基于人機工程與視野的后視鏡布置設計

曾鑫，陳豐，朱海兵

（1.武漢軟件工程職業學院，湖北武漢430205；2.上海汽車商用車技術中心整車集成部，上海 201805）

基于人機工程與視野的后視鏡布置設計

曾鑫1，陳豐2，朱海兵2

（1.武漢軟件工程職業學院，湖北武漢430205；2.上海汽車商用車技術中心整車集成部，上海 201805）

后視鏡是汽車重要的安全附件，給駕駛員提供車身周邊視覺細節及環境。本文基于人機工程及視野的要求，介紹了內外后視鏡的布置方法，并以某車型后視鏡的開發為例，驗證了此方法的可行性。

內后視鏡；外后視鏡；人機工程；視野

后視鏡分為外后視鏡和內后視鏡。外后視鏡一般汽車左、右兩側都有，其功用主要是讓駕駛員觀察到汽車左右兩側后方的行人（包括上、下車人員）、車輛以及其它障礙物的情況，確保行車或倒車的安全。內后視鏡的主要功能是供駕駛員觀察和注視車室內成員及物品的情況，同時也可以供駕駛員觀察車輛正后方情況。按后視鏡鏡面的形狀可分為平面鏡、凸面鏡及棱形鏡等。平面鏡可以獲得與目視相同大小的成像，常用作內后視鏡（出口美國車輛主駕側外后視鏡必須為平面鏡）；凸面鏡成像較目視小，但視野范圍較平面鏡大，常用作外后視鏡。如何實現后視鏡的功能，充分滿足駕駛員在駕駛過程中的人機操作舒適度及視野要求，本文將從這兩個方面介紹在汽車開發階段后視鏡的布置設計［1］。

1 人機工程及視野要求

人機工程研究的是人、機和環境之間的系統關系。在后視鏡布置中，外后視鏡涉及到的人機工程包括頭部、眼睛的舒適轉動范圍，后視鏡控制按鈕的可觸及性等；駕駛員在行車過程中通過頭部與眼睛的組合運動來擴大視野范圍，頭部和眼睛的轉動范圍按舒適與否分為舒適轉動范圍和勉強轉動范圍［2］，見表1。

表1 眼睛與頭部的轉動范圍

內后視鏡涉及的人機要求包括：內后視鏡的可調節范圍，可觸及性，頭部、眼睛的舒適轉動范圍，內后視鏡調節過程中與周邊件的關系（如遮陽板、頂棚等）等。

視野是指駕駛員看到其視野線能到達的車輛360°范圍內的目標范圍。駕駛員的部分視野可能會被車輛結構和部件遮擋，例如立柱、后視鏡、儀表板、轉向盤、發動機罩、門窗開口或頭枕。因此，駕駛員坐在其駕駛位置能看到的視野取決于駕駛員、車輛、目標（例如行人，標示，信號，斑馬線）和環境（例如道路形狀，天氣等）的特征。而視野的需求基于一些取自于能夠提供給我們安全駕駛所需的視野范圍的理解的信息，這些信息包括目標、駕駛員的能力以及駕駛員對于相關視野的設計特征的反饋等［3］。

一般人看到的實物是由左右眼視線疊加的成像，在后視鏡視野的要求中一般要求的是雙眼的疊加視野，如有特殊要求，可適當地在部分區域接受單眼視野。雙眼總視野見圖1。

圖1 雙眼總視野

法規GB 15084—2013對內外后視鏡的視野范圍進行了描述。

2 外后視鏡布置方法及流程

2.1 外后視鏡初步位置的確定

外后視鏡的布置分為2種情況：第1種是基于原有平臺的改進項目，此情況下一般人機及架構參數變化較小，因此只需對原平臺車型的外后視鏡鏡面結合新的鏡殼造型進行視野調整即可；第2種是全新開發平臺，這就需要結合Benchmark數據庫及新車型的各項架構參數進行綜合考慮。本文主要介紹第2種情況的外后視鏡布置方法［4］。

