歐陽星

摘? 要：工業(yè)設(shè)計(jì)手段一般用于產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)，但在產(chǎn)品不太復(fù)雜時(shí)，也可同時(shí)將初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加入，這樣就可節(jié)省部分時(shí)間，加快設(shè)計(jì)速度。全景系統(tǒng)的控制單元結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的，可以通過這個(gè)方法，在設(shè)計(jì)出符合客戶要求的外形的同時(shí)，做好初步的結(jié)構(gòu)，提高開發(fā)效率。

關(guān)鍵詞：全景系統(tǒng);工業(yè)設(shè)計(jì);控制單元;外形設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB47? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）09-0095-03

Abstract： Industrial design means are generally used in product shape design， but when the product is not too complex， the preliminary structural design can also be added at the same time， which can save part of the time and speed up the design speed. The control unit structure of panoramic system is relatively simple. through this method， we can design a shape that meets the requirements of customers， at the same time， do a good job of the preliminary structure， improve the development efficiency.

Keywords： panoramic system; industrial design; control unit; shape design; structure design

1 概述

全景輔助泊車系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱全景系統(tǒng)），是近年來出現(xiàn)并發(fā)展迅速的一種車載電子設(shè)備，它是通過安裝在車輛前后左右的四個(gè)大廣角攝像頭攝取車輛四周的圖像，對(duì)圖像進(jìn)行處理，還原為與實(shí)地相似的平面或立體圖像，并將四個(gè)圖像按實(shí)際位置拼接成為車輛周邊的完整的環(huán)境圖像。圖像隨著車輛的行進(jìn)，實(shí)時(shí)反映著車輛周邊的實(shí)際情況，對(duì)駕駛?cè)藛T判斷周邊的安全環(huán)境，及早發(fā)現(xiàn)和規(guī)避危險(xiǎn)情況，對(duì)倒車、窄路等的駕駛操作有很大的幫助。

全景系統(tǒng)由控制單元（又稱主機(jī)）、前后左右四個(gè)攝像頭和固定結(jié)構(gòu)、聯(lián)接線束所組成，搭載在車載視像系統(tǒng)上。其中控制單元是系統(tǒng)的中心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的圖像處理、變形矯正、全景圖合成、信號(hào)輸出。全景系統(tǒng)可以分為前裝、精品和后裝幾種：前裝產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)由車廠統(tǒng)一安排，在車輛生產(chǎn)線上完成安裝;精品也是由車廠統(tǒng)一安排配套的，但是在車輛下線后加裝;后裝是車輛出廠到了分銷店后，再由全景廠家安裝在車上的產(chǎn)品。

工業(yè)設(shè)計(jì)是按照現(xiàn)代美學(xué)、人體工程學(xué)對(duì)商業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行先期外形設(shè)計(jì)的藝術(shù)方法，務(wù)求讓產(chǎn)品更符合大眾審美觀念，使用更加舒適、方便、安全，越是復(fù)雜的產(chǎn)品，就越需要先期進(jìn)行產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì)。一般的工業(yè)設(shè)計(jì)首先在于外形設(shè)計(jì)，并不涉及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（當(dāng)然不能違反結(jié)構(gòu)原則），就可以在較短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)并提交各方討論，綜合意見后進(jìn)行反復(fù)修改、完善，最終使外形達(dá)到時(shí)尚、美觀、方便操作。確定外形后，再進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可免掉反復(fù)修改時(shí)涉及內(nèi)部結(jié)構(gòu)修改的麻煩。

工業(yè)設(shè)計(jì)手段主要用于外形設(shè)計(jì)，但也能做結(jié)構(gòu)。工業(yè)設(shè)計(jì)的常用軟件Rhinoceros、3ds Max等主要偏向于造型能力，數(shù)字化處理能力比不上Pro/E、UG、CATIA等專用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械加工的軟件。但對(duì)比較簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，工業(yè)設(shè)計(jì)軟件同樣能在完成外形的同時(shí)，兼顧到內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 影響控制單元設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和工藝要素

控制單元的結(jié)構(gòu)雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但同樣有嚴(yán)格的要求，車載產(chǎn)品處于比較嚴(yán)苛的環(huán)境下工作，要承受很嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，需要合理的結(jié)構(gòu)和用料。

2.1 用料

單元機(jī)殼用料有三種：鋁、鋼板和塑料。

從強(qiáng)度、耐用的角度看，三種材料都可用，可是還是有區(qū)別的：全景系統(tǒng)需要處理大量動(dòng)態(tài)圖像信息，其主控芯片（CPU）、圖像處理芯片、可擦寫存儲(chǔ)芯片（FLASH）、臨存芯片（DDR）等都會(huì)發(fā)熱，主控發(fā)熱最嚴(yán)重，車輛在夏天太陽下停放時(shí)，車內(nèi)溫度可達(dá)到70C°以上，全景系統(tǒng)開機(jī)后，合并了車內(nèi)溫度的芯片，工作溫度最高可達(dá)110C°以上。在這樣環(huán)境下工作無疑很危險(xiǎn)，散熱能力就顯得很重要了。鋁的導(dǎo)熱性最好，鋼次之，塑料是熱的不良導(dǎo)體，所以，機(jī)殼最好用鋁，塑料雖然成本較低，但性能不符合控制單元的工作要求，最好不要用。

