陳崇山

（東風(fēng)柳州汽車(chē)有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

后視鏡作為汽車(chē)非常重要的零部件，在車(chē)輛行駛過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，它為駕駛?cè)藛T提供間接視野，以確保行車(chē)安全。但車(chē)輛在行駛過(guò)程中，路面激勵(lì)、發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)等外部振動(dòng)激勵(lì)或大或小會(huì)引起車(chē)身振動(dòng)，進(jìn)而引起后視鏡振動(dòng)，最終導(dǎo)致后視鏡視野模糊不清，造成行車(chē)安全隱患。

根據(jù)后視鏡法規(guī)GB15084-2013的要求，為獲得更好的間接視野范圍，商用車(chē)特別是N2、N3類(lèi)車(chē)的后視鏡的外廓尺寸都比較大，同時(shí)由于駕駛室和整車(chē)尺寸的寬度尺寸限制，后視鏡鏡桿外伸量通常也比較大，這些都對(duì)后視鏡抗抖性能提出了更高的要求。

本研究在光學(xué)反射原理的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新提出了一種基于臺(tái)架振動(dòng)的后視鏡抗抖性能的評(píng)價(jià)方法，同時(shí)對(duì)影響后視鏡抖動(dòng)性能的相關(guān)因素進(jìn)行了細(xì)致的分析研究，并根據(jù)不同的影響要素提出了解決方案，有效地解決了產(chǎn)品問(wèn)題，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 商用車(chē)后視鏡抗抖性能創(chuàng)新評(píng)價(jià)方法

現(xiàn)階段，當(dāng)車(chē)輛行駛中發(fā)現(xiàn)后視鏡抖動(dòng)，成像模糊，影響行車(chē)安全時(shí)，一般都是通過(guò)主觀評(píng)價(jià)人員進(jìn)行主觀評(píng)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)一定的臨時(shí)排查手段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障分析，然后將故障模式及嚴(yán)重程度等信息反饋給技術(shù)開(kāi)發(fā)人員。技術(shù)人員通過(guò)對(duì)零部件數(shù)據(jù)、圖紙進(jìn)行仔細(xì)核實(shí)，在保證相關(guān)零部件符合圖紙要求的情況下，繼而借助CAE仿真分析軟件，對(duì)后視鏡內(nèi)部扭轉(zhuǎn)器、嚙齒配合等由運(yùn)動(dòng)副組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，以找出誘發(fā)后視鏡抖動(dòng)的根源。整個(gè)過(guò)程繁雜且漫長(zhǎng)，且不能實(shí)時(shí)直觀地觀測(cè)出不同整改措施的整改提升效果。

本研究提出的基于光學(xué)反射原理制作而成的臺(tái)架振動(dòng)激光成像后視鏡抖動(dòng)評(píng)價(jià)方法。后視鏡臺(tái)架振動(dòng)激光成像的基本原理是將后視鏡安裝在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的支架上，模擬整車(chē)安裝狀態(tài)，如圖1所示。用激光束照射后視鏡鏡面，并反射到一塊圖像采集板上，該圖像采集板用來(lái)模擬駕駛員的眼睛；當(dāng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)激振后視鏡時(shí)，激光束的點(diǎn)光源反射到圖像采集板上形成一定的圖像，通過(guò)對(duì)該圖像的研究來(lái)評(píng)價(jià)后視鏡振動(dòng)性能。

激光源到鏡面距離l=500 mm，鏡面距圖像采集板的距離L=2 500 mm，入射光和反射光夾角α=45°，圖像采集板垂直于反射光線。激光束照射在后視鏡鏡面中心60 mm×30 mm的矩形范圍內(nèi)。臺(tái)架的振動(dòng)輸入采用正弦波激勵(lì)函數(shù)X=Asin（2πft），振幅A=0.5 mm。然后，根據(jù)試驗(yàn)需求進(jìn)行掃頻或固定頻率的振動(dòng)激光成像收集和分析。

圖1 后視鏡振動(dòng)光學(xué)試驗(yàn)原理

后視鏡激光成像的最大長(zhǎng)度能反映后視鏡面的振動(dòng)角度（圖2），振動(dòng)角度越小，成像越清晰。按照試驗(yàn)方法中的安裝布置尺寸，可以將對(duì)鏡面振動(dòng)的角度θmax的要求轉(zhuǎn)換為對(duì)振幅dmax的要求：dmax=2Ltgθmax，則θmax=arctgdmax2L。

