轎車外后視鏡的布置與設(shè)計(jì)

劉海

(中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心，吉林長春 130011)

轎車外后視鏡的布置與設(shè)計(jì)

劉海

(中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心，吉林長春 130011)

主要結(jié)合一款A(yù)級(jí)轎車的外后視鏡設(shè)計(jì)過程，對(duì)乘用車外后視鏡的布置、視野校核以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單的闡述。

外后視鏡；曲率；視野；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車在人類的日常生活中起著越來越重要的作用。隨之而來，汽車的安全性受到了廣泛性關(guān)注。汽車在行駛過程中，有80%的信息是靠視覺得到的，確保良好的視野是保證汽車安全性的重要前提。視野即駕駛員行車時(shí)的視線范圍，按獲得方式不同分為直接視野和間接視野，直接視野就是駕駛員直接從前后風(fēng)窗或車門玻璃看到的情況信息；而間接視野是駕駛員通過內(nèi)外后視鏡反映的車內(nèi)外的信息，得到的周邊道路行駛情況。因此，后視鏡的布置及設(shè)計(jì)對(duì)提高汽車行駛安全性有著重要的作用。

1 外后視鏡的布置

1.1 外后視鏡鏡面基本參數(shù)確定

外后視鏡鏡面重要參數(shù)，包括曲率、曲率半徑、失真率等。各國家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)曲率、曲率半徑、失真率的要求如表1所示。

表1 外后視鏡鏡面參數(shù)

根據(jù)國標(biāo)要求和已往設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)值，進(jìn)而確定外后視鏡左右鏡片的曲率半徑。

為了提高駕駛員左側(cè)的視野，左側(cè)后視鏡現(xiàn)設(shè)計(jì)為雙曲率鏡，曲率半徑如圖1所示;右側(cè)后視鏡為單曲率鏡片，曲率半徑R=1 400 mm。

圖1 左側(cè)后視鏡曲率半徑

1.2 外后視鏡鏡片尺寸的確定

外后視鏡鏡片越大，視野越大，但會(huì)影響前方的視野，同時(shí)不需要的景物會(huì)映入鏡中，分散駕駛員的判斷力，因此確定鏡片尺寸大小的原則是：能清楚地反映法規(guī)規(guī)定的后視野。根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，計(jì)算該車型外后視鏡最小尺寸,如圖2所示。

圖2 外后視鏡鏡面最小尺寸定義

1.3 外后視鏡鏡片位置的確定

1.3.1 人機(jī)工程學(xué)的基本原理

人體頭部和眼部的生理特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)視野分析，如圖3所示。人的眼部水平旋轉(zhuǎn)最舒適的區(qū)域是左右各15°，最大旋轉(zhuǎn)的舒適區(qū)域是左右各30°；頭部水平旋轉(zhuǎn)的舒適區(qū)域是左右各45°，最大轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域是左右各60°。在豎直方向上，眼部旋轉(zhuǎn)的舒適區(qū)域是上下各15°，最大旋轉(zhuǎn)區(qū)為上下各30°，最大轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域?yàn)樯舷赂?0°。

圖3 雙眼視野示意圖

為了使駕駛員操作最舒適和提高可視率，整個(gè)后視鏡安裝位置最好在駕駛員前方水平視野左右各60°(45°的頭部運(yùn)動(dòng)舒適區(qū)域+15°的眼部運(yùn)動(dòng)舒適區(qū)域)、豎直方向視平線上下各45°(30°的頭部運(yùn)動(dòng)舒適區(qū)域+15°的眼部運(yùn)動(dòng)舒適區(qū)域)的范圍內(nèi)(國標(biāo)規(guī)定左側(cè)外后視鏡在前方水平視野55°之內(nèi))。右側(cè)后視鏡可以安裝在視線前右側(cè)75°范圍(45°的頭部運(yùn)動(dòng)舒適區(qū)域+30°的眼部轉(zhuǎn)動(dòng)最大區(qū)域)內(nèi)。

1.3.2 駕駛員眼點(diǎn)的確定

通過駕駛員的設(shè)計(jì)乘坐位置中心(即駕駛員座椅的對(duì)稱中心位置)，作一個(gè)平行于汽車縱向基準(zhǔn)面的平面。從該平面內(nèi)的駕駛員座椅R點(diǎn)向上635 mm，作垂直于該平面的一條直線段。在直線段與該平面交點(diǎn)的兩側(cè)各32.5 mm處(總距離為65 mm)作兩個(gè)點(diǎn)，即為駕駛員的眼點(diǎn)。

