牽引車與掛車的電子后視鏡視野調節探究

摘要：商用車包含牽引車和掛車，通常情況下其整體車身比較長，在正向轉彎、反向轉彎和倒車時，傳統物理視鏡存在視野盲區而影響駕駛安全。電子后視鏡具有視野隨動功能，駕駛員側視鏡和乘客測視鏡帶有視野外擴和回正處理功能，使得其能完全看清汽車周圍環境，提高了車輛轉彎行駛的安全性，從而解決了商用車轉彎時的視野盲區問題。研究結果表明：商用車II類鏡視野28°，行駛在十字路口并右轉彎，已知行駛速度15 km/h和方向盤轉角320°，得到轉彎半徑13 m，計算出牽引車和掛車的鉸接角34°，電子后視鏡的視野17°+28°；當車輛左轉彎時，方向盤轉角120°，轉彎半徑40 m，牽引車和掛車的鉸接角12°，電子后視鏡的視野5°+28°。

關鍵詞：牽引車與拖掛車；鉸接角；視野FOV；電子后視鏡

中圖分類號：U469.5 收稿日期：2024-08-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.10.021

1 前言

當前，電子后視鏡（Camera Monitor Systems，CMS）技術較為成熟，且未來的發展方向趨向于集成化、智能型和多功能。伴隨著電子技術的高速發展，以計算機技術為基礎的視頻圖像處理系統在圖像處理速度、集成度和穩定性方面都得到了較大提升，并為汽車電子后鏡的智能化發展提供了條件。國內外汽車廠商相繼啟動了CMS研發計劃，新能源汽車更是熱衷于率先應用CMS，以便提升汽車的視覺性能。

根據道路上汽車實際距離等參數，得到商用車方向盤轉角，以保證按照一定的車速行駛。轉向性能輔助軟件結合工程數學理論應用在實踐中，例如，Matlab、Adams、DADS相繼應用于牽引車和拖掛車轉向性能研究，通過簡單建模和分析，將復雜的數學模型導入分析，或結合優化工具箱與最優化理論對輸入輸出參數進行優化求解，可以對轉向特性進行動力學分析以及優化。

2 牽引車與掛車右轉彎狀況

根據轉彎道路路口的具體情況，可確定商用車方向盤轉角。GB 1589—2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、 軸荷及質量限值》[1]對半掛汽車列車必須通過的通道圓進行了規定，定義了該通道圓外圓直徑和內圓直徑數值，車輛通道圓與外擺值測量方法，以及車輛外擺值（汽車列車）；半掛汽車列車低速行駛轉向安全研究3.1.2模型驗證中，給出了牽引車轉彎時按照圓周行駛的軌跡規律[2]。

牽引車行駛軌跡的相關數據包括牽引車前軸至中間軸距離、中間軸至鉸接點的距離、后軸至鉸接點的距離、轉向軸輪胎有效半徑、驅動軸輪胎有效半徑和前軸輪距等，以及掛車前軸至鉸接點的距離、中間軸至前軸距離、后軸至中間軸距離、車輪有效半徑和輪距等。

基于后軸主動轉向與差動制動集成的重型半掛車控制策略研究[3]中，采用線性二次型調節器LQR（Linear Quadratic Regulator）最優控制算法設計后軸主動轉向和差動制動集成控制策略，并利用遺傳粒子群進行控制策略權重系數優化，可以得到牽引車與掛車的鉸接角。

借助現有研究方法和結果[2-3]，采用近似等效方式描述鉸接角的近似計算方法。設置牽引車長6 m，掛車長10 m，車身寬2.55 m，牽引車在最右車道，向右側轉彎行駛，如圖1和圖2所示，轉彎圓周半徑為R1=13 m。牽引車前輪組中心點與牽引車后輪組中心點的連接線為主直線，牽引車后輪組中心點與拖掛車最后車輪組中心點的連接線為輔直線，主直線與輔直線的夾角為鉸接角[ψ]1。牽引車與拖掛車勻速行駛，當牽引車按照15 km/h速度行駛時，方向盤轉角330°，鉸接角逐漸增大，鉸接角變化范圍[ψ]1=0°～26°，最大鉸接角[ψ]max=26°，行駛距離L=37 m，時間為9 s。當方向盤轉角穩定時，所需運行時間為9 s，也就是牽引車行駛1/4圓周時，鉸接角[ψ]達到最大值。通過分析和簡化得到牽引車右轉彎時的圓周軌跡曲線如圖3所示。

