后視鏡布置和視野校核方法的研究

熊 冉

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

后視鏡布置和視野校核方法的研究

熊 冉

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

∶后視鏡作為汽車的重要部件對行駛安全和操作方便性起到重要作用，后視鏡的設(shè)計方法是汽車工程師關(guān)注的重要方面。文章介紹了后視鏡相關(guān)的法規(guī)要求，并從整車功能角度研究了外后視鏡的設(shè)計方法，并提出了一種確定球面后視鏡鏡面最小邊界的方法。

∶后視鏡；間接視野；球面鏡；鏡面最小邊界

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.043

CLC NO.: U463.85+6Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-122-04

引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的安全性得到越來越多的關(guān)注。汽車的安全性設(shè)計不僅要從整體上考慮，在事故發(fā)生時盡量減少乘員受傷的幾率，而且要在輕松舒適的駕駛條件下幫助駕駛員避免事故的發(fā)生。

后視鏡作為駕駛員獲得間接視野的主要方式[1]，其布置和設(shè)計的合理性直接影響行車安全[2]，是汽車總布置設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)。本文從整車角度出發(fā)，探討了后視鏡的布置和校核的方法，并提出了一種針對球面后視鏡鏡面的最小邊界確定方法。

1、后視鏡相關(guān)法規(guī)要求

我國根據(jù)自身道路、車輛制造及使用情況，參考ECE R16法規(guī)的部分內(nèi)容，推出了《GB15084機(jī)動車輛間接視野的性能和安裝要求》，其主要要求如下：

1.1曲面形狀及尺寸

后視鏡的反射面必須為平面鏡或球狀凸面鏡，內(nèi)、外后視鏡曲率半徑均不得小于1200mm。

對于內(nèi)視鏡，需能在反射面上容納高為40mm，底邊長為a的矩形。

其中，r為曲率半徑

對于M1車外后視鏡，需能在其反射面上繪出高為40mm，底邊長為a的矩形，及與矩形高平行的70mm長的線段。

1.2轉(zhuǎn)軸位置

由于后視鏡一般處于車輛最寬處，在行車過程中為避免刮傷行人，減少事故中外后視鏡對行人的傷害。規(guī)定順著撞擊方向偏移的轉(zhuǎn)動軸或旋轉(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。

1.3駕駛員視野舒適性

駕駛員一側(cè)外后視鏡必須安裝在后視鏡中心至駕駛員兩眼點(diǎn)中心連線的鉛垂面與縱向基準(zhǔn)平面夾角不大于55°的范圍內(nèi)。

1.4外伸量

滿載時，當(dāng)外后視鏡底邊距地面高度小于1.8mm時，其單側(cè)外伸量不得大于車輛未裝后視鏡時最大寬度250mm。

1.5后視野

按照“雙眼總視野”進(jìn)行校核，視野范圍需透過車窗玻璃測定，其可見光的垂直透過率至少為70%。在設(shè)計校核過程，通過駕駛員眼點(diǎn)進(jìn)行校核，視野要求如表1所示。

圖1　內(nèi)后視鏡視野校核區(qū)域

圖2　外后視鏡視野校核區(qū)域

表1　GB 15084中對后視鏡視野的要求

2、后視鏡布置和設(shè)計其它要求

整車作為多系統(tǒng)和多功能的融合體，各系統(tǒng)間既相互影響又相互制約。在后視鏡布置與設(shè)計過程中，除需滿足后視鏡最基本的法規(guī)要求外，還要從整車總布置角度出發(fā)，綜合考慮各系統(tǒng)間的制約因素，協(xié)調(diào)各系統(tǒng)和零部件的設(shè)計，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的整車性能。

2.1內(nèi)后視鏡

2.1.1滿足風(fēng)窗玻璃透明區(qū)域要求

《GB 11562汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》定義了風(fēng)窗玻璃透明區(qū)域的確定方法，在該區(qū)域內(nèi)不得有任何遮擋駕駛員視野的物體。在布置內(nèi)后視鏡底座位置時，需保證后視鏡底座下邊沿點(diǎn)距離該透明區(qū)域需留有足夠間隙，以滿足玻璃黑邊及其過渡區(qū)的設(shè)計需要。

