邢艷云，于 波

（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)汽車與交通學(xué)院，天津 300222；2.中國汽車技術(shù)研究中心汽車工程研究院，天津 300162）

汽車外后視鏡視野設(shè)計(jì)是汽車產(chǎn)品的一項(xiàng)重要安全指標(biāo)，汽車后視鏡的視野情況直接關(guān)系到汽車的行駛安全性。文獻(xiàn)[1-2]均依據(jù)《GB 15084—94 汽車后視鏡的性能和安裝要求》進(jìn)行視野設(shè)計(jì)，文獻(xiàn)[1]利用UG 軟件，對(duì)汽車的前視野、盲區(qū)和后視野進(jìn)行了正向設(shè)計(jì)并建立了評(píng)價(jià)系統(tǒng)。文獻(xiàn)[2]利用CATIA V5 軟件對(duì)大客車后視野進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，有效提高了設(shè)計(jì)效率。文獻(xiàn)[3-5]利用CATIA 軟件分別對(duì)重型卡車和乘用車進(jìn)行了后視野的正向設(shè)計(jì)與校核。文獻(xiàn)[6-7]分別利用Power Copy 和超級(jí)副本的方法對(duì)乘用車視野校核進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)，有效提高了設(shè)計(jì)效率。文獻(xiàn)[8-9]利用不同的確定眼點(diǎn)方法對(duì)汽車后視野進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核。文獻(xiàn)[10-12]探討了利用改變后視鏡曲率等方法對(duì)后視野盲區(qū)進(jìn)行了減小或消除。文獻(xiàn)[13-18]均利用正向或逆向的設(shè)計(jì)方法對(duì)后視鏡進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算。上述研究有效提高了設(shè)計(jì)效率，但均沒有探索利用正向與逆向相結(jié)合的方法進(jìn)行視野的參數(shù)化設(shè)計(jì)與校核。本文利用CATIA 軟件，采用正向與逆向兩種設(shè)計(jì)方法，在車型開發(fā)概念設(shè)計(jì)階段，對(duì)外側(cè)后視鏡視野進(jìn)行了分析校核與參數(shù)化設(shè)計(jì)，旨在提高設(shè)計(jì)的可靠性和設(shè)計(jì)效率。

1 乘用車外側(cè)后視鏡布置及視野要求

1.1 乘用車外側(cè)后視鏡視野要求

（1）駕駛員側(cè)。駕駛員側(cè)的外后視鏡在水平路面上的視野區(qū)域?qū)挾戎辽贋? m，該區(qū)域經(jīng)過汽車的最外側(cè)點(diǎn)，ECE R46 后視野范圍示意圖如圖1 所示。此外，還要求駕駛員能夠看到寬度大于1 m 的路面區(qū)域。

圖1 ECE R46 后視野范圍示意圖

（2）乘員側(cè)。乘員側(cè)的外后視鏡視野要求與駕駛員側(cè)相同。

《GB 15084—2006 機(jī)動(dòng)車輛后視鏡的性能和安裝要求》中可視范圍如圖2 所示[19]。從圖1 和圖2 可以看出，GB 15084—2006 要求的可視范圍比ECE R46 要求小，若設(shè)計(jì)的后視鏡視野滿足ECE R46 的要求，便可以同時(shí)滿足GB 15084—2006 的法規(guī)要求。因此，本文只研究涉及ECE R46 后視鏡規(guī)范校核方法及參數(shù)的設(shè)計(jì)。

圖2 后視野可視范圍

1.2 乘用車外側(cè)后視鏡布置

依據(jù)人機(jī)工程學(xué)的布置原則，駕駛員側(cè)外后視鏡的水平方向應(yīng)布置在駕駛員直前視線55°范圍內(nèi)；乘客側(cè)的外后視鏡水平方向應(yīng)在駕駛員直前視線75°范圍內(nèi)；而垂直方向上，兩側(cè)均應(yīng)在直前視線上下各45°的范圍內(nèi)[20]。ECE R46 中的安裝要求是駕駛員側(cè)外后視鏡中心至駕駛員兩眼點(diǎn)（距離為65 mm）中心連線與縱向基準(zhǔn)面夾角不大于55°，同時(shí)必須滿足圖1 中所示的條件[20]。

