外后視鏡精細化布置研究

趙國棟 楊興龍 丁立杰 王旭 夏華翅 葛川平

（一汽奔騰轎車有限公司，長春130011）

主題詞：外后視鏡 精細化 人機工程學 場景化 感觀質量

1 前言

隨著社會發(fā)展的不斷進步，汽車已經成為人們出行選擇的重要工具之一，汽車的安全性也獲得消費者的廣泛關注。汽車行駛過程中，大部分的信息通過視野獲得，保證駕駛員獲得良好的視野是汽車開發(fā)過程中重要的工作之一[1]。駕駛員視野包括直接和間接視野，直接視野是指駕駛員透過風窗玻璃和車門玻璃獲得的相關信息；間接視野是指駕駛員通過內外后視鏡獲得車輛周圍的路況信息。后視鏡的布置設計尤其是外后視鏡，對提高汽車的行駛安全性有較重要的意義[1-2]。

外后視鏡是汽車重要的安全部件之一，行駛過程中駕駛員需要頻繁觀察外后視鏡獲得車輛周邊的車況信息。外后視鏡的位置直接影響駕駛員的觀察時間，位置過于靠后，觀察角度變大，反應時間變長，行駛安全將會變差；外后視鏡又是影響汽車外觀造型的重要部件之一，對于視野要求，希望外后視鏡尺寸越大越好，但尺寸增大會影響車型整體造型的協(xié)調性，并且會對前方視野造成遮擋，且外形尺寸與開發(fā)成本、行車噪聲息息相關[3-4]。

近年來，隨著汽車工業(yè)水平的不斷提高，消費者對汽車的精良性水平要求也越來越高，本文綜合考慮法規(guī)、人機布置、反光炫目和感觀質量4個維度，詳細描述外后視鏡的精細化布置。

2 法規(guī)要求

外后視鏡的布置首先必須滿足法規(guī)要求，GB 15084—2013[5]和GB 1589—2016[6]對外后視鏡提出了嚴格要求。

2.1 法規(guī)可視區(qū)域要求

GB 15084—2013對M1類汽車左右外后視鏡視野進行了較為詳細的規(guī)定，如圖1中陰影部分表示駕駛員通過外后視鏡必須能看到的區(qū)域[5]。

圖1 外后視鏡視野法規(guī)要求[5]

2.2 鏡面最小尺寸要求

外后視鏡的鏡面尺寸應滿足以下要求：

（1）能在其反射面上繪出以a為底邊，高為40 mm的矩形。

（2）反射面上還能繪出與矩形高平行的線段，其長度為b。

（3）a和b的數(shù)值參考表1[5]；r為外后視鏡的曲率半徑。

表1 a和b的最小值[5] mm

2.3 旋轉軸位置要求

以外后視鏡旋轉中心做1個直徑為70 mm的圓柱體，該圓柱體至少應切到連接件的表面部分，如圖2[5]。

圖2 外后視鏡旋轉軸示意[5]

2.4 觀察角度要求

在確定駕駛員側外后視鏡位置時，應保證外后視鏡中心與眼點連線和車輛縱向對稱面夾角不大于55°[5]，如圖3所示。

圖3 外后視鏡觀察角度要求[5]

2.5 外后視鏡外伸量要求

GB 1589—2016法規(guī)要求乘用車的整車寬度（不含外后視鏡）最大限值應不超過2 550 mm。車輛間接視野裝置單側外伸量不應超出車輛寬度250 mm(如圖4)[6]。

圖4 外后視鏡外伸量要求[6]

3 人機布置要求

法規(guī)的相關要求只是設計的最低的門檻，在產品開發(fā)過程中要從人機工程專業(yè)角度合理定義外后視鏡的位置，確保駕駛員行駛過程中觀察的便利性。按照外后視鏡安裝位置，有3種形式：

(1)安裝在車門三角區(qū)如圖5所示；

圖5 布置在三角窗

(2)安裝在車門外板如圖6所示；

圖6 布置在車門

(3)安裝在水切位置，如圖7所示[5]。

圖7 布置在水切位置

圖8 外后視鏡X向位置定[7]