圖3　風(fēng)窗透明區(qū)域與內(nèi)后視鏡座相對位置

2.1.2考慮雨量傳感器的使用要求

雨量傳感器一般置于內(nèi)后視鏡座內(nèi)，通過光電二級管發(fā)送遠(yuǎn)紅外線檢測風(fēng)擋玻璃上的雨水量大小，以實(shí)現(xiàn)雨刮速度的自動調(diào)整。為保證雨量傳感器的正常使用，需保證雨刮的刮臂能可靠刮到雨量傳感器。

圖4　雨量傳感器與刮刷區(qū)域相對位置

2.1.3防炫目檢查

夜間行車時，后排頂燈光線如照射到內(nèi)后視鏡鏡面上容易引起駕駛員炫目，嚴(yán)重影響行車安全。因此在設(shè)計中，需保證內(nèi)后視鏡在設(shè)計位置下，后視野包絡(luò)面距離后頂燈發(fā)光面有一定余量，以防止炫目產(chǎn)生。

圖5　后視野區(qū)域與頂燈的相對位置

2.2外后視鏡

2.2.1視野干涉檢查

作為駕駛員觀察后方道路交通狀況的主要工具，外后視鏡的鏡面位置需保證駕駛員使用外后視鏡時鏡面不被任何車身結(jié)構(gòu)（如水切和A柱內(nèi)飾板等）所遮擋。

圖6　視野干涉檢查

2.2.2側(cè)車窗除霧區(qū)域校核

側(cè)除霧器應(yīng)能把側(cè)車窗上的后視鏡觀察區(qū)域的霧除掉[3]，因此需進(jìn)行側(cè)除霜出風(fēng)方向的校核。

圖7　側(cè)車窗除霧區(qū)域校核

2.2.3側(cè)轉(zhuǎn)型燈位置及幾何可見度

當(dāng)側(cè)轉(zhuǎn)向燈設(shè)計在外后視鏡殼體上時，后視鏡的布置位置對轉(zhuǎn)向燈的使用產(chǎn)生影響，在外后視鏡布置過程中，需考慮《GB 4785汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規(guī)定》中對轉(zhuǎn)向燈的位置要求。

圖8　轉(zhuǎn)向燈位置校核

2.2.4后視鏡三角座對A柱障礙角的影響

圖9　A柱障礙角校核

雙目障礙角作為評價駕駛員視野的一重要參數(shù)，在《GB 11562汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》做了詳細(xì)的規(guī)定。當(dāng)外后視鏡三角座處于A柱子障礙角S2界面內(nèi)時，后視鏡三角座對A柱子障礙角有直接影響。在設(shè)計時，需引起關(guān)注，避免過大的后視鏡座影響駕駛員視野。

3、后視鏡鏡面邊界的確定方法

傳統(tǒng)的后視鏡視野校核方法是基于鏡面反射原理，根據(jù)駕駛員眼點(diǎn)與后視鏡鏡面位置，通過做出駕駛員左右眼點(diǎn)視野線的最大包絡(luò)面，與法規(guī)要求的路面可視區(qū)域進(jìn)行對比，來確定后視鏡視野的法規(guī)符合性[4]。這種方法在校核過程中存在以下問題：

3.1視野線多，作圖工作量大

由于外后視鏡鏡面多為球面鏡，在視野校核過程中，為保證視野線包絡(luò)面的精確性，需要對鏡面邊沿提取大量的邊界點(diǎn)，并對每個點(diǎn)進(jìn)行視野線分析，工作量較大；對于采用平面鏡的內(nèi)后視鏡來說，雖能通過“虛眼點(diǎn)”方法簡化作圖，但作圖過程依舊繁瑣。

3.2鏡面調(diào)整技巧性較強(qiáng)

在視野校核的過程中，需要對鏡面位置進(jìn)行大量的嘗試性調(diào)整以尋求視野的最佳位置，調(diào)整的次數(shù)取決于工程師的經(jīng)驗與技巧。

3.3極限情況下視野的法規(guī)符合性難判定

對于視野包絡(luò)面剛好不滿足法規(guī)要求的情況，是鏡面本身大小無法滿足視野要求，還是鏡面邊界點(diǎn)數(shù)量不夠或是鏡面調(diào)整未到最佳位置所造成，很難判斷。

3.4工程校核與造型修改交替進(jìn)行，工作效率低

在汽車前期開發(fā)過程中，造型設(shè)計與工程的可行性分析是交互進(jìn)行的，采用傳統(tǒng)的后視鏡設(shè)計模式，只能以造型修改和工程檢查交替的方式進(jìn)行，影響工程開發(fā)進(jìn)度。