圖2 采集板采集圖像示意

對(duì)后視鏡分別施加X(jué)、Y和Z三個(gè)方向的振動(dòng)掃頻激勵(lì)。激勵(lì)掃頻范圍由5 Hz～50 Hz，當(dāng)鏡面出現(xiàn)振動(dòng)幅度最大時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率確定為后視鏡的某一階固有頻率。之后以固有頻率開(kāi)展振動(dòng)激勵(lì)，記錄下該頻率下的激光圖像和后視鏡振動(dòng)幅度。圖2中的dmax為后視鏡的振幅最大值。振幅評(píng)價(jià)法簡(jiǎn)單直觀，對(duì)振動(dòng)角度的衡量比較準(zhǔn)確，是后視鏡振動(dòng)性能評(píng)價(jià)的重要方法。

2 商用車(chē)后視鏡抗振動(dòng)性能影響因素

2.1 后視鏡安裝區(qū)域鈑金剛性

主流的商用車(chē)后視鏡總成通常采用上下支座與車(chē)門(mén)鈑金通過(guò)螺栓固定，如圖3所示。由于后視鏡上下支座一般為鑄鋁或玻纖注塑件材質(zhì)，自身強(qiáng)度及剛度較高，因此，后視鏡車(chē)門(mén)鈑金的安裝區(qū)域表面剛度對(duì)后視鏡抖動(dòng)起到至關(guān)重要的作用[1]。

圖3 后視鏡安裝示意

某商用車(chē)后視鏡售后用戶反饋抖動(dòng)厲害，視野模糊，影響行車(chē)安全。對(duì)后視鏡進(jìn)行臺(tái)架振動(dòng)測(cè)試時(shí)，后視鏡的振動(dòng)幅度確實(shí)較大。初步分析可能是由于后視鏡安裝點(diǎn)鈑金表面剛度不足，導(dǎo)致后視鏡振動(dòng)幅度較大。臺(tái)架測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 某商用車(chē)后視鏡臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，后視鏡抖動(dòng)的最大來(lái)源與Y向，即車(chē)門(mén)鈑金的法向方向，與上述初步判斷完全符合。為了減小后視鏡鏡面的振幅，通過(guò)對(duì)車(chē)門(mén)鈑金安裝點(diǎn)增加加強(qiáng)板，加強(qiáng)安裝處的表面剛性，如圖4所示。

圖4 新增安裝加強(qiáng)板

再次開(kāi)展臺(tái)架振動(dòng)評(píng)價(jià)對(duì)比，鈑金安裝點(diǎn)剛性加強(qiáng)后，后視鏡的Z和Y兩個(gè)方向的振幅都明顯降低，整體模態(tài)也相應(yīng)得到提高，具體對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 車(chē)門(mén)鈑金優(yōu)化前后臺(tái)架結(jié)果對(duì)比

由此可見(jiàn)，主后視鏡車(chē)門(mén)鈑金安裝處的表面剛性對(duì)后視鏡的振動(dòng)性能有至關(guān)重要的影響。

2.2 后視鏡鏡桿

鏡桿一端連接后視鏡支座，另一端安裝后視鏡本體，如圖5所示。鏡桿的撓度受其本身的抗撓度性能和后視鏡本體重量影響。

圖5 后視鏡鏡桿示意

在提升鏡桿的撓度性能路徑上，首先可以通過(guò)縮短鏡桿外伸量來(lái)提升鏡桿撓度，但此舉容易使造型后視鏡視野范圍縮小，因此需通過(guò)認(rèn)真全面謹(jǐn)慎的分析后才能采用，包含法規(guī)符合性、與競(jìng)品的對(duì)比，客戶的滿意度等[2]。

