乘用車外后視鏡校核方法

鮑秀瑾

（中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司）

外后視鏡在汽車行駛過程中用于為駕駛員提供后方視野，觀察后方交通狀況，對(duì)汽車在道路上安全行駛及起步停車起著重要作用。汽車設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于外后視鏡設(shè)計(jì)的合理與否，既要驗(yàn)證是否符合法規(guī)要求，也要進(jìn)行人機(jī)工程分析。從人機(jī)視野角度考慮，外后視鏡的鏡面面積越大越好，但是從造型和風(fēng)阻角度考慮，希望外后視鏡小巧且外殼具有很好的流線形。所以，在設(shè)計(jì)之初要對(duì)外后視鏡的視野做精確的分析，在滿足法規(guī)和人機(jī)要求的基礎(chǔ)上又能很好地匹配造型及有效地降低風(fēng)阻。如果設(shè)計(jì)前期缺少對(duì)外后視鏡的分析校核，或者校核不完善，會(huì)給后期設(shè)計(jì)埋下嚴(yán)重的隱患[1]。文章通過工程實(shí)例，詳細(xì)地闡述了在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中如何對(duì)乘用車外后視鏡進(jìn)行校核分析，使工程人員能夠全面、準(zhǔn)確及高效地完成對(duì)乘用車外后視鏡的人機(jī)工程及法規(guī)要求的校核工作。

1 外后視鏡校核輸入條件

外后視鏡校核是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要輸入整車人機(jī)硬點(diǎn)（R點(diǎn)）、國標(biāo)規(guī)定的眼點(diǎn)、SAE規(guī)定的眼橢圓及后視鏡鏡片本身的屬性。在工程實(shí)際過程中，基于CATIA知識(shí)工程模塊建立的外后視鏡校核模板能夠提高工作效率及校核的準(zhǔn)確性。

各整車制造企業(yè)都會(huì)根據(jù)需要建立整車基本尺寸圖，并根據(jù)所開發(fā)車型的不同，定義駕駛員姿態(tài)及R點(diǎn)位置。根據(jù)文獻(xiàn)[2]的規(guī)定：左眼點(diǎn)相對(duì)R點(diǎn)的坐標(biāo)為（0，-32.5，635），右眼點(diǎn)相對(duì)R點(diǎn)的坐標(biāo)為（0，32.5，635）。眼橢圓依據(jù)SAE標(biāo)準(zhǔn)中J941中的規(guī)定進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。

2 外后視鏡布置位置校核

外后視鏡布置位置的校核主要依照文獻(xiàn)[2]對(duì)乘用車外后視鏡安裝位置的強(qiáng)制性要求，以及在設(shè)計(jì)過程中為了提升人機(jī)體驗(yàn)做出的規(guī)定。

1）文獻(xiàn)[2]對(duì)后視鏡安裝位置的規(guī)定主要分為2個(gè)項(xiàng)目：a.當(dāng)汽車處于最大設(shè)計(jì)滿載質(zhì)量狀態(tài)下，且外后視鏡最低邊緣距地面小于1800mm時(shí)，其單側(cè)后視鏡外伸尺寸比未裝視鏡時(shí)汽車的最大寬度不應(yīng)超出250mm；b.在確定駕駛員一側(cè)外后視鏡的位置時(shí)，應(yīng)保證汽車垂直縱向中間平面與通過視鏡中心和連接駕駛員兩眼點(diǎn)65 mm線段中心的垂直平面之間的夾角不大于55°[2]。

2）外后視鏡鏡面中心點(diǎn)與駕駛員設(shè)計(jì)R點(diǎn)位置關(guān)系在一定程度上影響駕駛員觀察外后視鏡的舒適性與觀察響應(yīng)速度[3]。表1示出對(duì)比車型外后視鏡鏡面中心相對(duì)R點(diǎn)的X，Y，Z向距離及視野角度。該視野角度測量方法是國標(biāo)中規(guī)定的左右眼點(diǎn)中間點(diǎn)和外后視鏡鏡面中心點(diǎn)的連線與駕駛員對(duì)稱平面的夾角。表2示出對(duì)應(yīng)車型5百分位人體觀察后視鏡時(shí)頭部和眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。經(jīng)過調(diào)查研究，5百分位人體更容易受到后視鏡布置位置的影響，所以此處針對(duì)5百分位人體采用RAMSIS軟件進(jìn)行分析。

表1 參考車型外后視鏡相對(duì)R點(diǎn)的X，Y，Z向距離及視野角度統(tǒng)計(jì)表

表2 參考車型5百分位人體觀察后視鏡時(shí)頭部和眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

