汽車內(nèi)后視鏡的工作原理與選型分析

王炳飛，李超帥，林森，于波，李瑞生

（華晨汽車工程研究院閉合件工程室，遼寧 沈陽 110141）

前言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的安全性與駕駛舒適性得到越來越多的關(guān)注，后視鏡作為駕駛員獲得間接視野的主要方式，其布置與設(shè)計(jì)合理性直接影響行車安全與駕駛感受，隨著科技的發(fā)展，汽車內(nèi)后視鏡也不斷向智能、舒適、功能集成的方向發(fā)展[1～2]。本文對(duì)手動(dòng)防眩目?jī)?nèi)后視鏡、電子防眩目?jī)?nèi)后視鏡以及流媒體內(nèi)后視鏡的工作原理與優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，為不同車型定位的內(nèi)后視鏡選型提供了依據(jù)。

1 內(nèi)后視鏡的尺寸與視野分析

目前汽車市場(chǎng)應(yīng)用的內(nèi)后視鏡主要有普通平面內(nèi)后視鏡、手動(dòng)防眩目?jī)?nèi)后視鏡、電子防眩目?jī)?nèi)后視鏡與流媒體內(nèi)后視鏡幾種類型，各種型式的內(nèi)后視鏡的成本與功能性能差別很大，但均需滿足下述尺寸與視野要求。

1.1 內(nèi)后視鏡的法規(guī)尺寸要求

根據(jù)《GB15084機(jī)動(dòng)車輛間接視野的性能和安裝要求》的要求，汽車內(nèi)后視鏡的尺寸要求能在其反射面上繪制出一個(gè)矩形，矩形的高度為40mm，底邊長(zhǎng)為a[3]，a尺寸的計(jì)算方法如公式1所示：

其中r為鏡面曲率半徑。流媒體內(nèi)后視鏡采用顯示屏取代傳統(tǒng)反射鏡面，在流媒體功能未啟用的狀態(tài)下，顯示屏需執(zhí)行反射鏡功能，其鏡面尺寸同樣需滿足上述法規(guī)要求。

1.2 內(nèi)后視鏡的法規(guī)視野要求

根據(jù)《GB15084機(jī)動(dòng)車輛間接視野的性能和安裝要求》的要求，內(nèi)后視鏡的視野應(yīng)滿足：駕駛員借助內(nèi)后視鏡應(yīng)能在水平路面上看見一段寬度至少為 20000mm的視野區(qū)域，其中心平面為汽車縱向基準(zhǔn)面，并從駕駛員的眼點(diǎn)后60000mm處延伸至地平線[3]，如圖1所示。

圖1 內(nèi)后視鏡視野法規(guī)要求

對(duì)于視野內(nèi)障礙物的遮擋面積規(guī)定如下：視野有可能因部件影響而降低，如遮陽板、后刮雨刷、除霧部件、S3類制動(dòng)燈，這些裝置遮擋部分投影在與車輛縱向中心面垂直的鉛垂面上時(shí)，其總和不大于所規(guī)定視野的15%。頭枕、框架或車身結(jié)構(gòu)，如后面的對(duì)開門立柱、后窗框應(yīng)不計(jì)算在內(nèi)，測(cè)量阻擋程度時(shí)應(yīng)將遮陽板處于回收位置。普通平面內(nèi)后視鏡、手動(dòng)防眩目?jī)?nèi)后視鏡與電子防眩目?jī)?nèi)后視鏡不可避免地會(huì)受到上述障礙物的遮擋影響，而流媒體內(nèi)視鏡則完全不受障礙物的遮擋影響。

2 傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡的功能缺陷分析

2.1 防眩目功能分析

夜間行車時(shí)，后方車輛的燈光通過內(nèi)后視鏡反射易造成駕駛者產(chǎn)生夜盲，即使眩光光源移開后，殘留在眼睛里的影像也會(huì)造成盲點(diǎn)，這種現(xiàn)象被稱為“白斑效應(yīng)”。“白斑效應(yīng)”會(huì)使駕駛者的反應(yīng)時(shí)間增加約 1.4秒，當(dāng)車輛高速行駛時(shí)，駕駛者對(duì)前面的危險(xiǎn)做出反應(yīng)之前，1.4秒時(shí)間足以行駛幾十米，這無疑極大增加了撞車或?qū)е萝噧?nèi)乘客受傷的危險(xiǎn)，因此，產(chǎn)生了能適應(yīng)不同入射光強(qiáng)度的防眩目?jī)?nèi)后視鏡。

2.2 視野盲區(qū)分析

如圖2所示，因車身C柱的遮擋，內(nèi)后視鏡的視野會(huì)產(chǎn)生C柱盲區(qū)，因尾門或行李箱的遮擋，內(nèi)后視鏡的視野會(huì)產(chǎn)生地面盲區(qū)，駕駛員駕駛時(shí)無法通過內(nèi)后視鏡觀察到盲區(qū)內(nèi)的車輛或行人等，易產(chǎn)生安全隱患。流媒體內(nèi)后視鏡系統(tǒng)借助安裝在汽車尾部的廣角攝像頭，將車后的信息顯示在后視鏡的顯示屏上，基本掃除車后盲區(qū)，并且不受后排乘客及其他物體的干擾影響。

