乘用车外后视镜校核方法

鲍秀瑾

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

外后视镜在汽车行驶过程中用于为驾驶员提供后方视野，观察后方交通状况，对汽车在道路上安全行驶及起步停车起着重要作用。汽车设计过程中，对于外后视镜设计的合理与否，既要验证是否符合法规要求，也要进行人机工程分析。从人机视野角度考虑，外后视镜的镜面面积越大越好，但是从造型和风阻角度考虑，希望外后视镜小巧且外壳具有很好的流线形。所以，在设计之初要对外后视镜的视野做精确的分析，在满足法规和人机要求的基础上又能很好地匹配造型及有效地降低风阻。如果设计前期缺少对外后视镜的分析校核，或者校核不完善，会给后期设计埋下严重的隐患[1]。文章通过工程实例，详细地阐述了在设计开发过程中如何对乘用车外后视镜进行校核分析，使工程人员能够全面、准确及高效地完成对乘用车外后视镜的人机工程及法规要求的校核工作。

1 外后视镜校核输入条件

外后视镜校核是一项复杂的工作，需要输入整车人机硬点（R点）、国标规定的眼点、SAE规定的眼椭圆及后视镜镜片本身的属性。在工程实际过程中，基于CATIA知识工程模块建立的外后视镜校核模板能够提高工作效率及校核的准确性。

各整车制造企业都会根据需要建立整车基本尺寸图，并根据所开发车型的不同，定义驾驶员姿态及R点位置。根据文献[2]的规定：左眼点相对R点的坐标为（0，-32.5，635），右眼点相对R点的坐标为（0，32.5，635）。眼椭圆依据SAE标准中J941中的规定进行参数化设计。

2 外后视镜布置位置校核

外后视镜布置位置的校核主要依照文献[2]对乘用车外后视镜安装位置的强制性要求，以及在设计过程中为了提升人机体验做出的规定。

1）文献[2]对后视镜安装位置的规定主要分为2个项目：a.当汽车处于最大设计满载质量状态下，且外后视镜最低边缘距地面小于1800mm时，其单侧后视镜外伸尺寸比未装视镜时汽车的最大宽度不应超出250mm；b.在确定驾驶员一侧外后视镜的位置时，应保证汽车垂直纵向中间平面与通过视镜中心和连接驾驶员两眼点65 mm线段中心的垂直平面之间的夹角不大于55°[2]。

2）外后视镜镜面中心点与驾驶员设计R点位置关系在一定程度上影响驾驶员观察外后视镜的舒适性与观察响应速度[3]。表1示出对比车型外后视镜镜面中心相对R点的X，Y，Z向距离及视野角度。该视野角度测量方法是国标中规定的左右眼点中间点和外后视镜镜面中心点的连线与驾驶员对称平面的夹角。表2示出对应车型5百分位人体观察后视镜时头部和眼球的转动角度和转动时间。经过调查研究，5百分位人体更容易受到后视镜布置位置的影响，所以此处针对5百分位人体采用RAMSIS软件进行分析。

表1 参考车型外后视镜相对R点的X，Y，Z向距离及视野角度统计表

表2 参考车型5百分位人体观察后视镜时头部和眼球的转动角度和转动时间统计表

通过表1和表2的统计数据可以得出如下结论：a.Y，Z向相对R点不变的前提下，若X向相对R点距离减小，后视镜与眼点距离变小，后视镜内所能看到的视野变大，但是人体观看后视镜所需转动头部及眼睛的角度更大，如果后视镜X向距离R点太近，5百分位人体会明显感到压抑和不方便观察。建议后视镜中心X向与R点距离保持在500～700 mm范围内。b.X，Z方向相对R点不变的前提下，若Y向相对R点距离增加，后视镜观察角度增加，但是后视镜间接视野被车身遮挡，面积减小。在满足法规要求的位置及满足后视镜自身折叠要求的前提下，后视镜Y向可调整的距离被限定得很小，所以决定后视镜Y向距离的为法规要求和结构要求，人机工程可不对后视镜Y向做要求。c.X，Y向相对R点不变的前提下，Z向后视镜中心与眼椭圆高度越接近，越容易观察后视镜，布置后视镜时后视镜中心布置在眼椭圆上下水平切面之间是最佳高度，但是后视镜高度的布置还要兼顾对前方视野的遮挡及侧门玻璃透明区的限制，需要根据具体车型结构进行优化分析。

3）控制左侧外后视镜对A柱障碍角的影响。在A柱障碍角测量时，外后视镜是免除项目，但是如果外后视镜位置布置不合理，在实际使用中外后视镜也会对A柱障碍角造成比较大的影响。在测量A柱障碍角时，眼点向下5°平面与外后视镜做出的截面轮廓与A柱S2截面之间的角度（A01）应满足≥5°，如图1所示。保证外后视镜与A柱之间仍有可见的透明区域。

图1 乘用车外后视镜与A柱角度示意图

3 外后视镜间接视野校核方法

外后视镜间接视野需要满足文献[2]对III类主外视镜的间接视野要求。通过CATIA中知识工程模块建立标准化的用户特征模板来辅助进行外后视镜的间接视野校核。

1）需要建立国标要求的外后视镜视野区域，该视野区域是在汽车整备质量基础上仅考虑驾驶员（75 kg）一人载荷情况下的地面线上进行确定的，如图2所示。外后视镜视野区域与地面垂直的三角形高度为后视镜镜面的最高点高度，若后视镜能够看到此区域，表示后视镜可以看到与一人载地面线平行的无限远地面。