通過表1和表2的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：a.Y，Z向相對(duì)R點(diǎn)不變的前提下，若X向相對(duì)R點(diǎn)距離減小，后視鏡與眼點(diǎn)距離變小，后視鏡內(nèi)所能看到的視野變大，但是人體觀看后視鏡所需轉(zhuǎn)動(dòng)頭部及眼睛的角度更大，如果后視鏡X向距離R點(diǎn)太近，5百分位人體會(huì)明顯感到壓抑和不方便觀察。建議后視鏡中心X向與R點(diǎn)距離保持在500～700 mm范圍內(nèi)。b.X，Z方向相對(duì)R點(diǎn)不變的前提下，若Y向相對(duì)R點(diǎn)距離增加，后視鏡觀察角度增加，但是后視鏡間接視野被車身遮擋，面積減小。在滿足法規(guī)要求的位置及滿足后視鏡自身折疊要求的前提下，后視鏡Y向可調(diào)整的距離被限定得很小，所以決定后視鏡Y向距離的為法規(guī)要求和結(jié)構(gòu)要求，人機(jī)工程可不對(duì)后視鏡Y向做要求。c.X，Y向相對(duì)R點(diǎn)不變的前提下，Z向后視鏡中心與眼橢圓高度越接近，越容易觀察后視鏡，布置后視鏡時(shí)后視鏡中心布置在眼橢圓上下水平切面之間是最佳高度，但是后視鏡高度的布置還要兼顧對(duì)前方視野的遮擋及側(cè)門玻璃透明區(qū)的限制，需要根據(jù)具體車型結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析。

3）控制左側(cè)外后視鏡對(duì)A柱障礙角的影響。在A柱障礙角測量時(shí)，外后視鏡是免除項(xiàng)目，但是如果外后視鏡位置布置不合理，在實(shí)際使用中外后視鏡也會(huì)對(duì)A柱障礙角造成比較大的影響。在測量A柱障礙角時(shí)，眼點(diǎn)向下5°平面與外后視鏡做出的截面輪廓與A柱S2截面之間的角度（A01）應(yīng)滿足≥5°，如圖1所示。保證外后視鏡與A柱之間仍有可見的透明區(qū)域。

圖1 乘用車外后視鏡與A柱角度示意圖

3 外后視鏡間接視野校核方法

外后視鏡間接視野需要滿足文獻(xiàn)[2]對(duì)III類主外視鏡的間接視野要求。通過CATIA中知識(shí)工程模塊建立標(biāo)準(zhǔn)化的用戶特征模板來輔助進(jìn)行外后視鏡的間接視野校核。

1）需要建立國標(biāo)要求的外后視鏡視野區(qū)域，該視野區(qū)域是在汽車整備質(zhì)量基礎(chǔ)上僅考慮駕駛員（75 kg）一人載荷情況下的地面線上進(jìn)行確定的，如圖2所示。外后視鏡視野區(qū)域與地面垂直的三角形高度為后視鏡鏡面的最高點(diǎn)高度，若后視鏡能夠看到此區(qū)域，表示后視鏡可以看到與一人載地面線平行的無限遠(yuǎn)地面。

圖2 乘用車外后視鏡視野區(qū)域示意圖

2）建立參數(shù)控制后視鏡曲率、旋轉(zhuǎn)中心及旋轉(zhuǎn)角度等，如圖3所示，保證建立的參數(shù)化工具可以根據(jù)任意汽車的外后視鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)這個(gè)工具與整車基本尺寸圖中的整車硬點(diǎn)信息相關(guān)聯(lián)，如調(diào)整懸架剛度或者載荷能夠自動(dòng)調(diào)整一人載地面線，從而自動(dòng)調(diào)整國標(biāo)要求外后視鏡視野區(qū)域[4]。

圖3 乘用車外后視鏡控制參數(shù)顯示界面

3）通過逆向思維的方法，把法規(guī)要求的視野區(qū)域在外后視鏡鏡面上的影像輪廓呈現(xiàn)出來，如果外后視鏡鏡面能夠包括所要求的輪廓（如圖4所示），說明外后視鏡能夠滿足法規(guī)要求的視野區(qū)域。

圖4 乘用車外后視鏡鏡面視野區(qū)示意圖

4）也可以采用正向校核方法進(jìn)行校核，將后視鏡鏡面的視野區(qū)域與一人載地面及眼點(diǎn)后20 m處垂直平面做交線（如圖5所示），可以直觀看出通過外后視鏡反射的雙眼總視野是否符合法規(guī)要求。該方法也可以借助CATIA知識(shí)工程模塊建立校核模板，通過改變輸入條件，校核模板自動(dòng)根據(jù)不同后視鏡生成對(duì)應(yīng)的雙眼間接視野區(qū)域，如圖6所示[5]。

圖5 乘用車外后視鏡雙眼視野范圍示意圖

圖6 乘用車外后視鏡校核模板輸入條件顯示界面

4 外后視鏡直接觀察視野

外后視鏡直接觀察視野校核的核心內(nèi)容是不同身材的駕駛員在駕駛汽車過程中，觀察外后視鏡時(shí)，外后視鏡的鏡面是否會(huì)被車身上不透明零部件遮擋。如果出現(xiàn)遮擋，將對(duì)駕駛員通過外后視鏡觀察后方視野帶來影響，從而影響駕駛員行車的安全性。