1.3.3 確定外后視鏡的安裝位置

首先，根據(jù)整車的總布置圖，確定R點(diǎn)坐標(biāo)(X=2 308.00 mm,Y=-330 mm,Z=1 292.00 mm)；

然后，確定駕駛員眼點(diǎn)中心點(diǎn)坐標(biāo)(X=2 380.00 mm，Y=-330 mm，Z=1 927.00 mm)；

進(jìn)而求得左右眼點(diǎn)坐標(biāo)分別為：

左側(cè):X=2 380.00 mm，Y=-362.5 mm，Z=1 927.00 mm)

右側(cè):X=2 380.00 mm，Y=-297.5 mm，Z=1 927.00 mm)；

最后，根據(jù)人體頭部和眼部的包絡(luò)面范圍，確定鏡片中心的位置。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所得，后視鏡的安裝角度：一般左鏡14°～17°，右鏡25°～28°(鏡面中心的法線與車前進(jìn)方向的夾角)。如圖4所示，后視鏡的安裝角度為：左鏡17°；右鏡28°。

圖4 外后視鏡鏡片位置示意圖

2 外后視鏡的視野校核

在確定完外后視鏡的安裝位置之后，需要對(duì)外后視鏡進(jìn)行視野校核，所依據(jù)的原理即是光學(xué)理論中，鏡面成像的原理。

(1)雙眼總視野如圖5所示。

圖5 雙眼總視野

圖中：E表示后視鏡；OD、OE為駕駛員眼點(diǎn)；ID、IE表示單眼虛像；I為左右單眼總虛像；A為左眼視角；B為右眼視角；C為雙眼視角；D為左右單眼總視角。

(2)國標(biāo)中規(guī)定的視野要求如圖6所示。

(3)歐標(biāo)中規(guī)定的視野要求如圖7所示。

圖6 國標(biāo)外后視鏡視野要求

圖7 歐標(biāo)外后視鏡視野要求

(4)利用CATIA，通過應(yīng)用國標(biāo)中規(guī)定的視野要求，對(duì)該設(shè)計(jì)車型的外后視鏡視野進(jìn)行了分析校核，如圖8所示(現(xiàn)階段更多車型的研發(fā)，視野校核不僅僅是需要滿足國標(biāo)的要求，同時(shí)需要滿足歐標(biāo)中的視野要求，在進(jìn)行設(shè)計(jì)車型視野校核時(shí)，同時(shí)對(duì)歐標(biāo)和國標(biāo)均進(jìn)行了視野校核，并都滿足要求)。

圖8 外后視鏡視野校核

3 外后視鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 外后視鏡折疊

外后視鏡折疊形式： (1)手動(dòng)折疊式后視鏡。手動(dòng)折疊式后視鏡需要折疊時(shí)，駕駛員將手伸出車窗外或人到車外將鏡折疊，操作不夠方便。(2)電動(dòng)折疊式后視鏡。由微型電機(jī)通過蝸桿帶動(dòng)蝸輪作為操作機(jī)構(gòu)，需要折疊時(shí)，駕駛員不需將手伸出車窗外或人到車外將鏡框折疊，只要在車內(nèi)就可以方便調(diào)節(jié)控制開關(guān)按鈕，解決折疊需要，操作方便。

3.2 外后視鏡轉(zhuǎn)軸位置的確定

根據(jù)國標(biāo)中的規(guī)定：“將后視鏡連接到車輛上的連接件應(yīng)按照下述方法設(shè)計(jì)，即保證后視鏡順著撞擊方向偏移的轉(zhuǎn)動(dòng)軸或旋轉(zhuǎn)中心或兩者之一為軸線，作一半徑為50 mm的圓柱體，該圓柱體應(yīng)至少切到連接件所連接的表面部分”。

圖9所示為外后視鏡碰撞模擬分析。圖10所示為外后視鏡轉(zhuǎn)軸位置的確定。外后視鏡轉(zhuǎn)軸確定后，進(jìn)而確認(rèn)外后視鏡折疊角度，向前折疊55°，向后折疊46°。

圖9 外后視鏡碰撞試驗(yàn)?zāi)M分析

圖10 外后視鏡轉(zhuǎn)軸位置

3.3 鏡面調(diào)節(jié)

3.3.1 鏡面調(diào)節(jié)類型

外后視鏡鏡面調(diào)節(jié)主要有以下幾種類型：

(1)鏡桿式后視鏡(無法對(duì)鏡面進(jìn)行調(diào)節(jié))

后視鏡的鏡面與鏡殼之間是固定的，鏡殼與支架之間是可以調(diào)節(jié)的。調(diào)節(jié)視角時(shí)駕駛員用手直接調(diào)節(jié)鏡殼。