图2 乘用车外后视镜视野区域示意图

2）建立参数控制后视镜曲率、旋转中心及旋转角度等，如图3所示，保证建立的参数化工具可以根据任意汽车的外后视镜进行调节。同时这个工具与整车基本尺寸图中的整车硬点信息相关联，如调整悬架刚度或者载荷能够自动调整一人载地面线，从而自动调整国标要求外后视镜视野区域[4]。

图3 乘用车外后视镜控制参数显示界面

3）通过逆向思维的方法，把法规要求的视野区域在外后视镜镜面上的影像轮廓呈现出来，如果外后视镜镜面能够包括所要求的轮廓（如图4所示），说明外后视镜能够满足法规要求的视野区域。

图4 乘用车外后视镜镜面视野区示意图

4）也可以采用正向校核方法进行校核，将后视镜镜面的视野区域与一人载地面及眼点后20 m处垂直平面做交线（如图5所示），可以直观看出通过外后视镜反射的双眼总视野是否符合法规要求。该方法也可以借助CATIA知识工程模块建立校核模板，通过改变输入条件，校核模板自动根据不同后视镜生成对应的双眼间接视野区域，如图6所示[5]。

图5 乘用车外后视镜双眼视野范围示意图

图6 乘用车外后视镜校核模板输入条件显示界面

4 外后视镜直接观察视野

外后视镜直接观察视野校核的核心内容是不同身材的驾驶员在驾驶汽车过程中，观察外后视镜时，外后视镜的镜面是否会被车身上不透明零部件遮挡。如果出现遮挡，将对驾驶员通过外后视镜观察后方视野带来影响，从而影响驾驶员行车的安全性。

为了保证不同身材的驾驶员观察外后视镜时都不出现遮挡现象，校核时采用SAE标准中规定的95%或者99%眼椭圆作为输入，借助CATIA知识工程模块建立超级副本进行校核，需要的输入条件，如图7所示。通过选取相应的输入特征，自动生成与左右眼椭圆相切并通过外后视镜镜面边缘，用来表征眼椭圆内全部眼点都能看到的外后视镜视野区域。

图7 乘用车外后视镜观察视野输入条件显示界面

如果车身不透明件与外后视镜视野区域产生干涉，说明特定人体观察外后视镜镜片时会出现被遮挡的现象，应该调整外后视镜的布置位置，保证视野不被遮挡。

外后视镜镜面不但存在被车身遮挡的问题，还存在被后视镜镜壳本身遮挡的问题。随着用户对汽车感官质量要求的日益提高，为了保证外后视镜镜片调节过程中不漏出镜壳，同时保证镜壳能够遮挡后视镜内部结构不被直接看到，镜片与镜壳间隙预留较小，镜壳凸出镜片高度较大，这样的设计不可避免会带来镜壳对镜片的遮挡。为了保证不出现影响后视镜使用的严重遮挡，需要人机工程校核人员控制这个遮挡面积的百分比，如图8所示。参考上述眼椭圆求取后视镜镜片直接视野的方法，求取镜壳对后视镜镜面的遮挡部分。建议遮挡面积占后视镜镜面总面积的比例不超过5%，同时镜面被遮挡的部分不应影响文献[2]规定的后视镜的间接视野。

图8 乘用车外后视镜镜壳遮挡区域示意图

5 侧窗除霜除雾区域

侧窗除霜除雾的目的是为了在侧窗起雾或上霜时，能够将观察后视镜的区域通过空调出风口将霜和雾吹干净，保证驾驶员观察后视镜不受影响。这个区域是眼椭圆范围内外后视镜直接观察视野与侧窗相交求出来的范围，如图9所示。

图9 乘用车侧窗除霜除雾区域示意图

6 仪表夜间成像对外后视镜影响

夜间驾驶员在驾驶汽车的过程中，会出现点亮的仪表盘经过侧窗反射成像的问题，如果这个虚像正好出现在驾驶员观察外后视镜的区域内，将会分散驾驶员注意力，影响驾驶员观察后方视野，造成行车危险隐患。

在校核过程中，首先求出外后视镜直接视野在侧窗上的范围，然后求出仪表在侧窗上的成像及被仪表罩遮挡的部分，最后检查仪表未被遮挡的成像是否在外后视镜直接视野范围内，如图10所示。

图10 乘用车仪表盘夜间成像对外后视镜影响示意图

如果仪表盘虚像出现在后视镜直接观察的视野范围内，并且没有被仪表罩遮挡，需要调整外后视镜位置或者修改仪表罩侧面的设计，避免未被遮蔽的仪表盘成像出现在后视镜直接视野内。

7 结论

1）文章主要阐述了在M1类乘用车设计开发过程中，从人机角度如何对外后视镜的视野、使用方便性与舒适性进行校核分析，并提出了相应的校核参考值与出现问题后的解决方案。

2）文章通过详细阐述影响外后视镜视野的多方面因素及分析方法，使设计人员可以在工程实际中能够更加全面地对后视镜进行人机工程分析，能够在设计初期准确地找出问题，减少设计失误。同时，在校核方法的论述中也传达了一种基于CATIA的知识工程模块建立用户特征及超级副本的校核方法，将复杂的校核工作标准化和模块化，能够更加高效准确地完成校核工作。