3 牽引車與掛車左轉彎狀況

設置牽引車長6 m，掛車長10 m，車身寬2.55 m，并且轉彎之后靠最右側車道，如圖4所示，牽引車前輪組和后輪組穩定行駛在圓周（R2=40 m）上。將牽引車前輪組與后輪組之間的中心點設置為等效中心，當牽引車按照15 km/h速度行駛時，等效中心將按照穩定圓周行駛。轉彎園半徑為40 m，方向盤轉角120°，從而得到最大鉸接角9°。當牽引車運行14 s后鉸接角處于穩定角度狀態，保持鉸接角為9°。牽引車與拖掛車勻速行駛，鉸接角逐漸增大，變化范圍是0°～9°。

4 商用車電子后視鏡FOV視野調整方式

4.1 大型貨車“右轉必停”

“右轉必停”是在我國部分城市部分區域試點實施的大貨車交通規則，要求大型貨車（包括：重型、中型載貨汽車；重型、中型專項作業車）右轉彎時，必須先停車觀察路況，確保安全后方可右轉通行。“右轉必停”通行新規已經在實施。大型貨車“右轉必停”的步驟如下：

a.停車：大型貨車行駛至設置有停車讓行標志的路口時，應將車輛停放在右轉車道的讓行線后方。

b.觀察：大型貨車在右轉車道的讓行線后方停穩后，觀察是否有來車或行人進入駕駛盲區。

c.起步：經觀察確認安全后，再起步行車。

d.緩行：啟動過程中禁止急加油門，并不斷觀察左右后視鏡，緩慢行駛通過路口。

4.2 商用車視野調整分析

牽引車和掛車右轉彎時，按照GB15084—2022《機動車輛 間接視野裝置 性能和安裝要求》[4]法規規定，由于視野區域⑥完全看不到掛車的尾部，所以要采用傳統物理鏡和輔助視鏡相結合的觀察模式，才能看清楚掛車尾部，也即看清視野盲區。

采用電子后視鏡可以調整視野，車輛右轉彎時的電子后視鏡視野區域如圖5所示。車輛右轉彎時在電子后視鏡II類鏡的視野區域⑥，不能看到掛車的尾部。當牽引車①與掛車②的鉸接角為34°時，僅僅按照GB15084法規調整II類鏡調節視野，可以看到掛車尾部，但是在牽引車與掛車連接處的視野盲區，就不能看到摩托車和人③。

車輛右轉彎視野外移和視野擴展效果如圖6所示。依據數學幾何分析方法，同時調整II類鏡調節視野和增加II類鏡水平視野區域，就能看到掛車尾部和視野盲區，也即能看清視野外擴和視野加寬的II類鏡水平視野區域④。隨著商用車的轉彎，視野區域④也隨之變化，當轉彎角度逐漸增大時，II類鏡水平視野區域也變大。轉彎角度變小或者回正到默認視野時，II類鏡水平視野也恢復到正常視野。

5 結語

牽引車和掛車以較大方向盤轉角向左轉彎時，商用車將以圓形路徑行駛，并穩定在圓周狀態，當商用車行駛時間達到一定數值時，鉸接角處于恒定狀況。牽引車和掛車轉彎時，通過簡化計算鉸接角，可以幫助商用車的電子后視鏡視野調整，當商用車轉彎的方向盤轉角增大時，鉸接角就變大，隨之而來的盲區就增加，因此需要對II類鏡視野外擴和水平視野增大，才可以實現無盲區，保證駕駛車輛安全。采用電子后視鏡視野隨動功能之后，避免了“右轉必停”法規限制，提升了商用車轉彎的駕駛安全。

參考文獻：

[1]GB1589—2016 汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值[S].

[2]秦勇杰.半掛汽車列車低速行駛轉向安全研究[D].南京：南京林業大學，2023.

[3]聶枝根.基于后軸主動轉向與差動制動集成的重型半掛車控制策略研究[D].長春：吉林大學，2014.

[4]GB15084—2022 機動車輛間接視野裝置性能和安裝要求[S].

作者簡介：

郭志友，男，1959年生，教授級高級工程師，研究方向為第三代半導體科學技術、成像與非成像光學技術和汽車電子。