一種后視鏡目標(biāo)重量設(shè)定方法

王 莉，林明進(jìn)（東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，武漢430057）

一種后視鏡目標(biāo)重量設(shè)定方法

王 莉，林明進(jìn)
（東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，武漢430057）

在對(duì)后視鏡結(jié)構(gòu)、尺寸及重量進(jìn)行測(cè)量、分析匯總的基礎(chǔ)上，建立后視鏡“等效體積-重量”數(shù)據(jù)集，得到每個(gè)等效體積對(duì)應(yīng)的目標(biāo)重量。使得后視鏡設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，可以根據(jù)合理的目標(biāo)重量，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而得到滿足目標(biāo)性能的結(jié)構(gòu)。

后視鏡 ；等效體積； 目標(biāo)重量

王莉

畢業(yè)于湖北汽車工程學(xué)院車輛工程專業(yè)，現(xiàn)任東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院高級(jí)工程師，主要研究方向車身機(jī)構(gòu)件設(shè)計(jì)。

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(xié)調(diào)一致外，后視鏡的結(jié)構(gòu)必須滿足視野、性能、安裝維修方便性等各項(xiàng)要求［1］。關(guān)于后視鏡的設(shè)計(jì)需要滿足一系列嚴(yán)格的法規(guī)，在設(shè)計(jì)上也有著相對(duì)完善的設(shè)計(jì)流程，其設(shè)計(jì)方法也相對(duì)比較成熟。但隨著汽車使用環(huán)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(gè)重要總成件，如何減重在設(shè)計(jì)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(gè)方面——性能、成本、重量，前兩方面是開發(fā)過(guò)程中必然會(huì)考慮的項(xiàng)目，但是在后視鏡重量方面，在傳統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)流程中并沒(méi)有予以足夠的重視，往往是設(shè)計(jì)完成后再確定重量。對(duì)于整車來(lái)說(shuō)后視鏡的重量比重很小，但從全價(jià)值鏈來(lái)考慮，對(duì)于后視鏡總成的目標(biāo)重量設(shè)定往往不合理或是不夠充分。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文探討了后視鏡目標(biāo)重量設(shè)定的一種方法，為設(shè)計(jì)初始階段，對(duì)后視鏡的目標(biāo)重量進(jìn)行合理設(shè)定提供有效依據(jù)。

2　后視鏡

2.1后視鏡種類

由于車輛種類不同，后視鏡的結(jié)構(gòu)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(gè)整體，美觀性強(qiáng)。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(zhǎng)度都要大很多，如圖1a）所示。相對(duì)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?？蚣苁胶笠曠R的尺寸較大，且鏡子的數(shù)量較多（主后視鏡、廣角鏡、補(bǔ)盲鏡、下視鏡等）。

2.2后視鏡結(jié)構(gòu)

后視鏡總成由多個(gè)部件構(gòu)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(shí)現(xiàn)照明、加熱、除霧、折疊等多項(xiàng)功能。后視鏡主要構(gòu)成如圖2所示。鑒于后視鏡的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其重量組成紛繁復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)如何確定目標(biāo)重量是一個(gè)難題。因此需要尋找一種合理、簡(jiǎn)單的方法來(lái)估算后視鏡重量。本文就是測(cè)量后視鏡重量與尺寸，對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，采用合理的數(shù)據(jù)處理方法，尋找二者之間是否存在特定的聯(lián)系，建立相應(yīng)的可以應(yīng)用的數(shù)學(xué)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(jié)構(gòu)、尺寸差異較大，各自的重量也有不同［2］。一個(gè)新設(shè)計(jì)的后視鏡，目標(biāo)重量定多少，怎么定，這是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。一個(gè)合理的目標(biāo)重量意味著合理的成本，過(guò)重或過(guò)輕可能都會(huì)帶來(lái)材料或設(shè)計(jì)上的額外代價(jià)。因此需要提出一個(gè)方法，對(duì)新設(shè)計(jì)的后視鏡，為了確定其目標(biāo)重量的合理范圍，建立一個(gè)后視鏡分析機(jī)制［3］。根據(jù)現(xiàn)有的條件，后視鏡的尺寸和重量是比較容易測(cè)量的參數(shù)。在這里提出了一個(gè)“等效體積-重量”方法。

3.1“等效體積-重量”方法的說(shuō)明

在測(cè)量、分析、統(tǒng)計(jì)大量的后視鏡體積（即尺寸）及重量數(shù)據(jù)后，通過(guò)數(shù)學(xué)處理方法，與重量聯(lián)系起來(lái)，形成 “等效體積-重量”數(shù)據(jù)集。在把該數(shù)據(jù)集通過(guò)特定方式（如公式、圖表等方式）表示出來(lái)。

3.2等效體積

等效體積是一個(gè)整體概念。為了排除后視鏡總成結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜因素，對(duì)后視鏡三維尺寸進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成的體積，用體積對(duì)后視鏡的大小進(jìn)行整體描述。下面就如何計(jì)算后視鏡的等效體積進(jìn)行介紹。