圖2 內(nèi)后視鏡視野盲區(qū)示意圖

3 防眩目?jī)?nèi)視鏡的原理與功能分析

3.1 手動(dòng)防眩目?jī)?nèi)后視鏡的原理

目前汽車市場(chǎng)的手動(dòng)防眩目?jī)?nèi)后視鏡大多采用楔形鏡片鍍鉻的方式，如圖3所示，楔形鏡片有前后兩個(gè)呈一定角度的反射面，主反射面鍍鉻反射率較高，副反射面沒有鍍層反射率低。白天行車時(shí)，扳動(dòng)調(diào)節(jié)撥鈕調(diào)節(jié)后視鏡角度，通過主反射面的反射光觀察后方物體，夜間行車時(shí)，調(diào)節(jié)后視鏡角度通過副反射面的反射光觀察后方物體，因?yàn)楦狈瓷涿娴姆瓷渎屎艿停梢源蟠笙魅鹾蠓杰囕v前大燈的照射光，起到防眩目的作用。

圖3 手動(dòng)防眩目原理示意圖

手動(dòng)防眩目?jī)?nèi)后視鏡優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，基本免維護(hù)，缺點(diǎn)是鏡片只有兩個(gè)反射面，不能適應(yīng)全工況下的反射需求，只能通過手動(dòng)調(diào)節(jié)提供高低不同的兩個(gè)反射率，并且無法適應(yīng)緊急情況下的快速切換。

3.2 電子防眩目?jī)?nèi)后視鏡的原理

電子防眩目?jī)?nèi)后視鏡系統(tǒng)由兩個(gè)光敏電阻、控制器以及特殊的鏡片組成，兩個(gè)光敏電阻分別布置在后視鏡的前后兩側(cè)，接收車前與車后射來的光線，控制器根據(jù)兩個(gè)傳感器的輸入信號(hào)，按預(yù)先制定的控制策略發(fā)出控制指令，給后視鏡鏡片的電離層施加不同的電壓[4]。

鏡片結(jié)構(gòu)如圖4所示，最外層為玻璃襯底，靠近觀察方向一側(cè)玻璃內(nèi)側(cè)為透明導(dǎo)電層，遠(yuǎn)離觀察方向一側(cè)玻璃內(nèi)側(cè)為導(dǎo)電反射層，透明導(dǎo)電層與導(dǎo)電反射層之間為電致變色材料，導(dǎo)電層上的電壓改變電致變色層的顏色，電壓越高，電致變色層的顏色越深，反射率越低，可以由70%左右變化到10%左右，適應(yīng)不同工況下的反射率需求。

圖4 電子防眩目鏡片結(jié)構(gòu)示意圖

4 流媒體內(nèi)視鏡的原理與功能分析

4.1 流媒體內(nèi)后視鏡的組成與工作原理

無論是手動(dòng)防眩目?jī)?nèi)后視鏡還是電子防眩目?jī)?nèi)后視鏡均無法消除車輛的C柱盲區(qū)與地面盲區(qū)，并且易受后排座椅或乘客遮擋的影響。流媒體內(nèi)后視鏡的出現(xiàn)徹底解決了這一問題。流媒體內(nèi)后視鏡系統(tǒng)由安裝在汽車尾部的廣角攝像頭、集成于后視鏡上的顯示屏以及控制器組成，通過廣角攝像頭采集汽車后方圖像，經(jīng)控制器處理后將車后的信息顯示在顯示屏上，基本消除了車后盲區(qū)，并且不受后排乘客及其他物體遮擋的干擾影響。以往車型開發(fā)要想獲得更好的視野，后車窗一定要非常寬大，而流媒體內(nèi)后視鏡對(duì)后窗尺寸與C柱造型無限制，可滿足多樣化的造型需求。

4.2 流媒體內(nèi)后視鏡發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

隨著消費(fèi)者對(duì)汽車安全性能與駕駛感受的要求越來越高，流媒體內(nèi)后視鏡會(huì)越來越多地被使用，作為新興產(chǎn)品，流媒體內(nèi)后視鏡后續(xù)發(fā)展需重點(diǎn)優(yōu)化以下幾個(gè)方面：（1）光照不足條件下的成像問題。現(xiàn)有的成像技術(shù)足夠使攝像頭在亮度適宜的工作條件下可靠工作，但行車遇到夜晚、隧道等光照條件差的情況是不可避免的，如何保證夜間成像質(zhì)量并消除成像噪點(diǎn)，是流媒體內(nèi)視鏡后續(xù)發(fā)展需解決的問題之一。（2）光線頻繁變化對(duì)攝像頭的影響。在光線急劇變化的瞬間，光學(xué)元件需要調(diào)整曝光度等成像參數(shù)，顯示屏產(chǎn)生延遲，這一時(shí)間段的圖像將缺損，對(duì)駕駛安全產(chǎn)生不良影響。（3）成像耐久可靠性。流媒體內(nèi)視鏡在汽車行駛?cè)瘫３止ぷ鳡顟B(tài)，工作時(shí)間長(zhǎng)，高速行駛時(shí)對(duì)攝像頭的性能要求更高，在高像素、無畸變、寬動(dòng)態(tài)、低照度、高幀率與高可靠性方面都帶來挑戰(zhàn)。（4）更高的運(yùn)算能力與存儲(chǔ)需求。隨著成像像素的提升，數(shù)據(jù)傳輸與圖像處理帶來了成像延遲問題，處理器需要更高的運(yùn)算能力，并需要高度優(yōu)化的內(nèi)部算法。

5 結(jié)論

汽車內(nèi)后視鏡的型式與功能選擇需綜合考慮成本、造型風(fēng)格與功能可靠性等問題，本文通過對(duì)各種型式的內(nèi)后視鏡進(jìn)行結(jié)構(gòu)與功能分析，為不同檔次定位的車輛內(nèi)后視鏡選型提供了依據(jù)。