解決N車型外后視鏡調(diào)節(jié)失效問題

趙巍

摘 要：車輛后視系統(tǒng)由車外反射鏡和廣角透鏡組成，在車輛安全系統(tǒng)中起著重要的作用?，F(xiàn)有的汽車后視鏡系統(tǒng)還存在許多問題亟待解決，如汽車轉(zhuǎn)向過程中的盲區(qū)等。本文提出了一種新型的智能車輛后視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)能夠在不同的行駛條件下自動調(diào)節(jié)車輛外部鏡頭的角度。影響因素包括車輛轉(zhuǎn)向角、行駛速度和車輛尺寸參數(shù)。本設(shè)計(jì)以 AT90C516RD+單片機(jī)為核心控制單元。該系統(tǒng)增加了一個(gè)新的自動模式與現(xiàn)有的手動功能保留。通過理論仿真和模型試驗(yàn)，證明該設(shè)計(jì)完全可行，并已被具有工業(yè)潛力的客戶調(diào)查所接受。

關(guān)鍵詞：N車型 后視鏡調(diào)節(jié) 失效控制

Solution of the Adjustment Failure of the Exterior Rearview Mirror of the N Model

Zhao Wei

Abstract：The vehicle rear view system is composed of an exterior mirror and a wide-angle lens， which plays an important role in the vehicle safety system. There are still many problems in the existing car rearview mirror system that need to be solved urgently， such as blind spots in the car steering process. This article proposes a new type of intelligent vehicle rear-view system design scheme， which can automatically adjust the angle of the vehicle's external lens under different driving conditions. Influencing factors include vehicle steering angle， driving speed and vehicle size parameters. This design uses AT90C516RD + single-chip microcomputer as the core control unit. The system adds a new automatic mode and retains the existing manual functions. Through theoretical simulations and model tests， it is proved that the design is completely feasible and has been accepted by customers with industrial potential.

Key words：N model， rearview mirror adjustment， failure control

1 引言

一般來說，駕駛員可以通過傳統(tǒng)的后視鏡觀察車輛后面的交通狀況。駕駛?cè)嗽诘管嚮蚩窟呁＼嚂r(shí)，由于沒有調(diào)整后視鏡角度，車輛右側(cè)可能被路邊刮傷，這些問題甚至發(fā)生在技術(shù)熟練的駕駛員身上。如果后視鏡有盲點(diǎn)和畸變，必然會帶來交通安全隱患。汽車后視鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)汽車兩側(cè)外表面的鏡面自動調(diào)節(jié)和智能化。這些反光鏡可以進(jìn)行二維轉(zhuǎn)動，補(bǔ)償程度取決于車輛的外形參數(shù)、行駛速度、轉(zhuǎn)向速度、轉(zhuǎn)向角度和駕駛員的駕駛習(xí)慣等。該設(shè)計(jì)可以提供視野補(bǔ)償，避免或減小空間盲區(qū)、時(shí)區(qū)差盲區(qū)、準(zhǔn)直誤差和視覺持續(xù)性盲區(qū)誤差的影響。

2 汽車后視鏡調(diào)節(jié)失調(diào)問題概述

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的逆向工程技術(shù)被引入到制造和設(shè)計(jì)領(lǐng)域。逆向技術(shù)是在現(xiàn)有產(chǎn)品或零部件改造或零部件工程設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行分析、理解和改進(jìn)，是產(chǎn)品開發(fā)和改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程。真正的反求是在現(xiàn)有的產(chǎn)品條件下，通過調(diào)查分析的方法實(shí)現(xiàn)再創(chuàng)造的過程。有人認(rèn)為反向技術(shù)屬于狹隘的抄襲，甚至提出了“知識產(chǎn)權(quán)”的命題。事實(shí)上，廣義逆陣類技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，效果和效益都非常明顯。本文以后視鏡項(xiàng)目為載體，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型重構(gòu)、逆向工程快速成型、改進(jìn)設(shè)計(jì)5個(gè)方面分析了后視鏡失調(diào)問題。

數(shù)據(jù)采集分為接觸式采集和非接觸式采集。三坐標(biāo)測量機(jī)、鉸接臂測量機(jī)、激光掃描儀、CCD攝像機(jī)等非接觸式數(shù)據(jù)采集設(shè)備均可進(jìn)行接觸采集。后視鏡本身是塑料制成的，曲率變化大，如果采用接觸式數(shù)據(jù)采集方法采集數(shù)據(jù)，測量頭和被測表面由于曲率干涉容易產(chǎn)生假點(diǎn)和劣點(diǎn)，并且會有一些位置難以測量。采用非接觸式數(shù)據(jù)采集速度快，精度高，可排除摩擦和接觸壓力引起的采集誤差測量量大，密集點(diǎn)云信息獲取量大，探頭光束可調(diào)節(jié)很小，能最大限度地反映被測表面的真實(shí)形狀。鑒于上述因素，決定采用手持式激光掃描儀進(jìn)行非接觸式數(shù)據(jù)采集的后視鏡。