3.1 X向位置定義

文獻[7]中對外后視鏡的X向位置進行了詳細規(guī)定，建議外后視鏡與R點X向距離＞500 mm，且不能超出駕駛員踵點位置，如圖8所示。但不同車型由于坐姿不同，駕駛員踵點前后位置差異較大。且外后視鏡的X向位置直接影響駕駛員的觀察動作和響應速度，尤其對于身材較矮人員，更容易受外后視鏡位置影響[8]。GB 15084—2013法規(guī)中規(guī)定駕駛員觀察角度不大于55°，某車型在初期開發(fā)開發(fā)過程中設定為54°，但后期路試階段，身材較矮人員抱怨外后視鏡位置靠后，觀察不便，有安全風險。為合理定義外后視鏡的X向位置，結合對標數(shù)據(jù)如圖9所示，建議外后視鏡鏡面中心與駕駛員R點位置＞570 mm，外后視鏡觀察角度45±3°。

圖9 外后視鏡鏡面中心與R點X向距離

3.2 Y向位置定義

外后視鏡Y方向布置應滿足GB 1589—2016要求，單側外伸量不應超過整車寬度250 mm。并且要盡量增大外后視鏡與A柱之間的間隙如圖10所示，改善A柱盲區(qū)。

圖10 外后視鏡與A柱之間間隙

3.3 Z向位置定義

由于人眼觀察外后視鏡的視野不能被水切遮擋，如圖11和圖12所示，外后視鏡下殼體高度在視線方向上必須高于水切[9]，但位置過高，外后視鏡殼體將影響駕駛員對前方交通路況信息的識別，結合對標數(shù)據(jù)如圖13所示，建議鏡殼上部與R點Z向距離不大于600 mm。

圖11 左眼觀察外后視鏡

圖12 右眼觀察外后視鏡

圖13 外后視鏡鏡殼與R點Z向高度

3.4 外后視鏡安裝角度定義

外后視鏡通常與Y軸有一定的角度如圖14所示，且左右側外后視鏡角度也不一致。文獻[7]中建議左側夾角A1為13～30°，右側A2為13～40°。某車型初期定義左側夾角A1為20°，右側A2夾角為30°，但后期路試人員反饋左側外后視鏡視野范圍不足，車身在后視鏡中視野占比較大。為合理定義外后視鏡的安裝角度，結合對標數(shù)據(jù)如圖15和圖16所示，建議左側外后視鏡安裝角度A1：15～17°，右側外后視鏡安裝角度A2：27～30°，并且重點關注GB 15084—2013法規(guī)中外后視鏡視野區(qū)域障礙物的遮擋要求，車門把手等障礙物遮擋不超過10%[5]。

圖14 外后視鏡安裝角度

圖15 左側外后視鏡安裝角度

圖16 右側外后視鏡的安裝角度

4 感觀要求

近年來，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，消費者對汽車的感觀要求越來越高，外后視鏡的精細化水平很大程度上影響消費者對汽車的整體印象。

4.1 整體造型

外后視鏡的外觀要與汽車整體造型一致，比例協(xié)調，競品1如圖17所示和競品2如圖18所示，外后視鏡給人耳目一新的感覺。

圖17 競品1

圖18 競品2

左右2側外后視鏡與A柱間隙應均勻，某車型左右間隙差值超過20 mm，視覺效果較差如圖19所示。

圖19 某車型外后視鏡外觀效果

4.2 車內視野性

設計者還需重點關注駕駛員視線方向上，外后視鏡的比例協(xié)調性（如圖20所示），盡量減小鏡殼尺寸L2，減小外后視鏡盲區(qū)，并且合理設定鏡面與鏡殼的尺寸比例（L1/L2），盡量接近黃金分割比，提高視野方向的外后視鏡整體協(xié)調性[10-12]。

圖20 視線方向上外后視鏡比例

4.3 外后視鏡分縫和鏡殼反光

應避免外后視鏡殼體與鏡座的分縫在視線角度下直接被看穿如圖21所示，如確實無法規(guī)避，建議增加遮蔽結構如圖22所示。

圖21 某車型分縫

圖22 某車型遮蔽機構

外后視鏡開發(fā)過程中應進行反光校核，避免陽光在鏡殼表面產生鏡面反射，某車型外后視鏡在特定時間特定角度下，外界陽光經鏡殼反射會進入人眼，影響駕駛安全如圖23所示。鏡圈應選擇較為粗糙的皮紋，最大程度弱化反光效果，競品3在陽光下鏡圈幾乎不存在反光現(xiàn)象如圖24所示。