3.2.1建立投影面積坐標(biāo)系

本文中使用的3D設(shè)計(jì)軟件是CATIA，在“創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)”模塊下，對(duì)導(dǎo)入的后視鏡總成使用“測(cè)量慣量”的菜單進(jìn)行測(cè)量［4］。如圖3所示，在“測(cè)量慣量”菜單中點(diǎn)擊“創(chuàng)建幾何圖形”，在跳出的“幾何圖形的創(chuàng)建”窗口中選擇軸系，就可以生成一個(gè)以重心為原點(diǎn)的參考坐標(biāo)系，如圖4所示。這里需要注意的是導(dǎo)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(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量偏差。

3.2.2建立投影面

坐標(biāo)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(zhǔn)面。這里確定投影基準(zhǔn)面的方向就是剛生成的參考坐標(biāo)軸的三個(gè)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(biāo)系，確認(rèn)后生成后視鏡總成的最小測(cè)量長(zhǎng)方體（即最小測(cè)量盒），其對(duì)應(yīng)的三個(gè)相互垂直面就是零件的三個(gè)投影基準(zhǔn)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(cè)量盒的三個(gè)面上，如圖6所示：

輪廓抽取的方法有很多，主流的3D設(shè)計(jì)軟件都有相應(yīng)的方法進(jìn)行處理。在CATIA軟件中，可以使用“reflect line”來(lái)進(jìn)行處理，并可以計(jì)算出投影面積。根據(jù)投影在三個(gè)基準(zhǔn)面上生成的投影面積，在通過(guò)以下公式就可以計(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(yīng)用

有了“等效體積-重量”方法，就需要進(jìn)行應(yīng)用。為使最終得到的“等效體積-重量”關(guān)系更合理，需要對(duì)所研究后視鏡進(jìn)行市場(chǎng)細(xì)分，采集盡可能多的類似結(jié)構(gòu)的后視鏡，為了減小困難，加快采集進(jìn)度，這里僅對(duì)輕型商用車后視鏡尺寸及重量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

4.1相關(guān)后視鏡尺寸及重量數(shù)據(jù)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(dǎo)入到CATIA軟件中進(jìn)行測(cè)量。重量則采取稱重的方式。采集數(shù)據(jù)的后視鏡數(shù)量盡可能多。

4.2建立“等效體積-重量”圖

數(shù)據(jù)采集后，根據(jù)上述方法對(duì)每款后視鏡計(jì)算等效體積，結(jié)合其重量，生成“等效體積-重量”數(shù)據(jù)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(jù)“等效體積-重量”圖形設(shè)定目標(biāo)重量方法

通常根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)算出該后視鏡的等效體積。然后根據(jù)等效體積值在“等效體積-重量”圖上查出對(duì)應(yīng)的重量值，則該值即為目標(biāo)重量值，（按圖8中的順序①②③④進(jìn)行）。

在后視鏡設(shè)計(jì)過(guò)程中，可能會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)、配置等各種原因?qū)е拢瑢?shí)際設(shè)計(jì)重量與“等效體積-重量”圖解法確定的目標(biāo)重量不一致，這時(shí)就需要對(duì)相關(guān)輸入條件進(jìn)行判斷，確定是否按照新的要求調(diào)整目標(biāo)重量。這是一個(gè)交互式的過(guò)程，最終目的是為了確定后視鏡合理的目標(biāo)重量。

5　結(jié)論

本文尋找了一個(gè)方法，在采集后視鏡結(jié)構(gòu)、尺寸及重量信息的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，把尺寸轉(zhuǎn)換成等效體積，然后通過(guò)一種圖形處理方法，與后視鏡的重量聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)，繪出“等效體積-重量”數(shù)據(jù)集。以“等效體積”為橫軸，“重量”為縱軸，把數(shù)據(jù)集圖形化，就可以在圖形上對(duì)新開發(fā)的后視鏡重量設(shè)定進(jìn)行應(yīng)用，從而確定后視鏡相對(duì)合理的目標(biāo)重量值。該方法對(duì)于后視鏡的設(shè)計(jì)開發(fā)具有指導(dǎo)意義，使得在開發(fā)過(guò)程中的對(duì)目標(biāo)重量的設(shè)定更加明確合理，減少不必要的過(guò)度設(shè)計(jì)而帶來(lái)的成本增加?！暗刃w積-重量”的處理方法也可以應(yīng)用于其它汽車零部件的開發(fā)。

［1］劉惟信，汽車設(shè)計(jì)［M］，北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［2］李再華，孔軍，干毛第，潘濱，趙紅，GB15084-2013，機(jī)動(dòng)車輛間接視野裝置的性能和安裝要求.

［3］成艾國(guó)，沈陽(yáng)，姚佐平，汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)方法和流程，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［4］張?jiān)平埽｝?，喬建軍，CATIA V5R20高級(jí)應(yīng)用，北京：清華大學(xué)出版社，2011.

［5］徐鳳生，離散數(shù)學(xué)及其應(yīng)用，第2版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

專家推薦

呂清濤：

本文通過(guò)圖形處理方法，針對(duì)大量數(shù)據(jù)，繪出“等效體積-重量”數(shù)據(jù)集，此數(shù)據(jù)集可后視鏡的設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)達(dá)到合理的目標(biāo)重量有一定的指導(dǎo)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