數(shù)據(jù)處理是逆向工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，它決定了后續(xù)的CAD模型重建過程能否方便、順利。事實(shí)上，并不是所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都能起到模型重構(gòu)的作用，根據(jù)測量點(diǎn)的數(shù)量和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的規(guī)律性，可以分為散亂的數(shù)據(jù)點(diǎn)和規(guī)則點(diǎn)，有一些偏差的產(chǎn)品主體被浪費(fèi)點(diǎn)，這些點(diǎn)為以后的模型重建是一無所有，一定要?jiǎng)h除。數(shù)據(jù)采集后，必須對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。該過程包括廢點(diǎn)刪除、格式轉(zhuǎn)換、點(diǎn)云數(shù)據(jù)多視點(diǎn)云配準(zhǔn)、點(diǎn)云過濾、數(shù)據(jù)約簡和點(diǎn)云塊等。

坐標(biāo)測量儀具有一定的測量范圍，無論采用什么樣的數(shù)據(jù)采集方法，僅僅通過測量來測量同一坐標(biāo)系的產(chǎn)品幾何數(shù)據(jù)都是非常困難的。產(chǎn)品的數(shù)字化采集不能在同一個(gè)坐標(biāo)系中完成，而模型重建和所需的數(shù)據(jù)需要統(tǒng)一這些從不同的坐標(biāo)到同一個(gè)坐標(biāo)，數(shù)據(jù)處理是多視點(diǎn)云配準(zhǔn)的過程。利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模過程，由于存在大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的存儲和處理已經(jīng)成為不可突破的瓶頸。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理完成后可以進(jìn)行反求建模。在逆向工程中，三維幾何模型重建是最重要、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)，只有產(chǎn)品CAD模型是正確的，才能完善產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在模型重建之前，設(shè)計(jì)人員不僅需要了解產(chǎn)品的幾何特征和數(shù)據(jù)特征，還需要了解后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析、模具加工、快速成型等過程，這樣才能更好地減少偏差，更好地優(yōu)化設(shè)計(jì)。該方案基于 UG 軟件，按照點(diǎn)-線-面-體原型原理，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)重構(gòu)CAD模型，分為以下四個(gè)步驟：

坐標(biāo)系的成立。在模型重建過程中，第一步是建立一個(gè)坐標(biāo)系。在產(chǎn)品制造過程中必須考慮原型實(shí)際產(chǎn)品的造型，因?yàn)楹罄m(xù)的實(shí)際加工，生產(chǎn)中使用的是幾何模型。如果坐標(biāo)系不統(tǒng)一，就是直接造成矢量建模方向不一致。如何確定矢量乘積的方向，這是人們初次接觸反求技術(shù)時(shí)遇到的瓶頸，矢量損失會給建模帶來很大的困難。

確定拉力的方向。在建模過程中，通過扇形的分型線，嚴(yán)格控制產(chǎn)品的牽伸方向。第一步是確定產(chǎn)品分型線的位置，這符合塑料模具設(shè)計(jì)原則，分型線一般位于最大的區(qū)段。首先對后視鏡類型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將其分為兩部分，并用于區(qū)分顏色，每個(gè)部分的草圖方向相同。

確定分型面/面的位置很重要。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，如果分型面的位置是在產(chǎn)品的表面而不是產(chǎn)品的邊緣上，應(yīng)該在離產(chǎn)品表面邊緣0.15毫米的距離上代替分型面的位置，否則會導(dǎo)致另一個(gè)表面只劃分0.1毫米的面積，很容易產(chǎn)生破損的表面而造成錯(cuò)誤。同時(shí)，必須避免分型面從產(chǎn)品表面邊緣點(diǎn)經(jīng)過的地方，因?yàn)樗踩菀桩a(chǎn)生尖銳的表面和小的破裂表面。合理的分型面位置是在產(chǎn)品邊緣0.25 mm的位置確定的，如分型面位于產(chǎn)品包含圓角的表面上，而圓角表面邊緣在拉伸方向上的投影為直線或弧線，可直接選擇拉伸邊緣的拉伸面作為分型面;當(dāng)拉伸方向上的投影邊緣不規(guī)則，且點(diǎn)位誤差小于0.1mm時(shí)，可以從邊緣線0.25mm處產(chǎn)生一條直線，并拉出一個(gè)平面。