2 乘用車駕駛員側(cè)外后視鏡正向校核方法

2.1 外后視鏡正向校核輸入條件

在外側(cè)后視鏡校核前首先要明確輸入前提條件。生產(chǎn)廠家的現(xiàn)有條件不同、車型不同，其前提條件也不盡相同。本研究根據(jù)比較常見的已有車身三維造型和后視鏡的情況進(jìn)行說明。

（1）造型外面CAS（computer aided surface）是指造型部門提供的最初版本的三維造型設(shè)計(jì)數(shù)模（3D Data），其中含有后視鏡結(jié)構(gòu)、安裝位置以及鏡片位置等。

（2）地面線是指總布置給出的地面高度線，一般參考的是空載地面線。

（3）R 點(diǎn)是指總布置提供的前排座椅。

2.2 駕駛員側(cè)外后視鏡正向校核方法

利用CATIA 軟件建立后視鏡參數(shù)化模型，再確定駕駛員眼點(diǎn)位置、鏡面曲率中心位置，確定左、右眼在駕駛員側(cè)和乘員側(cè)可觀測區(qū)域，具體步驟如下。

（1）確定駕駛員眼點(diǎn)。通過駕駛員乘坐位置中心，作一個(gè)與汽車縱向基準(zhǔn)面平行的平面，在該平面內(nèi)的座椅基準(zhǔn)點(diǎn)R 上方635 mm 處有一點(diǎn)，該點(diǎn)兩側(cè)各32.5 mm 處的2 個(gè)點(diǎn)，即為駕駛員眼點(diǎn)。駕駛員外側(cè)后視鏡與眼點(diǎn)及R 點(diǎn)位置關(guān)系如圖3 所示。

圖3 駕駛員外側(cè)后視鏡與左右眼點(diǎn)及R 點(diǎn)位置關(guān)系

（2）確定鏡面曲率中心。根據(jù)外CAS 面給定的鏡面邊界，可求出外后視鏡鏡面的曲率中心位置和坐標(biāo)，駕駛員外側(cè)后視鏡鏡面曲率中心示意圖位置關(guān)系如圖4 所示。

圖4 駕駛員外側(cè)后視鏡鏡面曲率中心示意圖位置關(guān)系

（3）在外后視鏡邊緣上任選一點(diǎn)，與左眼點(diǎn)、鏡面曲率中心三點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)平面。

（4）在上述平面內(nèi)，將球面上選取的點(diǎn)分別連接左眼點(diǎn)與曲率中心成線L1、L2，根據(jù)成像原理，做出L1 的對(duì)稱線記為L3，駕駛員入射線反射線示意圖如圖5 所示。

圖5 駕駛員入射線和反射線示意圖

（5）重復(fù)步驟（3）和（4），可得到如圖6 所示的一系列直線。

圖6 鏡面外沿反射線示意圖

（6）連接反射線端點(diǎn)，做樣條曲線，連接該樣條曲線與鏡面邊界所在直線，得到區(qū)域即為左眼點(diǎn)可以觀測區(qū)域C1，左眼點(diǎn)駕駛員側(cè)可視范圍如圖7 所示。

圖7 左眼點(diǎn)駕駛員側(cè)可視范圍

（7）重復(fù)上述4 步，同理得到右眼可觀測區(qū)域C2，左、右眼點(diǎn)駕駛員側(cè)可視范圍如圖8 所示。

圖8 左、右眼點(diǎn)駕駛員側(cè)可視范圍

（8）根據(jù)ECE R46 要求，分別做出左、右兩側(cè)在給定地面的最小可視區(qū)域C5、C6。若C5 與C6 分別在C1 和C2、C3 和C4 所構(gòu)成的區(qū)域內(nèi)，則外后視鏡位置滿足要求。反之，不滿足要求。

