后視鏡系統結構設計方法研究

何毓，楊文德，馬文龍，張勝偉

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

后視鏡系統結構設計方法研究

何毓，楊文德，馬文龍，張勝偉

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

文章在介紹后視鏡系統的設計流程的同時，系統性的匯總了后視鏡系統設計需遵循的相關法規要求、設計要點和常見問題等，從而達到指導設計人員設計、縮短設計周期和提高設計可靠性的目的。

后視鏡；結構設計；重卡

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.017

CLCNO.: U463.85+6 DocumentCode: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-49-04

引言

作為最主要的現代化交通工具之一，汽車在人類日常生活中扮演著越來越重要的角色，人們對于汽車的安全性要求也越來越高。汽車要安全運行，于駕駛員接受信息正確與否、信息輸入裝置的多少和快慢有著重要影響，汽車在行駛過程中，有80%的信息是靠視覺得到的，確保良好的視野是預防汽車事故的必要條件，所謂的視野是駕駛員行車時的視線范圍，人們根據不同的目的來定義和使用不同的視野概念。一般情況下，按視野獲得方式分為直接視野和間接視野直接視野是駕駛員在駕駛位置時，直接透過前風檔玻璃、車門玻璃和后風檔玻璃所能直接、清晰的看到的道路范圍的大小。間接視野即駕駛員通過內外后視鏡看到的車輛后方情況的清晰圖象，圖象所反映的范圍即為得到的視野。后視鏡是駕駛員間接視野的主要保證，因而后視鏡的合理布置與設計是提高汽車主動安全性的重要因素之一。

1、后視鏡的分類

1.1 具有不同功能的視鏡，可分為以下幾類

Ⅰ類：內后視鏡

Ⅱ類(大)：外后視鏡（N3類車輛）

Ⅲ類(小)：外后視鏡Ⅳ類：廣角外視鏡

Ⅴ類：補盲外視鏡

Ⅵ類：前視鏡

1.2 外后視鏡的結構功能分類

a.按調節方式和輔助功能，可分為以下幾類：

手動調節外后視鏡

電加熱外后視鏡

電動電加熱后視鏡

b.按后視鏡結構，可分為以下幾類：

桿式后視鏡

整體式后視鏡

2、設計法規及輸入條件

2.1 中國法規要求

① GB 11552-2009 GB15084-2013

《機動車輛后視鏡的性能和安裝要求》；

② QC/T 531-2001《汽車后視鏡》；

③ GB 7258-2012 《機動車運行安全技術條件》。

2.2 歐盟、歐共體法規要求

ECE R46《關于批準后視鏡和就后視鏡的安裝方面批準機動車輛的統一規定》。

3、設計開發流程

表1 后視鏡系統設計開發流程

4、后視鏡設計開發準則

4.1 后視鏡系統設計要求收集

a.任務來源需求輸入，需明確開發需求及功能需求，提出參考車型。

b.收集駕駛室R點（以此確定眼點），白車身邊界、車窗前擋風位置、地面位置等。

c.收集標桿車型數據，包括。曲率半徑，視野參數，產品結構等。

d.了解現有供應商信息，做出預估價格。

4.2 后視鏡曲率半徑的確定

作為后視鏡的一個基本參數，后視鏡曲率半徑直接關系到后視鏡的視野大小和影象質量。眾所周知，凸面鏡可以擴大視野，視野隨曲率半徑R縮小而增大。

按國標要求，球面鏡曲率半徑r值不應小于下列要求：

Ⅰ類：內后視鏡 1200mm

Ⅱ類：外后視鏡 1200mm

Ⅳ類：廣角外視鏡 300mm

Ⅴ類：補盲外視鏡 300mm

Ⅵ類：前視鏡 200mm

4.3 后視鏡尺寸的確定

后視鏡大小在設計開發階段由造型和總布置共同決定。鏡片越大,視野越大,但會影響前方視野,同時不需要的景物會映入鏡中,易分散駕駛員的判斷力,因此確定合適的大小原則是：能清楚的反映法規所反映的后視野. GB15084-2013中4.1.2.1條規定了后視鏡鏡面尺寸。

4.4 后視鏡視野及安裝位置的確定

汽車后視鏡的布置應充分考慮以下三點：

1）滿足法規的要求，見圖2、3、4、5；

2）滿足市場的要求，見圖6；

3）駕駛員觀察后視鏡的舒適性；

外后視鏡一般安裝在前車門或A柱上。當外后視鏡需要透過前風擋使用時，要求可從前風窗玻璃刮水器刮刷到得區域中看到外后視鏡。

一般人眼的視野角度，以靠近直前視線為宜，這樣，車輛后方的交通狀況可以直接映入直視前方的駕駛員眼內，使之不必經常轉動眼睛和頭部就能獲得車后的信息。根據人機工程學的要求：后視鏡在水平方向的位置應處于前直線視線的左右各60°(45°頭部自然轉角與15°眼睛自然轉角之和)范圍內；在垂直方向的位置上處于前直視線上下個45°(30 °頭部自然轉角與15°眼睛自然轉角之和)范圍內。基于以上原則，利用CATIA三維軟件數學模型可求出后視鏡中心位置。

