汽車內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

隨著汽車工業的飛速發展，汽車的安全性與駕駛舒適性得到越來越多的關注，后視鏡作為駕駛員獲得間接視野的主要方式，其布置與設計合理性直接影響行車安全與駕駛感受，隨著科技的發展，汽車內后視鏡也不斷向智能、舒適、功能集成的方向發展[1～2]。本文對手動防眩目內后視鏡、電子防眩目內后視鏡以及流媒體內后視鏡的工作原理與優缺點進行分析，為不同車型定位的內后視鏡選型提供了依據。

1 內后視鏡的尺寸與視野分析

目前汽車市場應用的內后視鏡主要有普通平面內后視鏡、手動防眩目內后視鏡、電子防眩目內后視鏡與流媒體內后視鏡幾種類型，各種型式的內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 內后視鏡的法規尺寸要求

根據《GB15084機動車輛間接視野的性能和安裝要求》的要求，汽車內后視鏡的尺寸要求能在其反射面上繪制出一個矩形，矩形的高度為40mm，底邊長為a[3]，a尺寸的計算方法如公式1所示：

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

1.2 內后視鏡的法規視野要求

根據《GB15084機動車輛間接視野的性能和安裝要求》的要求，內后視鏡的視野應滿足：駕駛員借助內后視鏡應能在水平路面上看見一段寬度至少為 20000mm的視野區域，其中心平面為汽車縱向基準面，并從駕駛員的眼點后60000mm處延伸至地平線[3]，如圖1所示。

圖1 內后視鏡視野法規要求

對于視野內障礙物的遮擋面積規定如下：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，其總和不大于所規定視野的15%。頭枕、框架或車身結構，如后面的對開門立柱、后窗框應不計算在內，測量阻擋程度時應將遮陽板處于回收位置。普通平面內后視鏡、手動防眩目內后視鏡與電子防眩目內后視鏡不可避免地會受到上述障礙物的遮擋影響，而流媒體內視鏡則完全不受障礙物的遮擋影響。

2 傳統內后視鏡的功能缺陷分析

2.1 防眩目功能分析

夜間行車時，后方車輛的燈光通過內后視鏡反射易造成駕駛者產生夜盲，即使眩光光源移開后，殘留在眼睛里的影像也會造成盲點，這種現象被稱為“白斑效應”。“白斑效應”會使駕駛者的反應時間增加約 1.4秒，當車輛高速行駛時，駕駛者對前面的危險做出反應之前，1.4秒時間足以行駛幾十米，這無疑極大增加了撞車或導致車內乘客受傷的危險，因此，產生了能適應不同入射光強度的防眩目內后視鏡。

2.2 視野盲區分析

如圖2所示，因車身C柱的遮擋，內后視鏡的視野會產生C柱盲區，因尾門或行李箱的遮擋，內后視鏡的視野會產生地面盲區，駕駛員駕駛時無法通過內后視鏡觀察到盲區內的車輛或行人等，易產生安全隱患。流媒體內后視鏡系統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，并且不受后排乘客及其他物體的干擾影響。

圖2 內后視鏡視野盲區示意圖

3 防眩目內視鏡的原理與功能分析

3.1 手動防眩目內后視鏡的原理

目前汽車市場的手動防眩目內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，扳動調節撥鈕調節后視鏡角度，通過主反射面的反射光觀察后方物體，夜間行車時，調節后視鏡角度通過副反射面的反射光觀察后方物體，因為副反射面的反射率很低，可以大大削弱后方車輛前大燈的照射光，起到防眩目的作用。

圖3 手動防眩目原理示意圖

手動防眩目內后視鏡優點是結構簡單，價格便宜，基本免維護，缺點是鏡片只有兩個反射面，不能適應全工況下的反射需求，只能通過手動調節提供高低不同的兩個反射率，并且無法適應緊急情況下的快速切換。

3.2 電子防眩目內后視鏡的原理

電子防眩目內后視鏡系統由兩個光敏電阻、控制器以及特殊的鏡片組成，兩個光敏電阻分別布置在后視鏡的前后兩側，接收車前與車后射來的光線，控制器根據兩個傳感器的輸入信號，按預先制定的控制策略發出控制指令，給后視鏡鏡片的電離層施加不同的電壓[4]。

鏡片結構如圖4所示，最外層為玻璃襯底，靠近觀察方向一側玻璃內側為透明導電層，遠離觀察方向一側玻璃內側為導電反射層，透明導電層與導電反射層之間為電致變色材料，導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，適應不同工況下的反射率需求。

圖4 電子防眩目鏡片結構示意圖

4 流媒體內視鏡的原理與功能分析

4.1 流媒體內后視鏡的組成與工作原理

無論是手動防眩目內后視鏡還是電子防眩目內后視鏡均無法消除車輛的C柱盲區與地面盲區，并且易受后排座椅或乘客遮擋的影響。流媒體內后視鏡的出現徹底解決了這一問題。流媒體內后視鏡系統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，并且不受后排乘客及其他物體遮擋的干擾影響。以往車型開發要想獲得更好的視野，后車窗一定要非常寬大，而流媒體內后視鏡對后窗尺寸與C柱造型無限制，可滿足多樣化的造型需求。

4.2 流媒體內后視鏡發展面臨的挑戰

隨著消費者對汽車安全性能與駕駛感受的要求越來越高，流媒體內后視鏡會越來越多地被使用，作為新興產品，流媒體內后視鏡后續發展需重點優化以下幾個方面：（1）光照不足條件下的成像問題。現有的成像技術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量并消除成像噪點，是流媒體內視鏡后續發展需解決的問題之一。（2）光線頻繁變化對攝像頭的影響。在光線急劇變化的瞬間，光學元件需要調整曝光度等成像參數，顯示屏產生延遲，這一時間段的圖像將缺損，對駕駛安全產生不良影響。（3）成像耐久可靠性。流媒體內視鏡在汽車行駛全程保持工作狀態，工作時間長，高速行駛時對攝像頭的性能要求更高，在高像素、無畸變、寬動態、低照度、高幀率與高可靠性方面都帶來挑戰。（4）更高的運算能力與存儲需求。隨著成像像素的提升，數據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算能力，并需要高度優化的內部算法。

5 結論

汽車內后視鏡的型式與功能選擇需綜合考慮成本、造型風格與功能可靠性等問題，本文通過對各種型式的內后視鏡進行結構與功能分析，為不同檔次定位的車輛內后視鏡選型提供了依據。