圖23 某車型鏡殼反光

圖24 競品3

4.4 反光炫目規(guī)避

儀表板的除霜口大多采用鍍鉻處理，強光照射下，除霜口會在側窗玻璃上成像，如果除霜口布置位置不合理，成像區(qū)域和駕駛員觀察外后視鏡區(qū)域大面積重疊（圖25）影響駕駛安全，外后視鏡開發(fā)過程中應盡可能避免該現(xiàn)象發(fā)生。

圖25 某車型除霜口成像

夜間行車過程中，組合儀表發(fā)出的光線會在側窗成像，如果虛像與駕駛員觀察外后視鏡區(qū)域重疊如圖26所示，將會分散駕駛員的注意力，造成安全隱患，汽車開發(fā)過程中應重點關注該現(xiàn)象[8]。

圖26 某車型組合儀表成像

5 驗證和評價

按照汽車開發(fā)流程，外后視鏡后續(xù)要進行驗證和評價等一系列工作。

5.1 外后視鏡驗證

外后視鏡驗證主要包括虛擬驗證和實物驗證，虛擬驗證主要借助軟件，針對可能出現(xiàn)的問題逐項校核。實物驗證主要依賴實物模型，開展主觀評價。

5.1.1 虛擬驗證

RAMSIS軟件是慕尼黑工業(yè)大學專門針對人體姿態(tài)研究開發(fā)的軟件，數(shù)據(jù)來源主要是基于大多數(shù)駕駛員的駕乘習慣和駕駛過程中關節(jié)的角度，并且可以根據(jù)人體當前尺寸對未來幾年進行預測。用戶可以根據(jù)實際情況載入車輛的CAD模型，創(chuàng)建用戶目標人體。RAMSIS特有的場景功能可真實還原駕駛員的駕乘場景，能比較精確的完成虛擬驗證工作[13-16]。

為校核不同身高人體觀察外后視鏡的動作，需借助RAMSIS軟件生成不同身高人體如圖27所示，并且模擬觀察動作，校核頭部關節(jié)角度是否舒適如圖28所示。

圖27 某車型不同身高人體駕駛姿態(tài)

圖28 某車型駕駛員外后視鏡觀察動作

RAMSIS軟件可創(chuàng)建現(xiàn)實生活中的用車場景，更真實的還原駕駛員的用車感受。圖29模擬轉彎場景，圖30模擬外后視鏡盲區(qū)是否影響駕駛員對道路信息的識別，圖31模擬駕駛員能否透過外后視鏡識別正在過馬路的小孩。

圖29 模擬轉彎場景

圖30 外后視鏡盲區(qū)的影響

圖31 模擬小孩過馬路

5.1.2 實物驗證

目前實物驗證模型主要包括人機臺架和Seating Buck模型。

人機臺架模型（圖32）是設計前期的主要驗證手段之一，驗證內容包括人機姿態(tài)、內部空間、整車視野和進出方便性等，外后視鏡位置初步確定后可搭載人機臺架驗證[17]。

圖32 人機臺架模型

Seating Buck模型[18-19]（圖33），能夠真實的還原造型數(shù)據(jù)，其中外后視鏡驗證內容主要包括位置、視野、盲區(qū)、反光炫目和感觀質量等。

圖33 某車型Seating Buck模型[18-19]

5.2 主觀評價

在人機臺架模型或者Seating Buck模型階段，應組織不同身高人群開展主觀評價，確保外后視鏡能滿足絕大多數(shù)駕駛員的觀察需求。

5.2.1 評價人員選擇[20]

(1)評價人員應至少具備2年及2年以上駕齡，且對汽車結構有一定的了解，保證能夠對評價項目給出合理性的建議。

(2)評價人員應盡量與開發(fā)車型的目標用戶一致，身高范圍應盡量包含低、中和高3種身材，且同一身材人員數(shù)量不少于3名。

5.2.2 評價標準[20]

所有評價人員評分標準一致，評分標準采用“5分制”，評價前組織培訓，確保在相同條件下，對同一項目不同人員給出的評價分數(shù)應盡量一致，評分標準見表2。

表2 主觀評價評分標準[20]

6 結束語

在傳統(tǒng)外后視鏡布置的基礎上，增加了人機、感觀質量和場景化驗證等多方面內容，較為系統(tǒng)的闡述外后視鏡的設計方法，尤其是在精細化提升方面需要考慮的維度，對后續(xù)產品開發(fā)有較強的指導意義。