在初步確定后視鏡的安裝位置后，必須進行視野校核，而視野的校核即是光學中鏡面成像原理的應用，如圖1。

圖1 雙眼總視野

后視鏡造型設計，駕駛室R點，車門，A柱，前擋風，雨刮等都是后視鏡視野校核和安裝位置確定過程的輸入條件。通過反復的視野校核，和對后視鏡位置以及曲率半徑的調整，才能得到滿足法規視野要求(圖2～5)的后視鏡位置。

圖2 Ⅱ類主外視鏡的視野

圖3 Ⅳ類廣角外視鏡的視野

圖4 Ⅴ類補盲外視鏡的視野

圖5 Ⅵ類前視鏡的視野

由于駕駛員的身材、坐姿及駕駛習慣的差異，為保證駕駛員能獲得滿意的視野，要求后視鏡鏡片能夠在鏡殼內完成偏轉，一般上下偏轉6°～8°，左右偏轉6°～8°。

4.5 外后視鏡調節力

外后視鏡在使用過程中支架需要向后翻折，翻折力的設定要考慮操作舒適性和風力影響。翻折力過大影響使用，翻折力過小影響產品可靠性及抖動性。翻折力設計參考值為130～180N。鏡片調節要求阻尼平順，無發卡現象；手動調節鏡片力矩設計參考值為： 3N·m～10N·m。

4.6 后視鏡的結構設計

后視鏡的外殼形狀在整車造型階段已具有與整車協調一致的外形特征.而結構設計就是進行內部機構的容納性,可調整性,工藝的可行性設計。桿式后視鏡和整體式后視鏡在結構上差異性比較大，在產品定位上也有所不同：

桿式后視鏡： 結構成本和剛性較好，適用性較強，但外觀設計受限。如奧龍，德龍系列車型。

整體式后視鏡： 剛性保證困難，結構設計復雜，中間需要支撐部件（鋁型材支撐），成本較高，但外觀造型較易實現與車身的匹配。如X3000。

4.7 后視鏡各部件材料選取

a.支座材料：我們現在的產品，考慮可靠性，一般采用鑄鐵作為支座材料。但從成本及減重的角度，越來越多的產品采用PA6+GF30，如MAN、BENZ。

b.鏡殼：一般采用PP；檔次較高，或者有噴涂需求的產品，選用ABS，如X3000車身同色的后蓋。

c.鏡桿和連接臂：我們現在的產品大多使用鋼管。同樣考慮成本及減重的需要，可以選用PA6+GF30或鋁型材，如MAN、BENZ。

d.鏡片托板：ABS，PP。

4.8 后視鏡功能及視野相關輔助產品介紹

a.鏡片加熱技術的應用，可以輕松地除去霧霜等影響視野的因素。

b.防眩目技術的應用可以讓司機在夜間行車時也可以不受影響地及時了解后側的情況。

c.為解決重型卡車轉彎和倒車時后視野的不足，目前較多地采用車輛后視攝像頭等技術

d.雷達系統：憑借一定的裝備測量前方、側方和后方障礙物的距離，并迅速反饋給汽車，以在危急的情況下，通過報警或自動進行某項預設定操作如緊急制動等，來避免由于駕駛員疲勞、疏忽、誤判斷所造成的交通事故。 現在運用在汽車上的主要有超聲波探測頭，毫米波雷達長距離探測頭等

5、后視鏡產品設計問題

5.1 抖動問題

后視鏡在車輛怠速運行或行駛在顛簸的路面上時的抖動問題，是后視鏡的最大問題。存在抖動問題的后視鏡，會導致影像模糊，易使駕駛員產生視覺疲勞，影響駕駛的安全性的問題。

通過經驗，初步分析產生抖動的問題點：

a.鏡片抖動嚴重：可能是鏡片托板與鏡殼連接處剛度差。

b.鏡殼抖動嚴重： 鏡殼與鏡桿或連接臂連接剛性差 。

c.整個后視鏡抖動嚴重 ：托架和支架與車身或車門聯結剛性差。

實際上，行車過程中的抖動實際上是這三種抖動共同作用的結果。

5.1.1 材料方面

支架材料：從抖動性考慮，材料由優到差以此為：鑄鐵，鑄鋁，PA6+GF**（玻纖含量越低，強度越差）。

5.1.2 制造工藝

a.塑料件采用高壓注塑玻璃微珠增強塑料的注塑工藝，得到密實均勻且表面質量優良的的產品。

b.塑料微孔發泡成型技術的探索，微孔發泡成型不僅可以提高制品外觀質量，降低材料消耗，同時還可以通過鈍化裂紋前端限制裂紋增長，增加材料的韌性，提高吸震減震能力。

c.長玻纖增強塑料的注塑成型技術的探索，長玻纖材料能夠獲得優良的力學性能，尤其是提高材料的缺口沖擊強度，能夠提高材料的韌性和剛性，在汽車零部件中的應用將非常廣泛。