在車型開發的前期，外后視鏡一般可根據對標車型、Benchmark數據庫以及造型來初步確定鏡殼尺寸，一般情況下后視鏡鏡面的尺寸是鏡殼尺寸內擴12mm，因此鏡殼的尺寸實際上初步界定了鏡面的尺寸，但只是初步確定，兩者的尺寸都必須考慮視野與造型的因素，開發過程也是基于這幾個因素反復調整的過程。

基于初步確定的鏡殼及鏡面尺寸，來進行外后視鏡初步位置的確定。本文主要介紹內外后視鏡在車輛坐標系中X、Y、Z 3個方向初步位置及鏡面角度的確定方法。

2.1.1 外后視鏡X向邊界確定

通常外后視鏡的X向位置要求考慮人機舒適性及車身結構，一般外后視鏡應處于前排H點前方500mm處并且不超過腳踵點的范圍內，如圖2所示。另需滿足GB15084中對于頭部旋轉角度的要求。汽車駕駛員一側的外后視鏡必須安裝在后視鏡中心至駕駛員兩眼點（兩眼點之間的距離為65mm）中心連線的鉛垂面與縱向基準平面的夾角不大于55°的范圍內。同時車身的A柱及三角窗應對后視鏡無遮擋［5］。

圖2 后視鏡X向區域

2.1.2 外后視鏡Y向邊界確定

一般NVH要求外后視鏡鏡殼距離底座不小于40mm，因此外后視鏡鏡殼最內側邊界設定為距離車身基座40mm的區域；外側邊界由法規確定，見圖3。GB 15084要求：

1）將后視鏡連接到車輛上的連接件應按下述方法設計，即以保證后視鏡順著撞擊方向偏移的轉動軸或旋轉中心，或兩者之一為軸線，作一半徑為70mm的圓柱體（L類車輛為50mm），該圓柱體至少應切到連接件所連接的表面部分。

2）當車輛滿載，且外后視鏡的底邊距地面高度小于1.8m時，其單側外伸量不得大于車輛未裝后視鏡時測得的最大寬度250mm。

3）汽車駕駛員一側的外后視鏡必須安裝在車輛垂直縱向中心平面與通過視鏡中心和連接駕駛員兩眼點65mm線段中心的垂直平面之間的夾角不大于55°的范圍內。

圖3 后視鏡Y向邊界

2.1.3 外后視鏡Z向邊界的確定

外后視鏡的高度尺寸一般通過對標車型和Benchmark數據庫來初步確定，所以在這里只需要確定后視鏡下邊界就可以把后視鏡的Z向位置確定，通過給造型輸入的硬點斷面可作眼點與水切處連線，取與Y軸夾角最小的連線作為后視鏡下邊界。見圖4。

圖4 后視鏡鏡面Z向邊界

2.1.4 外后視鏡鏡面角度的確定

通常外后視鏡與Y軸都是有一定的夾角，通常左右側外后視鏡與Y軸的夾角也不一樣。通過對標車型的測量：左側后視鏡與Y軸的夾角一般為：13°～30°；右側后視鏡與Y軸的夾角一般為：13°～40°。商用車由于包括M1、M2及N1等，法規要求視野不一樣，因此外后視鏡夾角區間也比較大；而且商用車批量少，車型較多，且包括出口車型，需考慮左右舵通用性，因此左右后視鏡與Y軸的夾角最好一致。視鏡鏡面設計角度見圖5。

圖5 視鏡鏡面設計角度

2.2 鏡面位置及尺寸的確定

鏡面尺寸首先要滿足法規的要求，同時還需結合造型的鏡殼考慮鏡面尺寸。通過上述方法確定了外后視鏡初步的位置邊界，但邊界范圍較大，需通過法規GB 15084的視野要求來進一步確定鏡面的區域。由國標及歐標視野法規可知，通常國標及歐標對右側后視鏡的視野區域要求更大一些，故在確定兩個區域的外后視鏡位置時只針對于右側。

