后视镜系统结构设计方法研究

何毓，杨文德，马文龙，张胜伟

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

后视镜系统结构设计方法研究

何毓，杨文德，马文龙，张胜伟

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

文章在介绍后视镜系统的设计流程的同时，系统性的汇总了后视镜系统设计需遵循的相关法规要求、设计要点和常见问题等，从而达到指导设计人员设计、缩短设计周期和提高设计可靠性的目的。

后视镜；结构设计；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

作为最主要的现代化交通工具之一，汽车在人类日常生活中扮演着越来越重要的角色，人们对于汽车的安全性要求也越来越高。汽车要安全运行，于驾驶员接受信息正确与否、信息输入装置的多少和快慢有着重要影响，汽车在行驶过程中，有80%的信息是靠视觉得到的，确保良好的视野是预防汽车事故的必要条件，所谓的视野是驾驶员行车时的视线范围，人们根据不同的目的来定义和使用不同的视野概念。一般情况下，按视野获得方式分为直接视野和间接视野直接视野是驾驶员在驾驶位置时，直接透过前风档玻璃、车门玻璃和后风档玻璃所能直接、清晰的看到的道路范围的大小。间接视野即驾驶员通过内外后视镜看到的车辆后方情况的清晰图象，图象所反映的范围即为得到的视野。后视镜是驾驶员间接视野的主要保证，因而后视镜的合理布置与设计是提高汽车主动安全性的重要因素之一。

1、后视镜的分类

1.1 具有不同功能的视镜，可分为以下几类

Ⅰ类：内后视镜

Ⅱ类(大)：外后视镜（N3类车辆）

Ⅲ类(小)：外后视镜Ⅳ类：广角外视镜

Ⅴ类：补盲外视镜

Ⅵ类：前视镜

1.2 外后视镜的结构功能分类

a.按调节方式和辅助功能，可分为以下几类：

手动调节外后视镜

电加热外后视镜

电动电加热后视镜

b.按后视镜结构，可分为以下几类：

杆式后视镜

整体式后视镜

2、设计法规及输入条件

2.1 中国法规要求

① GB 11552-2009 GB15084-2013

《机动车辆后视镜的性能和安装要求》；

② QC/T 531-2001《汽车后视镜》；

③ GB 7258-2012 《机动车运行安全技术条件》。

2.2 欧盟、欧共体法规要求

ECE R46《关于批准后视镜和就后视镜的安装方面批准机动车辆的统一规定》。

3、设计开发流程

表1 后视镜系统设计开发流程

4、后视镜设计开发准则

4.1 后视镜系统设计要求收集

a.任务来源需求输入，需明确开发需求及功能需求，提出参考车型。

b.收集驾驶室R点（以此确定眼点），白车身边界、车窗前挡风位置、地面位置等。

c.收集标杆车型数据，包括。曲率半径，视野参数，产品结构等。

d.了解现有供应商信息，做出预估价格。

4.2 后视镜曲率半径的确定

作为后视镜的一个基本参数，后视镜曲率半径直接关系到后视镜的视野大小和影象质量。众所周知，凸面镜可以扩大视野，视野随曲率半径R缩小而增大。

按国标要求，球面镜曲率半径r值不应小于下列要求：

Ⅰ类：内后视镜 1200mm

Ⅱ类：外后视镜 1200mm

Ⅳ类：广角外视镜 300mm

Ⅴ类：补盲外视镜 300mm

Ⅵ类：前视镜 200mm

4.3 后视镜尺寸的确定

后视镜大小在设计开发阶段由造型和总布置共同决定。镜片越大,视野越大,但会影响前方视野,同时不需要的景物会映入镜中,易分散驾驶员的判断力,因此确定合适的大小原则是：能清楚的反映法规所反映的后视野. GB15084-2013中4.1.2.1条规定了后视镜镜面尺寸。

4.4 后视镜视野及安装位置的确定

汽车后视镜的布置应充分考虑以下三点：

1）满足法规的要求，见图2、3、4、5；

2）满足市场的要求，见图6；

3）驾驶员观察后视镜的舒适性；

外后视镜一般安装在前车门或A柱上。当外后视镜需要透过前风挡使用时，要求可从前风窗玻璃刮水器刮刷到得区域中看到外后视镜。

一般人眼的视野角度，以靠近直前视线为宜，这样，车辆后方的交通状况可以直接映入直视前方的驾驶员眼内，使之不必经常转动眼睛和头部就能获得车后的信息。根据人机工程学的要求：后视镜在水平方向的位置应处于前直线视线的左右各60°(45°头部自然转角与15°眼睛自然转角之和)范围内；在垂直方向的位置上处于前直视线上下个45°(30 °头部自然转角与15°眼睛自然转角之和)范围内。基于以上原则，利用CATIA三维软件数学模型可求出后视镜中心位置。