為了保證不同身材的駕駛員觀察外后視鏡時(shí)都不出現(xiàn)遮擋現(xiàn)象，校核時(shí)采用SAE標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的95%或者99%眼橢圓作為輸入，借助CATIA知識(shí)工程模塊建立超級(jí)副本進(jìn)行校核，需要的輸入條件，如圖7所示。通過選取相應(yīng)的輸入特征，自動(dòng)生成與左右眼橢圓相切并通過外后視鏡鏡面邊緣，用來表征眼橢圓內(nèi)全部眼點(diǎn)都能看到的外后視鏡視野區(qū)域。

圖7 乘用車外后視鏡觀察視野輸入條件顯示界面

如果車身不透明件與外后視鏡視野區(qū)域產(chǎn)生干涉，說明特定人體觀察外后視鏡鏡片時(shí)會(huì)出現(xiàn)被遮擋的現(xiàn)象，應(yīng)該調(diào)整外后視鏡的布置位置，保證視野不被遮擋。

外后視鏡鏡面不但存在被車身遮擋的問題，還存在被后視鏡鏡殼本身遮擋的問題。隨著用戶對(duì)汽車感官質(zhì)量要求的日益提高，為了保證外后視鏡鏡片調(diào)節(jié)過程中不漏出鏡殼，同時(shí)保證鏡殼能夠遮擋后視鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)不被直接看到，鏡片與鏡殼間隙預(yù)留較小，鏡殼凸出鏡片高度較大，這樣的設(shè)計(jì)不可避免會(huì)帶來鏡殼對(duì)鏡片的遮擋。為了保證不出現(xiàn)影響后視鏡使用的嚴(yán)重遮擋，需要人機(jī)工程校核人員控制這個(gè)遮擋面積的百分比，如圖8所示。參考上述眼橢圓求取后視鏡鏡片直接視野的方法，求取鏡殼對(duì)后視鏡鏡面的遮擋部分。建議遮擋面積占后視鏡鏡面總面積的比例不超過5%，同時(shí)鏡面被遮擋的部分不應(yīng)影響文獻(xiàn)[2]規(guī)定的后視鏡的間接視野。

圖8 乘用車外后視鏡鏡殼遮擋區(qū)域示意圖

5 側(cè)窗除霜除霧區(qū)域

側(cè)窗除霜除霧的目的是為了在側(cè)窗起霧或上霜時(shí)，能夠?qū)⒂^察后視鏡的區(qū)域通過空調(diào)出風(fēng)口將霜和霧吹干凈，保證駕駛員觀察后視鏡不受影響。這個(gè)區(qū)域是眼橢圓范圍內(nèi)外后視鏡直接觀察視野與側(cè)窗相交求出來的范圍，如圖9所示。

圖9 乘用車側(cè)窗除霜除霧區(qū)域示意圖

6 儀表夜間成像對(duì)外后視鏡影響

夜間駕駛員在駕駛汽車的過程中，會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)亮的儀表盤經(jīng)過側(cè)窗反射成像的問題，如果這個(gè)虛像正好出現(xiàn)在駕駛員觀察外后視鏡的區(qū)域內(nèi)，將會(huì)分散駕駛員注意力，影響駕駛員觀察后方視野，造成行車危險(xiǎn)隱患。

在校核過程中，首先求出外后視鏡直接視野在側(cè)窗上的范圍，然后求出儀表在側(cè)窗上的成像及被儀表罩遮擋的部分，最后檢查儀表未被遮擋的成像是否在外后視鏡直接視野范圍內(nèi)，如圖10所示。

圖10 乘用車儀表盤夜間成像對(duì)外后視鏡影響示意圖

如果儀表盤虛像出現(xiàn)在后視鏡直接觀察的視野范圍內(nèi)，并且沒有被儀表罩遮擋，需要調(diào)整外后視鏡位置或者修改儀表罩側(cè)面的設(shè)計(jì)，避免未被遮蔽的儀表盤成像出現(xiàn)在后視鏡直接視野內(nèi)。

7 結(jié)論

1）文章主要闡述了在M1類乘用車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，從人機(jī)角度如何對(duì)外后視鏡的視野、使用方便性與舒適性進(jìn)行校核分析，并提出了相應(yīng)的校核參考值與出現(xiàn)問題后的解決方案。

2）文章通過詳細(xì)闡述影響外后視鏡視野的多方面因素及分析方法，使設(shè)計(jì)人員可以在工程實(shí)際中能夠更加全面地對(duì)后視鏡進(jìn)行人機(jī)工程分析，能夠在設(shè)計(jì)初期準(zhǔn)確地找出問題，減少設(shè)計(jì)失誤。同時(shí)，在校核方法的論述中也傳達(dá)了一種基于CATIA的知識(shí)工程模塊建立用戶特征及超級(jí)副本的校核方法，將復(fù)雜的校核工作標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，能夠更加高效準(zhǔn)確地完成校核工作。