jié)合江淮HFC1510車型外后視鏡的設(shè)計(jì)過程論述了外后視鏡的布置和設(shè)計(jì)的思路及方法，打破以前逆向設(shè)計(jì)或?qū)嵻嚻ヅ涞脑O(shè)計(jì)方法，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加科學(xué)化。而且在設(shè)計(jì)階段參數(shù)化視野校核就能進(jìn)行外后視鏡法規(guī)視野區(qū)域的可行性分析，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。

[1]GB.15084-2013《機(jī)動(dòng)車輛后視鏡的性能和安裝要求》.

[2]GB.11562-1994《汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法》.

[3]丁海,汽車后視鏡設(shè)計(jì),汽車技術(shù),1991(7)：5-11.

[4]任金東,汽車人機(jī)工程學(xué).北京：北京大學(xué)出版社,2010.

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[7]Boundy TM,Vitae NA，F(xiàn)iglioli DW．‘‘Multi Vector”Field of View Design Too1．SAE Technical Paper No．2004 —01—0380,2004.

圖6 模糊PID與PID仿真框圖

2.4 仿真結(jié)果分析

圖7 仿真結(jié)果曲線

由SIMULINK仿真，得到如圖7的真的仿真結(jié)果，從圖中可以看出，模糊PID控制與常規(guī)PID控制超調(diào)量明顯減小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能變好。

3、結(jié)束語

文中實(shí)例證明，自適應(yīng)模糊PID控制與常規(guī)的PID控制相比具有較好的穩(wěn)定性，較小的超調(diào)量，抗干擾能力強(qiáng)。此外，在SIMULINK中模糊邏輯工具箱可以方便的設(shè)計(jì)模糊控制器，靈活的設(shè)定和修改控制器參量，并且可以在線對(duì)△kp、△ki、△kd進(jìn)行調(diào)整以得到滿意的控制效果。

參考文獻(xiàn)

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Design method of outer rear view mirror for vehicles based on CATIA

Zhao Zhixing, Zhou Long, Fang Yu
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

As an active safety device, the rear view mirror is an important guarantee for the driver to obtain an indirect view. Taking the HFC1510 vehicle type rear view mirror as an example, the layout and design method of the mirror is discussed, Use CATIA 3D to auxiliary calculate, designed the lens size to meet the requirements and regulation. Layout the rearview mirror on the reasonable position of the car, in order to meet the regulatory requirements of twist angle , A column obstacle angle and rotating axis, At the same time, we designed the shell size of the lens sunk into the mirror, and the rotation angle of the lens. Based on all of this, check the sight of the mirror to meet the regulations, established the design process and methods for vehicle outside mirror.

Out side rear vision mirror; indirect vision; lay out; structure design

U463.85

A

1671-7988(2017)02-101-04

趙志星，目前就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.034