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調性，并且會對前方視野造成遮擋，且外形尺寸與開發成本、行車噪聲息息相關[3-4]。

近年來，隨著汽車工業水平的不斷提高，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、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 法規要求

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

2.1 法規可視區域要求

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域[5]。

圖1 外后視鏡視野法規要求[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

法規的相關要求只是設計的最低的門檻，在產品開發過程中要從人機工程專業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法規中規定駕駛員觀察角度不大于55°，某車型在初期開發開發過程中設定為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，結合對標數據如圖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。

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，結合對標數據如圖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，結合對標數據如圖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法規中外后視鏡視野區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，隨著汽車工業的發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，外后視鏡的比例協調性（如圖20所示），盡量減小鏡殼尺寸L2，減小外后視鏡盲區，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，成像區域和駕駛員觀察外后視鏡區域大面積重疊（圖25）影響駕駛安全，外后視鏡開發過程中應盡可能避免該現象發生。

圖25 某車型除霜口成像

夜間行車過程中，組合儀表發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，汽車開發過程中應重點關注該現象[8]。

圖26 某車型組合儀表成像

5 驗證和評價

按照汽車開發流程，外后視鏡后續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軟件是慕尼黑工業大學專門針對人體姿態研究開發的軟件，數據來源主要是基于大多數駕駛員的駕乘習慣和駕駛過程中關節的角度，并且可以根據人體當前尺寸對未來幾年進行預測。用戶可以根據實際情況載入車輛的CAD模型，創建用戶目標人體。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

圖28 某車型駕駛員外后視鏡觀察動作

RAMSIS軟件可創建現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、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據，其中外后視鏡驗證內容主要包括位置、視野、盲區、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，對后續產品開發有較強的指導意義。