產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)修改后，需要重新驗(yàn)證產(chǎn)品性能參數(shù)，快速成型技術(shù)可以使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，從而提高企業(yè)效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低新產(chǎn)品開發(fā)的成本和風(fēng)險(xiǎn)，特別適用于小尺寸、特殊形狀的產(chǎn)品。對于快速成型后視鏡，更容易暴露產(chǎn)品缺陷，如手柄連接部曲率過大，連接主體和手柄的透視范圍不夠大，甚至邊緣倒角的調(diào)整等因素，都可以更直觀地表達(dá)出來，從而使后續(xù)的修復(fù)模式，最終確定設(shè)計(jì)，改進(jìn)設(shè)計(jì)?；诂F(xiàn)實(shí)數(shù)字化逆向工程，由于缺乏必要的特征信息，以及數(shù)字化誤差的存在，在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中，平滑的操作顯得尤為重要。根據(jù)每次調(diào)整的數(shù)值不同，曲線曲面的調(diào)整方法主要分為整體調(diào)整和局部調(diào)整。每個(gè)零件出現(xiàn)問題后都要進(jìn)行調(diào)整，確定最終的數(shù)據(jù)模型，并發(fā)送到工廠、模具生產(chǎn)、批量生產(chǎn)。

3 智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

為了提高汽車駕駛安全性，需要對汽車前視鏡的動態(tài)特性進(jìn)行仿真分析。該系統(tǒng)的輸入端與轉(zhuǎn)向軸相連，利用角度檢測傳感器測量車輛的轉(zhuǎn)向角。另一個(gè)輸入是車輛速度檢測。然后系統(tǒng)控制模塊根據(jù)車型數(shù)據(jù)庫和模型形狀參數(shù)計(jì)算后視鏡角度補(bǔ)償。補(bǔ)償發(fā)生在兩側(cè)外反射鏡的兩個(gè)自由度上?？刂颇K的處理器基于90C516RD+單片機(jī)處理器。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，它保留了原有的汽車后視鏡系統(tǒng)的所有手動控制功能，并與智能自動電氣控制模塊相平行，根據(jù)汽車轉(zhuǎn)向操作狀態(tài)采取額外補(bǔ)償?，F(xiàn)有的后視鏡可以轉(zhuǎn)動來改變角度到自由度，驅(qū)動單元是由兩個(gè)直流電機(jī)和兩個(gè)分開的蝸桿來實(shí)現(xiàn)其功能的系統(tǒng)。

4 智能車輛后視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該機(jī)采用90C516RD+單片機(jī)處理器，設(shè)有手動和自動選擇按鈕并聯(lián)，可控制前進(jìn)檔和倒檔兩個(gè)分離尺寸。系統(tǒng)從自動模式開始，當(dāng)車輛啟動時(shí)，系統(tǒng)自動初始化，系統(tǒng)控制單元監(jiān)控中斷信號。如果檢測到中斷信號，系統(tǒng)將切換到手動模式。車輛行駛信號（包括行駛速度、轉(zhuǎn)向速度、轉(zhuǎn)向角度等）流入主控制器，經(jīng)過處理后，通過A/D轉(zhuǎn)換操作器，驅(qū)動電機(jī)將不同尺寸的反射鏡的角度轉(zhuǎn)換到合適的位置。當(dāng)車輛回到原來的行駛狀態(tài)時(shí)，電機(jī)在不同的尺寸上反轉(zhuǎn)相同的程度，導(dǎo)致后視鏡回到相同的狀態(tài)。

以90C516RD+單片機(jī)為中央控制單元，以L298為電機(jī)驅(qū)動單元，設(shè)計(jì)并測試了智能車后視系統(tǒng)，根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果，該系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌能囕v轉(zhuǎn)向狀態(tài)進(jìn)行快速補(bǔ)償。該系統(tǒng)保留了現(xiàn)有的汽車后視鏡電子手動控制系統(tǒng)。實(shí)踐證明，該產(chǎn)品具有很高的工業(yè)化潛力。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)車輛在不同速度下轉(zhuǎn)向或倒車時(shí)的自動調(diào)節(jié)功能。根據(jù)消費(fèi)者調(diào)查，53%的消費(fèi)者對該產(chǎn)品表現(xiàn)出強(qiáng)烈的興趣。

5 小結(jié)

綜上，針對汽車后視系統(tǒng)轉(zhuǎn)向過程中存在的補(bǔ)償問題，提出了對現(xiàn)有汽車后視鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)的解決方案。以 AT90C516RD + 單片機(jī)為核心控制單元，后視鏡可提供二維旋轉(zhuǎn)，可根據(jù)車輛模塊尺寸、行駛速度和轉(zhuǎn)彎角速度調(diào)整補(bǔ)償度。該設(shè)計(jì)模型已經(jīng)過測試，證實(shí)是完全可行的。該設(shè)計(jì)為解決汽車后視問題提供了一種低成本的解決方案，具有很大的產(chǎn)業(yè)化潛力。

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