圖9 左、右眼點(diǎn)駕駛員側(cè)和乘員側(cè)可視范圍

3 乘用車駕駛員側(cè)外側(cè)后視鏡逆向校核方法

外后視鏡逆向校核輸入條件與正向校核輸入條件相同。利用CATIA 軟件確定駕駛員側(cè)外后視鏡逆向校核具體步驟如下。

（1）確定駕駛員左、右眼點(diǎn)。

（2）確定鏡面曲率中心。參考2.2 中的正向校核步驟（1）和步驟（2）。

（3）在給定參考地面上按照法規(guī)要求，分別在車身左側(cè)最外側(cè)距離眼點(diǎn)X 方向4 m、30 m 處做點(diǎn)P1、P2，在距離P1、P2 的Y 向距離1 m、5 m 處做點(diǎn)P3、P4。

（4）過點(diǎn)P1、左眼點(diǎn)和鏡面曲率中心做平面。

（5）做平面與鏡面的交線，在上述平面所在草圖上，分別連接左眼點(diǎn)與曲率中心，左眼點(diǎn)與P1 成線L1、L2，根據(jù)成像原理，做出L1 的對(duì)稱線記為L3，L1與L3 交點(diǎn)記為P1，經(jīng)過地面邊界點(diǎn)與左眼點(diǎn)的入射線與反射線示意圖如圖10 所示。

圖10 經(jīng)過地面邊界點(diǎn)與左眼點(diǎn)的入射線與反射線示意圖

（6）重復(fù)步驟（4）和（5），同理得到右眼可觀測到區(qū)域P2、P3、P4。

（7）連接P1、P2、P3、P4 得到直線L4、L5、L6、L7，連接L4、L5、L6、L7 得到平行四邊形，重復(fù)步驟（4）—（7），可得到經(jīng)地面邊界點(diǎn)入射線經(jīng)鏡面反射后到右眼點(diǎn)的反射線。

P1、P2、P3、P4 點(diǎn)的位置示意圖如圖11 所示。若所得的2 個(gè)四邊形均在鏡面內(nèi)，則設(shè)計(jì)位置滿足要求。反之，不滿足要求。同樣方法可校核乘員外側(cè)后視鏡。

圖11 P1、P2、P3、P4 點(diǎn)的位置示意圖

4 駕駛員側(cè)外后視鏡校核參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

經(jīng)過上述校核的外側(cè)后視鏡若不滿足要求，造型部門需重新設(shè)計(jì)外側(cè)后視鏡。如此反復(fù)，浪費(fèi)了大量的人力物力，因此在校核過程中，校核部門若能將外側(cè)后視鏡曲率中心與鏡面的位置進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，給出合理的曲率中心與鏡面位置，反饋給造型部門，可極大提高工作效率。參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟為：①使用2.2方法確定駕駛員左、右眼點(diǎn)。②確定鏡面曲率中心，將其坐標(biāo)參數(shù)化。根據(jù)外CAS 給定的鏡面邊界，求出外側(cè)后視鏡鏡面所在球的曲率中心位置坐標(biāo)，將鏡面曲率中心位置參數(shù)化。③將外側(cè)后視鏡鏡面位置旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)化。④將外側(cè)后視鏡邊緣點(diǎn)位置參數(shù)化。⑤重復(fù)2.2 中步驟（5）—（8）。

通過調(diào)整鏡面位置角度參數(shù)，在正向設(shè)計(jì)過程中，按標(biāo)規(guī)要求區(qū)域落在可視區(qū)域內(nèi)，在逆向設(shè)計(jì)過程中，盡量使地面邊界點(diǎn)反射點(diǎn)組成的四邊形位于鏡面中心位置，若鏡面調(diào)整角度過大，通過調(diào)整鏡面曲率中心位置參數(shù)，使鏡面及后視鏡安裝角度合適，且滿足標(biāo)規(guī)要求。造型部門根據(jù)給定的輸入條件，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)后視鏡安裝位置及角度，可避免很多重復(fù)性工作，工作效率顯著提高。

5 結(jié)語

本文利用三維建模軟件CATIA，探討了基于ECE R46 標(biāo)規(guī)要求的外后視鏡正向、逆向兩種校核方法與參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。結(jié)果表明，該方法可以有效減少工程技術(shù)人員工作量，提高了工作效率，縮短開發(fā)周期，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)并制造出質(zhì)量更好、穩(wěn)定性更高的產(chǎn)品，極大節(jié)約了開發(fā)和設(shè)計(jì)成本，滿足了市場的需求。