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        外后視鏡精細化布置研究

        2021-06-02 01:53:34趙國棟楊興龍丁立杰王旭夏華翅葛川平
        汽車文摘 2021年6期
        關(guān)鍵詞:駕駛員汽車評價

        趙國棟 楊興龍 丁立杰 王旭 夏華翅 葛川平

        (一汽奔騰轎車有限公司,長春130011)

        主題詞:外后視鏡 精細化 人機工程學(xué) 場景化 感觀質(zhì)量

        1 前言

        隨著社會發(fā)展的不斷進步,汽車已經(jīng)成為人們出行選擇的重要工具之一,汽車的安全性也獲得消費者的廣泛關(guān)注。汽車行駛過程中,大部分的信息通過視野獲得,保證駕駛員獲得良好的視野是汽車開發(fā)過程中重要的工作之一[1]。駕駛員視野包括直接和間接視野,直接視野是指駕駛員透過風(fēng)窗玻璃和車門玻璃獲得的相關(guān)信息;間接視野是指駕駛員通過內(nèi)外后視鏡獲得車輛周圍的路況信息。后視鏡的布置設(shè)計尤其是外后視鏡,對提高汽車的行駛安全性有較重要的意義[1-2]。

        外后視鏡是汽車重要的安全部件之一,行駛過程中駕駛員需要頻繁觀察外后視鏡獲得車輛周邊的車況信息。外后視鏡的位置直接影響駕駛員的觀察時間,位置過于靠后,觀察角度變大,反應(yīng)時間變長,行駛安全將會變差;外后視鏡又是影響汽車外觀造型的重要部件之一,對于視野要求,希望外后視鏡尺寸越大越好,但尺寸增大會影響車型整體造型的協(xié)調(diào)性,并且會對前方視野造成遮擋,且外形尺寸與開發(fā)成本、行車噪聲息息相關(guān)[3-4]。

        近年來,隨著汽車工業(yè)水平的不斷提高,消費者對汽車的精良性水平要求也越來越高,本文綜合考慮法規(guī)、人機布置、反光炫目和感觀質(zhì)量4個維度,詳細描述外后視鏡的精細化布置。

        2 法規(guī)要求

        外后視鏡的布置首先必須滿足法規(guī)要求,GB 15084—2013[5]和GB 1589—2016[6]對外后視鏡提出了嚴格要求。

        2.1 法規(guī)可視區(qū)域要求

        GB 15084—2013對M1類汽車左右外后視鏡視野進行了較為詳細的規(guī)定,如圖1中陰影部分表示駕駛員通過外后視鏡必須能看到的區(qū)域[5]。

        圖1 外后視鏡視野法規(guī)要求[5]

        2.2 鏡面最小尺寸要求

        外后視鏡的鏡面尺寸應(yīng)滿足以下要求:

        (1)能在其反射面上繪出以a為底邊,高為40 mm的矩形。

        (2)反射面上還能繪出與矩形高平行的線段,其長度為b。

        (3)a和b的數(shù)值參考表1[5];r為外后視鏡的曲率半徑。

        表1 a和b的最小值[5] mm

        2.3 旋轉(zhuǎn)軸位置要求

        以外后視鏡旋轉(zhuǎn)中心做1個直徑為70 mm的圓柱體,該圓柱體至少應(yīng)切到連接件的表面部分,如圖2[5]。

        圖2 外后視鏡旋轉(zhuǎn)軸示意[5]

        2.4 觀察角度要求

        在確定駕駛員側(cè)外后視鏡位置時,應(yīng)保證外后視鏡中心與眼點連線和車輛縱向?qū)ΨQ面夾角不大于55°[5],如圖3所示。

        圖3 外后視鏡觀察角度要求[5]

        2.5 外后視鏡外伸量要求

        GB 1589—2016法規(guī)要求乘用車的整車寬度(不含外后視鏡)最大限值應(yīng)不超過2 550 mm。車輛間接視野裝置單側(cè)外伸量不應(yīng)超出車輛寬度250 mm(如圖4)[6]。

        圖4 外后視鏡外伸量要求[6]

        3 人機布置要求

        法規(guī)的相關(guān)要求只是設(shè)計的最低的門檻,在產(chǎn)品開發(fā)過程中要從人機工程專業(yè)角度合理定義外后視鏡的位置,確保駕駛員行駛過程中觀察的便利性。按照外后視鏡安裝位置,有3種形式:

        (1)安裝在車門三角區(qū)如圖5所示;

        圖5 布置在三角窗

        (2)安裝在車門外板如圖6所示;

        圖6 布置在車門

        (3)安裝在水切位置,如圖7所示[5]。

        圖7 布置在水切位置

        圖8 外后視鏡X向位置定[7]

