后视镜安装标准及视野分析

冷传刚　王　谦　史　俍　李蕴恺（天津内燃机研究所　天津　300072）

后视镜安装标准及视野分析

冷传刚王谦史俍李蕴恺（天津内燃机研究所天津300072）

摘要：后视镜是驾驶员获得间接视野的主要来源，是影响驾驶安全的重要部件。对后视镜安装相关标准进行了介绍，重点在球面镜成像的光学规律基础上，通过建立后视镜安装的几何模型，定量计算了视镜像点的可见角度，进一步计算出视镜设计参数对可见角度的影响，最后通过试验进行了验证。分析结果为后视镜参数设计和安装位置提供了理论依据，并为后视镜安装的相关试验提供了理论指导。

关键词：后视镜安装球面镜成像可见角度

引言

后视镜安装的现行国标有两个。《GB 17352-2010摩托车和轻便摩托车后视镜的性能和安装要求》[1]，适用于摩托车和轻便摩托车，不适用于车身部分封闭或全部封闭驾驶员的摩托车，标准没有直接规定后视镜的视野要求，但标准对反射面尺寸，反射面曲率半径，安装数量和安装位置等有明确要求，所以满足本标准要求的后视镜具有良好的驾驶视野；《GB 15084-2013机动车辆间接视野装置的性能和安装要求》[2]，适用于安装在M和N类及至少驾驶室被部分封闭的L类机动车辆上的间接视野装置。可以安装在L类车辆的后视镜类型有：I类内后视镜，III类和VII类主外后视镜。标准除了对反射面尺寸、曲率半径，安装数量和安装位置等有明确要求外，还对每一类后视镜视野有了具体规定，都要求在驾驶员眼点位置通过后视镜应能观察到水平路面上不同范围的视野区域并延伸至地平线。

1　后视镜安装标准的发展趋势

由于摩托车国标接近欧洲标准，后视镜新标准的起草将受欧规的影响，所以下面介绍（EU）No 3引起的新变化。

1）Commission Delegated Regulation（EU）No 3 Annex X后视镜安装部分的规定[3]：

（1）L1e-B，L3e和L4e类车辆应符合UNECE法规No.81的所有相关要求

L1e-B，L3e和L4e类车辆可以安装通过UNECE法规No.46认证的II类或III类间接视野装置。

（2）L2e，L5e、L6e和L7e类车辆应符合UNECE法规No.81或No.46的所有相关要求。

①符合UNECE法规No.81的L2e，L5e、L6e和L7e类车辆可以安装通过UNECE法规No.46认证的II类或III类间接视野装置。

②L2e，L5e、L6e和L7e类车辆可以额外选装一个I类后视镜。

2）后视镜国标发展趋势

新版国标GB 15084-2013与欧规ECE R46非常接近，可以预见（EU）No 3的新变化将成为后视镜国标的发展趋势。EU No.3标准使摩托车可选的后视镜更多，不但带驾驶室的三轮摩托车可以使用其它类摩托车的后视镜外，其它类摩托车也可以使用带驾驶室的摩托车的后视镜了。具体内容如下：

两轮摩托车除了可用原有的ECE R81规定的后视镜外，还可以选装ECE R46规定的II类或III类间接视野装置；不带驾驶室的三轮摩托车除了可用原有的ECE R81规定的后视镜外，还可以选装ECE R46规定的II类或III类间接视野装置，还可以额外选装一个I类后视镜；带驾驶室的三轮摩托车除了可用原有的ECE R46规定的间接视野装置外，还可以选装ECE R81规定的II类间接视野装置，还可以额外选装一个I类后视镜。L6e和L7e类车辆属于全地形车，其要求与三轮摩托车相同。

2　后视镜视野特性简析

各类视镜都要满足其相应的观察视野要求。图1为对VII类视镜的视野区域大小的规定。

图1　VII类视镜视野要求

L类车辆上安装的后视镜属于光学零件的凸面镜，所有光学规律都适用于后视镜。下文先介绍与后视镜相关的球面反射镜的成像规律。

如图2所示，凸面镜OE的半径为R，焦点为F点。根据焦点的定义，平行于镜面中心线的光线BE，经镜面反射后，反射光线的反向延长线必经过焦点F，BC与EF的交点为B点的像B′。图中U为物距，V为相距。

图2　球面反射镜成像

球面反射镜的物像位置公式为[4]：

球面反射镜轴线方向上的放大率恒为负值，物像移动方向相反，即当物体向光轴正方向移动时，像则沿光轴向光轴的负方向移动。

根据以上理论和装于车辆上的后视镜特点，可以得到以下结论：

1）由于U>0，所以V

2）对于相同的视野区域（U恒定），反射面的曲率半径R大小决定像点V的位置，R越小则像点离视镜越近（V越小），连接像点与镜面边缘的角度越大，从而视野范围越大；而且后视镜反射面尺寸越大，连接像点与镜面边缘的角度越大，从而能够观察到的视野范围越大。