在初步确定后视镜的安装位置后，必须进行视野校核，而视野的校核即是光学中镜面成像原理的应用，如图1。

图1 双眼总视野

后视镜造型设计，驾驶室R点，车门，A柱，前挡风，雨刮等都是后视镜视野校核和安装位置确定过程的输入条件。通过反复的视野校核，和对后视镜位置以及曲率半径的调整，才能得到满足法规视野要求(图2～5)的后视镜位置。

图2 Ⅱ类主外视镜的视野

图3 Ⅳ类广角外视镜的视野

图4 Ⅴ类补盲外视镜的视野

图5 Ⅵ类前视镜的视野

由于驾驶员的身材、坐姿及驾驶习惯的差异，为保证驾驶员能获得满意的视野，要求后视镜镜片能够在镜壳内完成偏转，一般上下偏转6°～8°，左右偏转6°～8°。

4.5 外后视镜调节力

外后视镜在使用过程中支架需要向后翻折，翻折力的设定要考虑操作舒适性和风力影响。翻折力过大影响使用，翻折力过小影响产品可靠性及抖动性。翻折力设计参考值为130～180N。镜片调节要求阻尼平顺，无发卡现象；手动调节镜片力矩设计参考值为： 3N·m～10N·m。

4.6 后视镜的结构设计

后视镜的外壳形状在整车造型阶段已具有与整车协调一致的外形特征.而结构设计就是进行内部机构的容纳性,可调整性,工艺的可行性设计。杆式后视镜和整体式后视镜在结构上差异性比较大，在产品定位上也有所不同：

杆式后视镜： 结构成本和刚性较好，适用性较强，但外观设计受限。如奥龙，德龙系列车型。

整体式后视镜： 刚性保证困难，结构设计复杂，中间需要支撑部件（铝型材支撑），成本较高，但外观造型较易实现与车身的匹配。如X3000。

4.7 后视镜各部件材料选取

a.支座材料：我们现在的产品，考虑可靠性，一般采用铸铁作为支座材料。但从成本及减重的角度，越来越多的产品采用PA6+GF30，如MAN、BENZ。

b.镜壳：一般采用PP；档次较高，或者有喷涂需求的产品，选用ABS，如X3000车身同色的后盖。

c.镜杆和连接臂：我们现在的产品大多使用钢管。同样考虑成本及减重的需要，可以选用PA6+GF30或铝型材，如MAN、BENZ。

d.镜片托板：ABS，PP。

4.8 后视镜功能及视野相关辅助产品介绍

a.镜片加热技术的应用，可以轻松地除去雾霜等影响视野的因素。

b.防眩目技术的应用可以让司机在夜间行车时也可以不受影响地及时了解后侧的情况。

c.为解决重型卡车转弯和倒车时后视野的不足，目前较多地采用车辆后视摄像头等技术

d.雷达系统：凭借一定的装备测量前方、侧方和后方障碍物的距离，并迅速反馈给汽车，以在危急的情况下，通过报警或自动进行某项预设定操作如紧急制动等，来避免由于驾驶员疲劳、疏忽、误判断所造成的交通事故。 现在运用在汽车上的主要有超声波探测头，毫米波雷达长距离探测头等

5、后视镜产品设计问题

5.1 抖动问题

后视镜在车辆怠速运行或行驶在颠簸的路面上时的抖动问题，是后视镜的最大问题。存在抖动问题的后视镜，会导致影像模糊，易使驾驶员产生视觉疲劳，影响驾驶的安全性的问题。

通过经验，初步分析产生抖动的问题点：

a.镜片抖动严重：可能是镜片托板与镜壳连接处刚度差。

b.镜壳抖动严重： 镜壳与镜杆或连接臂连接刚性差 。

c.整个后视镜抖动严重 ：托架和支架与车身或车门联结刚性差。

实际上，行车过程中的抖动实际上是这三种抖动共同作用的结果。

5.1.1 材料方面

支架材料：从抖动性考虑，材料由优到差以此为：铸铁，铸铝，PA6+GF**（玻纤含量越低，强度越差）。

5.1.2 制造工艺

a.塑料件采用高压注塑玻璃微珠增强塑料的注塑工艺，得到密实均匀且表面质量优良的的产品。

b.塑料微孔发泡成型技术的探索，微孔发泡成型不仅可以提高制品外观质量，降低材料消耗，同时还可以通过钝化裂纹前端限制裂纹增长，增加材料的韧性，提高吸震减震能力。

c.长玻纤增强塑料的注塑成型技术的探索，长玻纤材料能够获得优良的力学性能，尤其是提高材料的缺口冲击强度，能够提高材料的韧性和刚性，在汽车零部件中的应用将非常广泛。