2.2.1 鏡面位置的確定

視鏡鏡面設計見圖6。下面以某車型的外后視鏡開發為例，介紹確定鏡面位置與尺寸的基本步驟。

1）由外后視鏡X向邊界確定方法，作一駕駛員H點前方500mm，不超過踵點，并與Z軸平行的平面，根據鏡面角度確定的方法，初步確定該平面與Y軸的角度。根據經驗，一般可先定義鏡面角度為13°。此角度越小，視野偏離車身；角度越大，視野偏向車身，外側視野減小。

圖6 視鏡鏡面設計圖例

2）由法規及NVH要求確定Y向內外邊界，內側以40mm為界（結合50mm的圓柱體要求），外側邊界為車輛未裝后視鏡時測得的最大寬度200mm內。

3）眼點與水切的連線作為外后視鏡鏡面的下邊界，上邊界由對標車型和數據庫確定。

2.2.2 基本尺寸的確定

由上述3點確定一個平面區域，并與對標車和數據庫車型的鏡面位置和尺寸比較，初步確定此區域的中心（Y向先以內側邊界為基準），以中心點的法線作一個1 400mm半徑的球，以中心點法線向球內側偏移7mm作為鏡面的旋轉中心。在該球面上應可繪出以a為底邊，高為40mm的矩形；與矩形高平行的線段，其長度為b。表2中給出了a和b的最小值。

表2 外后視鏡基本尺寸要求

2.2.3 上頂點位置的確定

根據GB 15084、ECE R46等法規要求，對上述界定的區域進行視野校核。根據法規要求的視野區域校核可知，反應在鏡面上的區域為2個或4個三角形區域，三角形的上定點為水平視野延伸要求，底邊2個點為法規要求看到的最近的2個區域頂點。

因此可首先確定上頂點位置，方法如下：由確定的鏡面旋轉點，作垂直于中心點法線的線，以此線作為旋轉軸，通過旋轉鏡面，使眼點視線過鏡面左上部的反射線達到水平，或者反射線通過法規要求區域內點處向上與鏡面中心同高的點，此時鏡面上下角度即可滿足視野要求的水平視野延伸，見圖7。

圖7 視鏡鏡面上極限點要求

2.2.4 視野三角形的底邊點

用上頂點確定后的鏡面，根據法規視野要求的地面邊界來確定視野三角形的底邊2點。視鏡鏡面視野三角形與初定區域對比見圖8。此校核的過程是反復的過程，方法如下。

1）若在初定的角度不滿足視野要求（在鏡面上下角度調整好后，一般是三角形在左右方向的差異），則可通過上下調整后的旋轉軸的垂直線作為旋轉軸，來調整左右角度，使鏡面適應法規要求。若調整后視野三角形在上下區域有變動，則需重復上下調整，調整范圍上下不超過3°，調整的范圍不應超過上述的區域。

2）若通過上述調整仍不滿足視野要求，則可調整鏡面的Y向位置，因前面規定Y向的邊界以內側邊界為基準，因此此時可將鏡面向外側移動，移動的范圍不得超過Y向外側邊界；若還不滿足，則可根據視野的情況來沿X方向移動，前不超過腳踵點的X坐標值，后不超過H點往前500mm，或是調整Z向位置，同樣不應超過Z向邊界。

圖8 視鏡鏡面視野三角形與初定區域對比

3）反復調整直到能滿足視野要求為止。

視野三角形確定了鏡片的最小區域，考慮設計、制造及驗證誤差，一般要求鏡面范圍在視野三角形外擴5mm以外。

3 內后視鏡布置方法及流程

內后視鏡位置應滿足如下幾方面要求。

1）一般內后視鏡是安裝在縱向對稱面上的，所以其Y向位置固定。

2）現只對其高度位置作要求。確定其高度位置的主要依據是不影響駕駛員前方視野，要求內后視鏡的后端球鉸應當設定到它的向下于反射面垂直的設計位置（22°），風窗端的球鉸應當調整到與安裝軌道對齊。在這個位置下，后視鏡鏡框的最下端不能低于與95%眼橢圓的頂部相切且與水平面向上成3°的橫向平面；但不能低于距95%眼橢圓上端13mm的水平面［1-3］。詳見圖9。