        3.1 X向位置定義

        文獻[7]中對外后視鏡的X向位置進行了詳細規(guī)定,建議外后視鏡與R點X向距離>500 mm,且不能超出駕駛員踵點位置,如圖8所示。但不同車型由于坐姿不同,駕駛員踵點前后位置差異較大。且外后視鏡的X向位置直接影響駕駛員的觀察動作和響應(yīng)速度,尤其對于身材較矮人員,更容易受外后視鏡位置影響[8]。GB 15084—2013法規(guī)中規(guī)定駕駛員觀察角度不大于55°,某車型在初期開發(fā)開發(fā)過程中設(shè)定為54°,但后期路試階段,身材較矮人員抱怨外后視鏡位置靠后,觀察不便,有安全風(fēng)險。為合理定義外后視鏡的X向位置,結(jié)合對標數(shù)據(jù)如圖9所示,建議外后視鏡鏡面中心與駕駛員R點位置>570 mm,外后視鏡觀察角度45±3°。

        圖9 外后視鏡鏡面中心與R點X向距離

        3.2 Y向位置定義

        外后視鏡Y方向布置應(yīng)滿足GB 1589—2016要求,單側(cè)外伸量不應(yīng)超過整車寬度250 mm。并且要盡量增大外后視鏡與A柱之間的間隙如圖10所示,改善A柱盲區(qū)。

        圖10 外后視鏡與A柱之間間隙

        3.3 Z向位置定義

        由于人眼觀察外后視鏡的視野不能被水切遮擋,如圖11和圖12所示,外后視鏡下殼體高度在視線方向上必須高于水切[9],但位置過高,外后視鏡殼體將影響駕駛員對前方交通路況信息的識別,結(jié)合對標數(shù)據(jù)如圖13所示,建議鏡殼上部與R點Z向距離不大于600 mm。

        圖11 左眼觀察外后視鏡

        圖12 右眼觀察外后視鏡

        圖13 外后視鏡鏡殼與R點Z向高度

        3.4 外后視鏡安裝角度定義

        外后視鏡通常與Y軸有一定的角度如圖14所示,且左右側(cè)外后視鏡角度也不一致。文獻[7]中建議左側(cè)夾角A1為13~30°,右側(cè)A2為13~40°。某車型初期定義左側(cè)夾角A1為20°,右側(cè)A2夾角為30°,但后期路試人員反饋左側(cè)外后視鏡視野范圍不足,車身在后視鏡中視野占比較大。為合理定義外后視鏡的安裝角度,結(jié)合對標數(shù)據(jù)如圖15和圖16所示,建議左側(cè)外后視鏡安裝角度A1:15~17°,右側(cè)外后視鏡安裝角度A2:27~30°,并且重點關(guān)注GB 15084—2013法規(guī)中外后視鏡視野區(qū)域障礙物的遮擋要求,車門把手等障礙物遮擋不超過10%[5]。

        圖14 外后視鏡安裝角度

        圖15 左側(cè)外后視鏡安裝角度

        圖16 右側(cè)外后視鏡的安裝角度

        4 感觀要求

        近年來,隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高,消費者對汽車的感觀要求越來越高,外后視鏡的精細化水平很大程度上影響消費者對汽車的整體印象。

        4.1 整體造型

        外后視鏡的外觀要與汽車整體造型一致,比例協(xié)調(diào),競品1如圖17所示和競品2如圖18所示,外后視鏡給人耳目一新的感覺。

        圖17 競品1

        圖18 競品2

        左右2側(cè)外后視鏡與A柱間隙應(yīng)均勻,某車型左右間隙差值超過20 mm,視覺效果較差如圖19所示。

        圖19 某車型外后視鏡外觀效果

        4.2 車內(nèi)視野性

        設(shè)計者還需重點關(guān)注駕駛員視線方向上,外后視鏡的比例協(xié)調(diào)性(如圖20所示),盡量減小鏡殼尺寸L2,減小外后視鏡盲區(qū),并且合理設(shè)定鏡面與鏡殼的尺寸比例(L1/L2),盡量接近黃金分割比,提高視野方向的外后視鏡整體協(xié)調(diào)性[10-12]。

        圖20 視線方向上外后視鏡比例

        4.3 外后視鏡分縫和鏡殼反光

        應(yīng)避免外后視鏡殼體與鏡座的分縫在視線角度下直接被看穿如圖21所示,如確實無法規(guī)避,建議增加遮蔽結(jié)構(gòu)如圖22所示。

        圖21 某車型分縫

        圖22 某車型遮蔽機構(gòu)

        外后視鏡開發(fā)過程中應(yīng)進行反光校核,避免陽光在鏡殼表面產(chǎn)生鏡面反射,某車型外后視鏡在特定時間特定角度下,外界陽光經(jīng)鏡殼反射會進入人眼,影響駕駛安全如圖23所示。鏡圈應(yīng)選擇較為粗糙的皮紋,最大程度弱化反光效果,競品3在陽光下鏡圈幾乎不存在反光現(xiàn)象如圖24所示。