(2)手動(dòng)調(diào)節(jié)鏡面后視鏡

后視鏡的鏡面和鏡殼之間是可以調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)視角時(shí)不用調(diào)節(jié)整個(gè)鏡殼，駕駛員將手伸到車窗外調(diào)節(jié)或駕駛員下車后到車外調(diào)節(jié)。

(3)拉索調(diào)節(jié)式后視鏡

拉索調(diào)節(jié)式后視鏡在車內(nèi)通過調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)桿拉動(dòng)拉索軸等部件來調(diào)節(jié)后視鏡的鏡面角度，駕駛員不需要到車外調(diào)節(jié)。

(4)電動(dòng)后視鏡

電動(dòng)后視鏡，在車內(nèi)通過電器裝置開關(guān)，控制電動(dòng)轉(zhuǎn)向器部件中的兩個(gè)微型電機(jī)，驅(qū)動(dòng)螺桿、蝸輪、減速齒輪，通過齒條上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)后視鏡鏡片，使其繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而作水平或垂直方向的調(diào)節(jié)。駕駛員可以在車內(nèi)輕松、方便地調(diào)節(jié)所需要的視角。

(5)記憶儲(chǔ)存式電動(dòng)后視鏡

記憶儲(chǔ)存式電動(dòng)后視鏡是在電動(dòng)后視鏡的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種后視鏡，它將后視鏡的視角調(diào)節(jié)和座椅、轉(zhuǎn)向盤等組成一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，每個(gè)駕駛員根據(jù)自己的身高、駕駛習(xí)慣等調(diào)節(jié)后視鏡的最佳視角，座椅、轉(zhuǎn)向盤的最舒適位置，然后進(jìn)行記憶儲(chǔ)存，當(dāng)其他人駕駛車輛后或后視鏡視角被其他人調(diào)節(jié)以后，可以非常輕松地開啟記憶儲(chǔ)存，恢復(fù)預(yù)先設(shè)定的最佳位置。

3.3.2 外后視鏡鏡面調(diào)節(jié)角度

外后視鏡鏡面調(diào)節(jié)角度一般大于7°，以滿足駕駛員最大范圍地觀察車后信息的要求。當(dāng)前開發(fā)車型中，鏡面調(diào)整角度左、右8°，上、下8°，如圖11所示。

圖11 外后視鏡鏡片調(diào)整角度

3.3.3 后視鏡鏡片的選擇

后視鏡的鏡面鍍膜工藝通常有4種：鍍銀、鍍鋁、鍍鉻、TiO2涂層(俗稱“藍(lán)鏡”)。

(1)鍍銀工藝。采用臥式鍍膜機(jī)流水線，玻璃上線一次完成。玻璃從表面清洗，到鍍銀、鍍銅、涂底漆、涂面漆、烘干、下線、檢驗(yàn)一次完成。該工藝確保了鏡面抗氧化、抗鹽霧腐蝕等技術(shù)要求。后視鏡鏡面鍍銀具有反射率比較高、圖像較清晰、失真率低等優(yōu)點(diǎn)。

(2)鍍鋁工藝技術(shù)。采用立式鍍膜機(jī)真空鍍膜，鍍鋁鏡面反射率較高，物像圖像清晰，但鏡面周邊容易氧化、抗鹽霧等防腐性能較差等。長期觀察容易對(duì)眼睛造成疲勞，但經(jīng)濟(jì)成本比較低。

(3)鍍鉻工藝技術(shù)。國外采用臥式流水線鍍膜機(jī)、連續(xù)式真空鍍膜工藝。國內(nèi)一般采用立式鍍膜機(jī)、一爐一罩式真空鍍膜工藝?，F(xiàn)在國內(nèi)已采用連續(xù)式鍍膜設(shè)備，烤彎后的鏡片進(jìn)入全自動(dòng)鍍膜機(jī)，從玻璃清洗到鍍膜自動(dòng)流水線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)真空飛濺式鍍鉻。鏡面反射率不小于50%，反射率比較高，駕駛舒適性一般，但是鏡面防腐性能最好。目前使用的后視鏡大多采用鍍鉻工藝先進(jìn)技術(shù)。

(4)藍(lán)鏡鍍膜工藝技術(shù)。歐洲等國家基本采用臥式流水線鍍膜機(jī)，通過控制鍍膜時(shí)的光學(xué)波長實(shí)現(xiàn)鏡面為藍(lán)鏡。該鏡片反射率低，人眼睛比較容易適應(yīng)，不受刺激，司機(jī)白天駕駛舒適性較好。該鏡片具有防眩目功能，可以減少眼部疲勞，目前在中高檔轎車中采用比較普遍，但加工工藝復(fù)雜，色差穩(wěn)定性較難控制，產(chǎn)品的合格率較低，成本較高。