圖10　外后視鏡視野校核情況

鑒于以上原因，本文提出一種針對球面后視鏡的鏡面邊界確定方法，采用該方法可為前期造型設(shè)計提供精確的鏡面最小邊界要求，可減少后視鏡開發(fā)的工作量，提高研發(fā)速度。

該方法采用與傳統(tǒng)校核方法完全相反的思路，通過尋找路面視野邊界要求在球面后視鏡鏡面上的影像來確定鏡面最小區(qū)域要求。下面以GB 15084的梯形道路視野要求為例，闡述該設(shè)計方法。

3.5確定滿足視野要求的可視三角形

在駕駛員眼點(diǎn)后4m和20m的路面上，做垂直于一人載荷路面的直角三角形，以1m和4m路面寬為底邊長，頂點(diǎn)高度帶參設(shè)定。

圖11　路面可視三角形

3.6確定各三角形的鏡面成像

通過駕駛員眼點(diǎn)及可視三角形各頂點(diǎn)，根據(jù)光線反射原理，確定眼點(diǎn)位置看到的三角形各頂點(diǎn)在鏡面上的成像，連接各成像點(diǎn)，做出完整的三角形成像。通過調(diào)整三角形頂點(diǎn)高度參量，尋找頂點(diǎn)與頂點(diǎn)在鏡面上成像點(diǎn)等高度的點(diǎn)，即尋找駕駛員無窮遠(yuǎn)視野點(diǎn)。

圖12　三角形頂點(diǎn)的鏡面成像

3.7確定鏡面的視野邊界

由于采用雙眼總視野進(jìn)行校核，對同一可視三角形頂點(diǎn)對應(yīng)的左右眼點(diǎn)成像點(diǎn)，選擇靠近鏡面中心的點(diǎn)為選定點(diǎn)?？紤]制作及安裝誤差，分別過這些選定點(diǎn)以誤差余量為半徑繪制邊界圓，將各邊界圓通過切線相連，得到所需的鏡面最小控制邊界。

圖13　后視鏡鏡面控制邊界

4、結(jié)論

本文介紹了后視鏡法規(guī)的主要要求。探討了從整車功能角度出發(fā)，全面考慮法規(guī)符合性、后視鏡自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、相關(guān)零部件的功能要求等因素的后視鏡布置方法。此后，對傳統(tǒng)后視鏡視野校核方法存在的諸多問題進(jìn)行分析，提出了一種確定球面后視鏡鏡面控制邊界的方法，通過該方法可有效減少后視鏡開發(fā)的工作量，提高研發(fā)速度。

[1] 趙云,唐如亞,陳華杰.后視鏡布置與視野安全性分析[J].機(jī)電技術(shù),2012(2):90-93.

[2] 連勝利,郝之凱等.外后視鏡造型及布置的研究[J].汽車實(shí)用技術(shù),2015(4):20-22.

[3] 劉志剛,潘菲.后視鏡布置及校核方法的研究[J].汽車電器,2009, 48(6):19-21.

[4] 劉志剛,潘菲.后視鏡布置及校核方法的研究[J].汽車電器,2009, 48(6):19-21.

[5] GB15084-2013機(jī)動車輛間接視野的性能和安裝要求.

[6] GB4785-2007汽車及掛車外部照明光信號裝置的安裝規(guī)定.

[7] GB11562-2014汽車駕駛員前方視野要求及測量方法.

Study on the arrangement of rearview mirror and the method of rear vision checking

Xiong Ran
(Beijing Benz Automotive, CO, LTD., Beijing 100176)

Rear mirror as an important component of vehicle has a great influence on safe traveling and convenient operation, so the design method of the rearview mirror needs more attention of engineers. Regulations on the rearview mirror have been introduced in this article. New method of designing rearview mirror based on the vehicle function has been discussed. In the end, the author presents a way to determine the boundary of rearview mirror.

rearview mirror; indirect field of view; spherical mirror; minimum boundary of mirror surface

∶U463.85+6

∶A

∶1671-7988 (2016)09-122-04

熊冉（1984—），男，中級工程師，就職于北京奔馳汽車有限公司研發(fā)中心，從事底盤技術(shù)。