d.创新的模具设计制造方法，从根源上保证产品质量，主要表现在产品结构的优化评审、数字和RP样件验证、产品结构的有限元分析（Ansys、Moldflow等）和先进的模具制造设备及工艺，确保为客户提供性价比最优的制造方案。

e.快速换模技术的采用，能够较快地实现模具切换，适应多品种小批量的生产方式，同时由于受力均匀，能够对模具进行有效地防护，保证模具精度，并延长模具的寿命。

f.装配中采用能够对输出扭矩等工艺参数可以进行实时监控的工具，确保工艺参数均匀一致，从而保证产品质量稳定可靠。

5.1.3 结构优化

a.杆式后视镜，可以考虑增加一个支撑臂，如图6。

图6

b.连接臂结构从单支变为双支结构，图7。

图7

c.提高角调机构的承载能力，提高该机构的刚性,图8.

图8

d.提高支架固定的刚性，其一，增加结构，提高刚性；其二，增加支架固定点之间的锁附紧固件之间的距离。

5.1.4 抖动性试验

整车试验是检测产品抖动性最直接的方法，要求发动机处于怠速时无明显抖动现象,在各种路面上行车时无明显抖动现象，后视镜反射的影像清晰，视觉舒服。但这种方法路况选择难度大，时间周期长，主观因素对结果影响较大，需要在整车试验前对产品进行台架抖动性试验。

台架抖动性试验：

a.固有频率检测试验：分别按上下/左右/前后三个方向进行扫频试验，查找产品固有频率，试验条件：振动频率(Hz)：5～100;加速度(m/s2)：5～45。 扫频过程中，振幅超过0.4mm，即认为产品达到共振状态，此时的频率为产品固有频率。整车固有频率一般为40Hz左右（经验值）,后视镜固有频率和整车固有频率差值越大，产品越不会发生共振现象，

可靠性越好。一般要求后视镜固有频率要大于60Hz。

b.定频振动试验条件：以产品的固有频率进行定频振动试验，要求产品振幅小于在设计要求值。

c.对产品进行振动频率40Hz(整车频率)的振动试验，要求产品振幅小于在设计要求值。

5.2 视野问题

视野是后视镜的基本功能，对安全性，用户舒适性满意度至关重要。

后视镜的设计不仅仅会影响到后视野，也会影响到前视野，即直接视野，如图9。所以在后视镜设计时也必须关注其与A柱之间的距离。为了减少或消除立柱对视野的妨碍，立柱相对于驾驶员眼点的投影长度应尽可能小于驾驶员瞳距。这样在汽车前方的某一点，A柱所造成的视野盲区就得以消除。所以在A柱满足其强度要求的情况下，使截面积尽可能小是解决直接视野的关键。

图9

改变镜片的曲率半径，是最简单，也是最直接的改变后视野的方法，但需要考虑法规要求。曲率半径越小，视野范围越大，但同时小曲率半径的后视镜会使图像失真，使驾驶员产生眩晕感，影响行车安全。

改变镜片大小，也是一个直接可行的方案，但镜片尺寸要满足法规要求，同时调整后视镜大小会对产品结构、外观造成较大影响。

5.3 风噪问题

风噪影响用户舒适性，降低用户体验满意度。对风噪问题，现在还没有确实可行的设计经验，只能靠反复试验验证来解决。

5.4 风阻问题

后视镜的设计不仅涉及到行车的安全性、与车身整体的一致性，还关系到车身整体的风阻。风阻对整车燃油经济性起到关键作用。

后视镜的外伸角度以及上下倾斜角度，会对整车的风阻产生很大的影响，沃尔沃FH16等车型为降低风阻前风窗后倾12°，图10。前下视镜也顺势倾斜，不仅与车身浑然一体，同时还可以降低风阻。

图10

6、总结

本文为后视镜系统的设计过程和设计思路提供参考。为笔者在实践中实际应用的总结，希望给业界同行提供参考。

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，就职于陕西重型汽车有限公司。