其次可以增大鏡桿的截面積從而有效提升其抗撓性能，但由于鏡桿的太粗會(huì)影響后視鏡本體內(nèi)部零件的布置空間，且加大鏡桿粗度的同時(shí)，后視鏡的重量也相應(yīng)增加，一定程度上削弱了其效果，目前主流的鏡桿直徑一般都在28 mm左右。另一方面可以通過(guò)改變鏡桿的材質(zhì)、阻尼系數(shù)以及截面形狀等，比如采用PP+GF或者PA+GF材料，通過(guò)注塑工藝，鏡桿的截面形狀適應(yīng)性更強(qiáng)，可以最大程度的結(jié)合后視鏡內(nèi)部布置形式做到最優(yōu)，同時(shí)注塑工藝材質(zhì)的鏡桿阻尼系數(shù)更高，自身重量更輕，對(duì)降低鏡桿撓度作用明顯。

最后，還可以通過(guò)優(yōu)化后視鏡本體的重量進(jìn)行薄壁化設(shè)計(jì)、內(nèi)部布局調(diào)整、內(nèi)部扭轉(zhuǎn)器等零部件選型，并做連接方式的優(yōu)化，全面降低后視鏡本體重量。

2.3 后視鏡鏡桿與支座嚙合結(jié)構(gòu)

出于對(duì)行人和其他機(jī)動(dòng)車(chē)的保護(hù)，GB15084法規(guī)要求主后視鏡零件低于1.8 m時(shí)，后視鏡總成必須有碰撞可折疊的功能。另外，考慮到車(chē)輛在停車(chē)或道路狹窄區(qū)域時(shí)，需要經(jīng)常折疊后視鏡。由于可折疊和折疊耐久兩項(xiàng)綜合性能要求，主后視鏡支桿與上、下支座構(gòu)成的兩個(gè)嚙合旋轉(zhuǎn)副的折疊力矩不能太大，如圖6，圖7所示。但若折疊力矩過(guò)小，可能會(huì)造成道路行駛中，后視鏡產(chǎn)生前后沿著車(chē)輛行駛方向的前后振動(dòng)，甚至在高速情況下由于道路沖擊和空氣動(dòng)力的疊加力發(fā)生后視鏡翻轉(zhuǎn)，造成行車(chē)安全問(wèn)題[3]。

圖6 上鏡桿與支座的嚙合結(jié)構(gòu)

圖7 下鏡桿與支座的嚙合結(jié)構(gòu)

為了驗(yàn)證不同折疊力矩以及上下支座折疊力矩分配比例對(duì)后視鏡振動(dòng)的影響，進(jìn)行了多組方案的對(duì)比分析，見(jiàn)表3。

表3 不同折疊力矩振動(dòng)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

從表3中振動(dòng)數(shù)據(jù)可知，所有組合方案對(duì)Z向振動(dòng)改善不明顯，但對(duì)X項(xiàng)目有明顯改善作用。

通過(guò)方案1和方案2的X方向臺(tái)架振動(dòng)對(duì)比分析表明，通過(guò)提高后視鏡上支座折疊力矩來(lái)提高總折疊力矩，能提高后視鏡X方向的模態(tài)，降低振動(dòng)幅度。通過(guò)方案3和4的結(jié)果對(duì)比表明，當(dāng)后視鏡折疊力矩增大到30 N·m后，再增加折疊力矩就對(duì)降低振幅和提高模態(tài)沒(méi)有明顯作用了。通過(guò)方案7和方案8對(duì)比表明，合理分配上下支座的折疊力矩也是減小抖動(dòng)的因素之一[4]。

綜上，在滿足法規(guī)碰撞、保護(hù)行人的前提下，適當(dāng)增大后視鏡總成的折疊力矩并合理分配上下支座與支桿臂的折疊力矩對(duì)改善后視鏡防振動(dòng)有明顯的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

基于商用車(chē)后視鏡常見(jiàn)抖動(dòng)故障這一現(xiàn)象，提出了基于光學(xué)反射原理而構(gòu)建的臺(tái)架振動(dòng)后視鏡振動(dòng)性能的評(píng)價(jià)方法，直觀有效地對(duì)后視鏡抖動(dòng)影響因素進(jìn)行分析研究，并提出了切實(shí)有效的解決方案，故障得到了解決。針對(duì)商用車(chē)后視鏡抖動(dòng)問(wèn)題提供了具備現(xiàn)實(shí)有效的方法和建議，對(duì)其他車(chē)輛后視鏡抖動(dòng)問(wèn)題也具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。