一種后視鏡目標重量設定方法

王 莉，林明進（東風汽車股份有限公司商品研發院，武漢430057）

一種后視鏡目標重量設定方法

王 莉，林明進
（東風汽車股份有限公司商品研發院，武漢430057）

在對后視鏡結構、尺寸及重量進行測量、分析匯總的基礎上，建立后視鏡“等效體積-重量”數據集，得到每個等效體積對應的目標重量。使得后視鏡設計時，在滿足標準法規、設計規范的前提下，可以根據合理的目標重量，進行優化設計，從而得到滿足目標性能的結構。

后視鏡 ；等效體積； 目標重量

王莉

畢業于湖北汽車工程學院車輛工程專業，現任東風汽車股份有限公司商品研發院高級工程師，主要研究方向車身機構件設計。

1　引言

汽車后視鏡屬于車身重要零部件，除了要求與整車造型協調一致外，后視鏡的結構必須滿足視野、性能、安裝維修方便性等各項要求［1］。關于后視鏡的設計需要滿足一系列嚴格的法規，在設計上也有著相對完善的設計流程，其設計方法也相對比較成熟。但隨著汽車使用環境的變化和用戶要求的提高，尤其在整車輕量化這一大背景下，后視鏡作為汽車的一個重要總成件，如何減重在設計中的重要程度也就不言而喻。作為影響用戶利益最大化的三個方面——性能、成本、重量，前兩方面是開發過程中必然會考慮的項目，但是在后視鏡重量方面，在傳統的開發和設計流程中并沒有予以足夠的重視，往往是設計完成后再確定重量。對于整車來說后視鏡的重量比重很小，但從全價值鏈來考慮，對于后視鏡總成的目標重量設定往往不合理或是不夠充分。針對這個問題，本文探討了后視鏡目標重量設定的一種方法，為設計初始階段，對后視鏡的目標重量進行合理設定提供有效依據。

2　后視鏡

2.1后視鏡種類

由于車輛種類不同，后視鏡的結構也多種多樣。乘用車的后視鏡大多裝配在車門上，自身尺寸較小，懸臂較短，安裝后與車身形成一個整體，美觀性強。商用車（客車、貨車）后視鏡與乘用車相差較大，通常安裝在車門或者前圍上。安裝在車門上的后視鏡與乘用車相比，其尺寸、懸臂長度都要大很多，如圖1a）所示。相對于安裝在車門上的單桿后視鏡，商用車更多的使用框架式后視鏡如圖1b）和圖1c）所示，通常框架式后視鏡的尺寸較大，且鏡子的數量較多（主后視鏡、廣角鏡、補盲鏡、下視鏡等）。

2.2后視鏡結構

后視鏡總成由多個部件構成，涉及材料廣泛，塑料、橡膠、金屬、玻璃等，注塑件、壓鑄件、鈑金件，種類多種多樣。有些后視鏡還包括電器元件，以實現照明、加熱、除霧、折疊等多項功能。后視鏡主要構成如圖2所示。鑒于后視鏡的結構構成，其重量組成紛繁復雜，設計時如何確定目標重量是一個難題。因此需要尋找一種合理、簡單的方法來估算后視鏡重量。本文就是測量后視鏡重量與尺寸，對數據統計、分析，采用合理的數據處理方法，尋找二者之間是否存在特定的聯系，建立相應的可以應用的數學模型。

3　后視鏡“等效體積-重量”方法的建立

不同種類的后視鏡，結構、尺寸差異較大，各自的重量也有不同［2］。一個新設計的后視鏡，目標重量定多少，怎么定，這是一個需要解決的問題。一個合理的目標重量意味著合理的成本，過重或過輕可能都會帶來材料或設計上的額外代價。因此需要提出一個方法，對新設計的后視鏡，為了確定其目標重量的合理范圍，建立一個后視鏡分析機制［3］。根據現有的條件，后視鏡的尺寸和重量是比較容易測量的參數。在這里提出了一個“等效體積-重量”方法。

3.1“等效體積-重量”方法的說明

在測量、分析、統計大量的后視鏡體積（即尺寸）及重量數據后，通過數學處理方法，與重量聯系起來，形成 “等效體積-重量”數據集。在把該數據集通過特定方式（如公式、圖表等方式）表示出來。

3.2等效體積

等效體積是一個整體概念。為了排除后視鏡總成結構上的復雜因素，對后視鏡三維尺寸進行測量，進而轉化成的體積，用體積對后視鏡的大小進行整體描述。下面就如何計算后視鏡的等效體積進行介紹。

3.2.1建立投影面積坐標系

本文中使用的3D設計軟件是CATIA，在“創成式外形設計”模塊下，對導入的后視鏡總成使用“測量慣量”的菜單進行測量［4］。如圖3所示，在“測量慣量”菜單中點擊“創建幾何圖形”，在跳出的“幾何圖形的創建”窗口中選擇軸系，就可以生成一個以重心為原點的參考坐標系，如圖4所示。這里需要注意的是導入的后視鏡模型必須完整，尤其是一些涉及到外輪廓的覆蓋件不能缺少，否則會產生較大的測量偏差。