圖9 后視鏡Z向要求

3）內后視鏡視野要求95%眼橢圓在設計狀態下可以滿足GB 15084視野要求。

4）根據不同人群對內后視鏡的調整，要求內后視鏡與頂棚保持間隙30mm以上，參見圖10。內后視鏡與前風擋、前風擋安裝件（如雨量傳感器、裝飾罩蓋等）的間隙以保證使用工況及調整過程中不干涉，及調整的操作空間。

5）內后視鏡與遮陽板間隙，保證內后視鏡與遮陽板間隙大于12mm（圖11）；內后視鏡的手操作界面，保證內后視鏡在三指手操界面內（圖12）；內后視鏡應安裝在駕駛員和副駕駛乘客的頭部擺動區域內（前碰過程）。

圖10 后視鏡與頂棚間隙要求

圖11 后視鏡與遮陽板間隙要求

4 結論

本文從人機工程及視野的要求出發，介紹了內外后視鏡的布置策略與方法，并通過上汽大通V80的后視鏡布置實例，驗證了本文后視鏡布置方法的可行性及正確性。

［1］劉群，任金東，李樂萌，等.基于知識的汽車后視鏡布置研究［J］.汽車技術，2016（4）：5-8+41.

圖12 后視鏡與手操作界面要求

［2］李浩.基于眼橢圓的汽車后視野分析研究［D］.沈陽：沈陽工業大學，2013.

［3］趙治國，鐘一鳴，趙楚豪，等.乘用車隨動后視鏡視野范圍測量及轉角分析［J］.同濟大學學報（自然科學版），2014，42（9）：1 408-1 414.

［4］Sundin A.Visibility driven design of new modularized Volvo car tophat structure［Z］.2008.

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

（編輯 陳程）

圖6 邏輯環穩定性測試-加入模擬節點網絡建環

4 總結

本文在研究OSEK NM標準的基礎上，提出了整車CAN網絡管理設計方法，并將其應用到實際的網絡設計中，而且提出了一套用于驗證網絡管理性能的測試方法，驗證設計方法的有效性，對整車網絡研究及后續車型開發具有很好的指導意義。

參考文獻：

［1］黃東，孫曉民.車用分布式OSEK系統實時診斷平臺研究［J］.計算機應用研究，2006，6（12）：199-204.

［2］熊毅，郭杏榮，張倪.基于OSEK規范的網絡管理研究與改進［J］.計算機應用研究，2007，24（9）：217-220.

［3］李芳，方運舟，等.基于OSEK COM規范的車身控制平臺的實現［J］.計算機工程與應用，2008，44（11）：94-96.

［4］張利.OSEK網絡管理在汽車CAN系統中的研究與實現［J］.電子測量與儀器學報，2011，25（6）：522-527.

（編輯 楊景）

Design of Rear-view M irror Layout Based on Ergonom ics and Vision

ZENG Xin1，CHEN Feng2，ZHU Hai-bing2
（1.Wuhan Polytechnic College of Software and Engineering，Wuhan 430205，China；2.Commercial Vehicle Technology Centre of SAIC Motor，Shanghai 201805，China）

Rear-view mirror is an important safety accessory for vehicles，which provides all of visual detail and surroundings for safety driving.The paper introduces the layout method of rear-view mirror based on ergonomics and vision，and verifies the method with a real development example.

Inside rear-view mirror；outside rear-view mirror；ergonomics；view

U463.82

A

1003－8639（2016）08－0045－05

2016-05-13；

2016-05-23

曾鑫（1977-），男，碩士，副教授，國家精品課程負責人，全國職業院校技能大賽專家、裁判，主要研究方向為汽車檢測與診斷技術，已發表專業論文20余篇。