d.創新的模具設計制造方法，從根源上保證產品質量，主要表現在產品結構的優化評審、數字和RP樣件驗證、產品結構的有限元分析（Ansys、Moldflow等）和先進的模具制造設備及工藝，確保為客戶提供性價比最優的制造方案。

e.快速換模技術的采用，能夠較快地實現模具切換，適應多品種小批量的生產方式，同時由于受力均勻，能夠對模具進行有效地防護，保證模具精度，并延長模具的壽命。

f.裝配中采用能夠對輸出扭矩等工藝參數可以進行實時監控的工具，確保工藝參數均勻一致，從而保證產品質量穩定可靠。

5.1.3 結構優化

a.桿式后視鏡，可以考慮增加一個支撐臂，如圖6。

圖6

b.連接臂結構從單支變為雙支結構，圖7。

圖7

c.提高角調機構的承載能力，提高該機構的剛性,圖8.

圖8

d.提高支架固定的剛性，其一，增加結構，提高剛性；其二，增加支架固定點之間的鎖附緊固件之間的距離。

5.1.4 抖動性試驗

整車試驗是檢測產品抖動性最直接的方法，要求發動機處于怠速時無明顯抖動現象,在各種路面上行車時無明顯抖動現象，后視鏡反射的影像清晰，視覺舒服。但這種方法路況選擇難度大，時間周期長，主觀因素對結果影響較大，需要在整車試驗前對產品進行臺架抖動性試驗。

臺架抖動性試驗：

a.固有頻率檢測試驗：分別按上下/左右/前后三個方向進行掃頻試驗，查找產品固有頻率，試驗條件：振動頻率(Hz)：5～100;加速度(m/s2)：5～45。 掃頻過程中，振幅超過0.4mm，即認為產品達到共振狀態，此時的頻率為產品固有頻率。整車固有頻率一般為40Hz左右（經驗值）,后視鏡固有頻率和整車固有頻率差值越大，產品越不會發生共振現象，

可靠性越好。一般要求后視鏡固有頻率要大于60Hz。

b.定頻振動試驗條件：以產品的固有頻率進行定頻振動試驗，要求產品振幅小于在設計要求值。

c.對產品進行振動頻率40Hz(整車頻率)的振動試驗，要求產品振幅小于在設計要求值。

5.2 視野問題

視野是后視鏡的基本功能，對安全性，用戶舒適性滿意度至關重要。

后視鏡的設計不僅僅會影響到后視野，也會影響到前視野，即直接視野，如圖9。所以在后視鏡設計時也必須關注其與A柱之間的距離。為了減少或消除立柱對視野的妨礙，立柱相對于駕駛員眼點的投影長度應盡可能小于駕駛員瞳距。這樣在汽車前方的某一點，A柱所造成的視野盲區就得以消除。所以在A柱滿足其強度要求的情況下，使截面積盡可能小是解決直接視野的關鍵。

圖9

改變鏡片的曲率半徑，是最簡單，也是最直接的改變后視野的方法，但需要考慮法規要求。曲率半徑越小，視野范圍越大，但同時小曲率半徑的后視鏡會使圖像失真，使駕駛員產生眩暈感，影響行車安全。

改變鏡片大小，也是一個直接可行的方案，但鏡片尺寸要滿足法規要求，同時調整后視鏡大小會對產品結構、外觀造成較大影響。

5.3 風噪問題

風噪影響用戶舒適性，降低用戶體驗滿意度。對風噪問題，現在還沒有確實可行的設計經驗，只能靠反復試驗驗證來解決。

5.4 風阻問題

后視鏡的設計不僅涉及到行車的安全性、與車身整體的一致性，還關系到車身整體的風阻。風阻對整車燃油經濟性起到關鍵作用。

后視鏡的外伸角度以及上下傾斜角度，會對整車的風阻產生很大的影響，沃爾沃FH16等車型為降低風阻前風窗后傾12°，圖10。前下視鏡也順勢傾斜，不僅與車身渾然一體，同時還可以降低風阻。

圖10

6、總結

本文為后視鏡系統的設計過程和設計思路提供參考。為筆者在實踐中實際應用的總結，希望給業界同行提供參考。

Structural design method of heavy truck rear view mirror

He Yu, Yang Wende, Ma Wenlong, Zhang Shengwei
（Shaan Xi Heavy-duty Automobile Co., LtD, Shaanxi Xian 710200）

This paper introduces the design process of the rear view mirror system.At the same time, the system summarises the requirements of relevant laws and regulations design points and common problems that the rear view mirror system design should follow ,so as to guide the designer to design, shorten the design cycle and improve the reliability of the design.

rear view mirror; structure design; heavy truck

U463.85+6

A

1671-7988 (2016)12-49-04

何毓，就職于陜西重型汽車有限公司。