3.2.2建立投影面

坐標系建立后，需要在軟件的虛擬空間生成后視鏡總成的投影基準面。這里確定投影基準面的方向就是剛生成的參考坐標軸的三個方向。單擊“creates rough stock”菜單，跳出如圖5所示窗口：

“Axis”欄選擇上一步生成的參考坐標系，確認后生成后視鏡總成的最小測量長方體（即最小測量盒），其對應的三個相互垂直面就是零件的三個投影基準面。

3.2.3等效體積處理方法

把后視鏡總成的輪廓分別投影在最小測量盒的三個面上，如圖6所示：

輪廓抽取的方法有很多，主流的3D設計軟件都有相應的方法進行處理。在CATIA軟件中，可以使用“reflect line”來進行處理，并可以計算出投影面積。根據投影在三個基準面上生成的投影面積，在通過以下公式就可以計算后視鏡總成的等效體積“V”。

其中：

K為等效體積因子

Al為 零件長度方向投影面積

Aw為 零件寬度方向投影面積

Ah為 零件高度方向投影面積

L為投影面上零件的長度

W為投影面上零件的寬度

H為投影面上零件的高度。

由式（1）～（5）可以得到等效體積：

4　“等效體積-重量”的應用

有了“等效體積-重量”方法，就需要進行應用。為使最終得到的“等效體積-重量”關系更合理，需要對所研究后視鏡進行市場細分，采集盡可能多的類似結構的后視鏡，為了減小困難，加快采集進度，這里僅對輕型商用車后視鏡尺寸及重量數據進行采集。

4.1相關后視鏡尺寸及重量數據采集

后視鏡的尺寸采用掃描后逆向建模的方式獲得，然后導入到CATIA軟件中進行測量。重量則采取稱重的方式。采集數據的后視鏡數量盡可能多。

4.2建立“等效體積-重量”圖

數據采集后，根據上述方法對每款后視鏡計算等效體積，結合其重量，生成“等效體積-重量”數據集，以“等效體積”為橫軸，“重量”為縱軸，繪出“等效體積-重量”圖5，如圖7所示：

4.3根據“等效體積-重量”圖形設定目標重量方法

通常根據設計車型的后視鏡布置情況，可以得出后視鏡的基本尺寸，在CATIA軟件中繪制出后視鏡模型，采用上述方法計算出該后視鏡的等效體積。然后根據等效體積值在“等效體積-重量”圖上查出對應的重量值，則該值即為目標重量值，（按圖8中的順序①②③④進行）。

在后視鏡設計過程中，可能會因為結構、配置等各種原因導致，實際設計重量與“等效體積-重量”圖解法確定的目標重量不一致，這時就需要對相關輸入條件進行判斷，確定是否按照新的要求調整目標重量。這是一個交互式的過程，最終目的是為了確定后視鏡合理的目標重量。

5　結論

本文尋找了一個方法，在采集后視鏡結構、尺寸及重量信息的數據基礎上，把尺寸轉換成等效體積，然后通過一種圖形處理方法，與后視鏡的重量聯系起來，通過大量的數據，繪出“等效體積-重量”數據集。以“等效體積”為橫軸，“重量”為縱軸，把數據集圖形化，就可以在圖形上對新開發的后視鏡重量設定進行應用，從而確定后視鏡相對合理的目標重量值。該方法對于后視鏡的設計開發具有指導意義，使得在開發過程中的對目標重量的設定更加明確合理，減少不必要的過度設計而帶來的成本增加。“等效體積-重量”的處理方法也可以應用于其它汽車零部件的開發。

［1］劉惟信，汽車設計［M］，北京：清華大學出版社，2001.

［2］李再華，孔軍，干毛第，潘濱，趙紅，GB15084-2013，機動車輛間接視野裝置的性能和安裝要求.

［3］成艾國，沈陽，姚佐平，汽車車身先進設計方法和流程，北京：機械工業出版社，2011.

［4］張云杰，胡海龍，喬建軍，CATIA V5R20高級應用，北京：清華大學出版社，2011.

［5］徐鳳生，離散數學及其應用，第2版，北京：機械工業出版社，2009.

專家推薦

呂清濤：

本文通過圖形處理方法，針對大量數據，繪出“等效體積-重量”數據集，此數據集可后視鏡的設計開發時達到合理的目標重量有一定的指導意義。

A Method of Setting the Target Weight for Rearview Mirror

WANG-li，LIN Ming-jin
（ Commercial Product R&D Institute Dongfeng Automobile CO.，LTD.，Wuhan 430057，China ）

To establish the rearview mirrors "equivalent volume - weight" data，the structure，size，weight of rearview mirror are measured to take the corresponding target volume weight for designing rearview mirror. With satisfying the standards and regulations，the optimal design method based on a reasonable target weight，can get the correct structure in the design of the rearview mirror.

rearview mirror； equivalent volume； target weight

2016-04-21

U461

A

1005-2550（2016）04-0030-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2016.04.005