3）如果后视镜向左/右旋转调整时，左/右侧的物体将在后视镜内成像，即驾驶员将看到处于车辆左/右侧的物体。

4）对于同一视镜，眼点离后视镜的轴向距离越小（相当于相距V越小），能观察到的视野范围越广。

图4 视镜像点几何模型

3　后视镜成像的可见角度分析

后视镜虽然可以调节，但在固定眼点观察时，调整前后只是视野区域的改变，而不是视野大小的增减。后视镜成像的可见角度由后视镜的几何特性决定，为定量研究后视镜成像的可见角度，本文建立如图3所示的几何模型：反射面为AB的后视镜安装于车长为L的车辆上，MN为目标视野范围（距离车后lm远，宽度为h m），即标准GB 15084规定的视野区域的起点，后视镜反射面轴线中心与车辆最前端的距离为a，视镜反射面中心至车辆外端的距离为b，视镜调整后其轴线与车辆纵向中心线的夹角为θ，通过作图法确定N点在后视镜的像，用同样的方法可以确定M点的像。

图3　后视镜成像几何模型

图中已知参数有：视镜反射面长度AB，视镜反射面曲率半径OA、OB和视野区域尺寸（目标视野尺寸）。根据图中的几何关系可求得N点的物距：

求得像距V。于是问题转化为图4所示的三角形几何角度问题。

在等边三角形OAB中，N′为目标视野范围N点的像，根据视镜成像规律可知N点的可见角度为图中∂N+βN。此外P长度可以从图3中的ONH三角形相似关系求得，QT=R-OQ，N′D=PQ=V-QT，

于是

同理对M点作图计算可以求得M点的几何可见角度∂N，βN，像M′，N′的可见角度为M′点和N′点几何可见度的交集，即min（∂N，∂M）+min（βN，βM）。将可见角度计算公式编辑到Excel单元格中，并将已知数据代入Excel，对MN像的可见角度进行计算。

计算用数据取自某150ZC样车的实测结果，L= 2.26m，a=0.335m，b=0.148m，θ=8°，R=1.228m，l= 0.156，样车视镜类别为VII类，故视野区域选取图1所示的左侧区域，计算结果如表1所示。

表1　后视镜模型计算结果

本例模型计算的可见角度为7.47°，虽然可见角度不大，但通过合理放置座椅位置，可以在视镜里观察到MN点。

为分析后视镜可见角度随视镜主要参数的变化规律，分别计算当车辆长度，视镜长度，视镜曲率半径3个参数在限值内变化时，成像的可见角度变化趋势，结果分别如图5，6，7所示。

可以看出，视镜成像的可见角度随车长、曲率半径、视镜横向长度在规定的限值内的变化非常明显，而最明显的是视镜的横向长度。对本例所选参数的视镜，当视镜横向长度在0.020~0.078m之间时，可见角度为负值，即视镜成像无论在哪个角度都无法观察到，故在视镜设计上，合理选择视镜的几何尺寸是至关重要的。同时在本例计算中，发现恒为负，这是因为M点的像高大于视镜横向长度的一半，故观察者只有从视镜右侧才能观察到M点的像，这与日常经验是吻合的：越靠左侧的物体，从视镜里观察，需要越往右侧才能看到。由于恒为负，为了能观察到目标视野，左视镜需要向右旋转调整，右视镜需要向左旋转调整。

图5　可见角度随车辆长度变化

图6　可见角度随视镜长度变化

图7　可见角度随视镜曲率半径变化

4　后视镜视野的试验验证

对某150ZC样车按照图1的视野区域大小站人标记，试验人员在座椅上通过视镜观察，验证能否观察到人员站立的视野区域，结果如图8所示，视野能够满足要求，试验结果与预期的设想一致。

图8 视野的试验验证

参考文献

1全国汽车标准化技术委员会.GB 17352-2010摩托车和轻便摩托车后视镜的性能和安装要求[S].北京：中国标准出版社，2010

2全国汽车标准化技术委员会.GB 15084-2013机动车辆间接视野装置的性能和安装要求[S].北京：中国标准出版社，2013

3The European Union.Comm ission Delegated Regulation （EU）No 3/2014[S].Official Journal of the European U－nion，2014

4吴晓红，郑丹.光学基础教程[M].武汉：华中科技大学出版社，2012

中图分类号：U463.85+6

文献标识码：A

文章编号：2095-8234（2015）02-0057-04

收稿日期：（2014-12-17）

作者简介：冷传刚（1979-），男，工程师，主要研究方向为振动噪声与零部件检测。

An Analysisof Standard and Vision on Rearview M irror

Leng Chuangang，W ang Qian，ShiLiang，LiYunkai
Tianjin InternalCombustion Engine Research Institute（Tianjin，300072，China）

Abstract：The rearviewmirror is themain source toobtain indirectvision for drivers.And itisan important component which influences driving safety.Related standards of the rearview mirror installation are introduced in this paper.By setting up the geometrymodelsof rearviewmirror installed,based on the rules of sphericalmirror imaging,the paper quantitatively calculates the visible angle of image in the rearview mirror.Then the influence of design parameters on the visible angle of themirror can be obtained.Finally an experiment is conducted to verify the results.This result provides the theoreticalbasis for the rear-view mirror design and installation position,and also provides theoreticalguidance for rear-viewmirror test.

Keywords：Rear-viewmirrormounting，Sphericalmirror imaging，Visibleangle