3.3.4 防眩目后視鏡

(1)棱鏡鏡片

防眩目技術(shù)是目前比較成熟的一種技術(shù)。棱鏡鏡片有兩個(gè)反射面，主反射面(第二表面)鍍鋁，反射率大于80%；副反射面(第一表面)為玻璃表面，第二表面與第一表面形成3°角的斜面。反射率小于7%；依靠一個(gè)轉(zhuǎn)換手柄來切換主、副反射面的位置。白天后視鏡置于主反射面位置，駕駛員可以清楚地看清汽車后方的交通情況；夜間置于副反射面位置，防止后方車輛的大燈燈光反射造成的眩目感。

(2)電致變色防眩目

電致變色防眩目后視鏡依靠電致變色層自動(dòng)調(diào)節(jié)后視鏡的反射率，該后視鏡一旦遇到強(qiáng)光照射時(shí)，鏡面自動(dòng)變暗，反射率變小。

(3)低反射鍍層材料

采用鍍鉻、二氧化鈦和二氧化硅材料，來降低鏡片的反射率，其反射率在40%以上。鏡片顏色是乳白色和藍(lán)鏡片，在白天駕駛眼睛不疲勞。對(duì)夜間燈光照射同樣也起到防眩目作用。鉻鏡雖然也能解決眩目問題，但其反射率較低，所以在夜間視覺會(huì)較暗，特別是車窗貼膜后，看起來會(huì)更加模糊。

4 外后視鏡的安裝

外后視鏡通常安裝在車門上，主要通過兩種方式與車身連接：

(1)通過雙頭螺柱與車身連接。在外后視鏡底座處預(yù)埋雙頭螺柱，安裝到車身后，從車門內(nèi)側(cè)安裝螺母，實(shí)現(xiàn)裝配。

(2)通過自攻螺釘與車身連接。通過在后視鏡底座處預(yù)留開孔，通過定位機(jī)構(gòu)，在車身上首先實(shí)現(xiàn)預(yù)裝，然后在車門內(nèi)側(cè)安裝自攻螺釘，實(shí)現(xiàn)連接固定，有效地降低了外后視鏡的成本。

5 外后視鏡的密封和降噪

外后視鏡作為汽車外飾件，在實(shí)現(xiàn)其使用功能的同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)對(duì)車身的密封性以及自身的降噪性能。

(1)密封性

在外后視鏡的底座處，即與車門連接處，通常會(huì)設(shè)置密封墊，密封墊的材料主要有TPE橡膠、海綿等。高成本車型一般采用TPE橡膠密封墊，而低成本車型則采用海綿材質(zhì)的密封墊。

(2)降噪性

汽車在高速行駛的過程中，外后視鏡經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生風(fēng)噪聲，影響了整車的舒適性。因此，在設(shè)計(jì)過程中，通常在外后視鏡內(nèi)部間隙配合處增加材質(zhì)為EPDM的海綿膠條，起到了吸音的作用，有效地降低了行駛過程中的風(fēng)噪聲，提高了舒適性。

6 結(jié)論

外后視鏡作為汽車重要的安全件，已經(jīng)受到日益廣泛的關(guān)注。為提高行駛時(shí)的安全系數(shù)、減輕駕駛員的疲勞、減小后視鏡的盲區(qū)、提供足夠的后視視野，新技術(shù)、新課題越來越多地應(yīng)用到后視鏡研發(fā)過程中。例如，通過改變曲率，減少后視鏡的盲區(qū)；采用新的表面處理工藝對(duì)鏡片加以改進(jìn)；隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的后視鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提供一個(gè)全景的后視鏡視野區(qū)域等。諸如以上很多方面，都是通過不同的途徑和方法進(jìn)行革新和改進(jìn)。

【1】連勝利，郝之凱，張向亮，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. LIAN S L,HAO Z K,ZHANG X L,et al.Research on Modeling and Arranged Outside Mirrors[J].Automobile Technology,2015(4):20-22.

【2】周博.汽車外后視鏡鏡片尺寸及位置設(shè)計(jì)[J].上海汽車,2015(12):41-44.

Layout and Design of Car Exterior Rearview Mirror

LIU Hai

(Research & Development Center，China FAW Group Corporation，Changchun Jilin 130011,China)

Combining with A-class car exterior rearview mirror design process，the layout design, visual field check and structural design of the exterior rearview mirror were elaborated.

Exterior rearview mirror;Curvature;Visual field;Structural design

2017-02-10

劉海，男，本科，長期從事汽車外飾產(chǎn)品開發(fā)工作。E-mail:liuhai4231@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.05.010

U463.85

B

1674-1986(2017)05-046-05