        圖23 某車型鏡殼反光

        圖24 競品3

        4.4 反光炫目規(guī)避

        儀表板的除霜口大多采用鍍鉻處理,強光照射下,除霜口會在側(cè)窗玻璃上成像,如果除霜口布置位置不合理,成像區(qū)域和駕駛員觀察外后視鏡區(qū)域大面積重疊(圖25)影響駕駛安全,外后視鏡開發(fā)過程中應(yīng)盡可能避免該現(xiàn)象發(fā)生。

        圖25 某車型除霜口成像

        夜間行車過程中,組合儀表發(fā)出的光線會在側(cè)窗成像,如果虛像與駕駛員觀察外后視鏡區(qū)域重疊如圖26所示,將會分散駕駛員的注意力,造成安全隱患,汽車開發(fā)過程中應(yīng)重點關(guān)注該現(xiàn)象[8]。

        圖26 某車型組合儀表成像

        5 驗證和評價

        按照汽車開發(fā)流程,外后視鏡后續(xù)要進行驗證和評價等一系列工作。

        5.1 外后視鏡驗證

        外后視鏡驗證主要包括虛擬驗證和實物驗證,虛擬驗證主要借助軟件,針對可能出現(xiàn)的問題逐項校核。實物驗證主要依賴實物模型,開展主觀評價。

        5.1.1 虛擬驗證

        RAMSIS軟件是慕尼黑工業(yè)大學(xué)專門針對人體姿態(tài)研究開發(fā)的軟件,數(shù)據(jù)來源主要是基于大多數(shù)駕駛員的駕乘習(xí)慣和駕駛過程中關(guān)節(jié)的角度,并且可以根據(jù)人體當前尺寸對未來幾年進行預(yù)測。用戶可以根據(jù)實際情況載入車輛的CAD模型,創(chuàng)建用戶目標人體。RAMSIS特有的場景功能可真實還原駕駛員的駕乘場景,能比較精確的完成虛擬驗證工作[13-16]。

        為校核不同身高人體觀察外后視鏡的動作,需借助RAMSIS軟件生成不同身高人體如圖27所示,并且模擬觀察動作,校核頭部關(guān)節(jié)角度是否舒適如圖28所示。

        圖27 某車型不同身高人體駕駛姿態(tài)

        圖28 某車型駕駛員外后視鏡觀察動作

        RAMSIS軟件可創(chuàng)建現(xiàn)實生活中的用車場景,更真實的還原駕駛員的用車感受。圖29模擬轉(zhuǎn)彎場景,圖30模擬外后視鏡盲區(qū)是否影響駕駛員對道路信息的識別,圖31模擬駕駛員能否透過外后視鏡識別正在過馬路的小孩。

        圖29 模擬轉(zhuǎn)彎場景

        圖30 外后視鏡盲區(qū)的影響

        圖31 模擬小孩過馬路

        5.1.2 實物驗證

        目前實物驗證模型主要包括人機臺架和Seating Buck模型。

        人機臺架模型(圖32)是設(shè)計前期的主要驗證手段之一,驗證內(nèi)容包括人機姿態(tài)、內(nèi)部空間、整車視野和進出方便性等,外后視鏡位置初步確定后可搭載人機臺架驗證[17]。

        圖32 人機臺架模型

        Seating Buck模型[18-19](圖33),能夠真實的還原造型數(shù)據(jù),其中外后視鏡驗證內(nèi)容主要包括位置、視野、盲區(qū)、反光炫目和感觀質(zhì)量等。

        圖33 某車型Seating Buck模型[18-19]

        5.2 主觀評價

        在人機臺架模型或者Seating Buck模型階段,應(yīng)組織不同身高人群開展主觀評價,確保外后視鏡能滿足絕大多數(shù)駕駛員的觀察需求。

        5.2.1 評價人員選擇[20]

        (1)評價人員應(yīng)至少具備2年及2年以上駕齡,且對汽車結(jié)構(gòu)有一定的了解,保證能夠?qū)υu價項目給出合理性的建議。

        (2)評價人員應(yīng)盡量與開發(fā)車型的目標用戶一致,身高范圍應(yīng)盡量包含低、中和高3種身材,且同一身材人員數(shù)量不少于3名。

        5.2.2 評價標準[20]

        所有評價人員評分標準一致,評分標準采用“5分制”,評價前組織培訓(xùn),確保在相同條件下,對同一項目不同人員給出的評價分數(shù)應(yīng)盡量一致,評分標準見表2。

        表2 主觀評價評分標準[20]

        6 結(jié)束語

        在傳統(tǒng)外后視鏡布置的基礎(chǔ)上,增加了人機、感觀質(zhì)量和場景化驗證等多方面內(nèi)容,較為系統(tǒng)的闡述外后視鏡的設(shè)計方法,尤其是在精細化提升方面需要考慮的維度,對后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)有較強的指導(dǎo)意義。

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