2.2 加工工藝

不同的材料做殼體，用的工藝不一樣。塑料殼體用塑料注射成形工藝，要有相應(yīng)的模具，產(chǎn)生模具費(fèi)用，但同等體積下，塑料重量較輕，成本也較低。

鋼板制作殼體的工藝有兩種：沖壓和鈑金。車內(nèi)空間有限，機(jī)殼做得越小越好，用的鋼板厚度在0.8～1.5mm之間，如果有確定的、量較大的訂單，沖壓效率較高，但需要做沖壓模具，批量大時(shí)才會(huì)分?jǐn)偝鲚^低成本;不確定批量時(shí)，應(yīng)用配套了專用工具的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行鈑金加工，雖然二者加工原理相同，效率卻不一樣，大批量時(shí)鈑金加工成本比沖壓高。

用鋁做殼體的工藝常用的也有兩個(gè)：鋁型材加工和壓鑄加工。鋁型材加工是主流方法，用于精品和后裝的全景產(chǎn)品中較多，圖5就是按鋁型材設(shè)計(jì)的機(jī)殼。鋁型材的模具成本較低，主體用鋁型材，兩端封蓋就只能用鋁板沖壓而成了。在某些發(fā)熱不高的系統(tǒng)中，為了節(jié)省成本，常常將上下兩片殼體做成形狀一樣的，這樣就只需一個(gè)鋁材擠出模就滿足加工要求了，但這種結(jié)構(gòu)一般無法帶上散熱片。壓鑄機(jī)殼多用于前裝產(chǎn)品，前裝才有比較固定的大批量，因?yàn)殇X的壓鑄模具是比較貴的，價(jià)格是同體積塑料模具的2～3倍，沒有較大批量訂單的支持，成本就很高了。鋁殼由于用料是鋁，材料比較貴，所以成本是三種中最高的。

2.3 散熱

主機(jī)散熱方法是傳導(dǎo)、對(duì)流，傳導(dǎo)只用于熱的良好導(dǎo)體。塑料就無法用傳導(dǎo)的方法，只能用對(duì)流散熱，在殼體上開孔，通過空氣對(duì)流帶走熱量，但芯片體積不大，這樣的散熱效率太低。

鋁和鋼板機(jī)殼散熱比塑料好，將殼體當(dāng)散熱片，芯片用導(dǎo)熱膠貼到殼體上，可快速將芯片的發(fā)熱散發(fā)掉，降低工作溫度和工作風(fēng)險(xiǎn)。但兩者散熱效率還是區(qū)別的，鈑金殼子薄，熱容積不大，也無法做出散熱片結(jié)構(gòu)增加與空氣的接觸面積，加上鋼的導(dǎo)熱性比不上鋁，就決定了鈑金殼的散熱能力還是不太能滿足需要，只能用于芯片發(fā)熱較低的系統(tǒng)。

鋁殼是合適的散熱材料，雖然價(jià)格相對(duì)高些，可散熱能力強(qiáng)于前兩種，無論是型材還是壓鑄，都能做出需要的形狀和散熱結(jié)構(gòu)，可在對(duì)應(yīng)芯片的位置加厚殼體，增加熱容積，也可在同樣位置上設(shè)計(jì)散熱片，增加散熱能力。重要的全景項(xiàng)目，用的都是鋁殼，以保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

無論鋁殼還是鈑金殼都開孔，作為輔助散熱措施。但車載產(chǎn)品有防塵防水要求，開孔后必須在孔上貼上薄紗網(wǎng)防塵，以免降低了系統(tǒng)的可靠性。

2.4 控制單元固定

前裝全景產(chǎn)品在車輛設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)預(yù)留安裝位置和相關(guān)結(jié)構(gòu)，一般放在車輛中控臺(tái)內(nèi)，也有在別的位置，但由于需要拉出較長(zhǎng)的聯(lián)接線，易產(chǎn)生干擾，不如在中控位置合理。設(shè)計(jì)時(shí)可以在機(jī)殼上直接做出安裝孔。精品、后裝產(chǎn)品，不是原車設(shè)計(jì)時(shí)就考慮要安裝的，就沒必要做出安裝孔了，一般是用強(qiáng)力膠墊或尼龍捆扎帶將主機(jī)固定在中控臺(tái)內(nèi)合適位置上。

3 實(shí)例

下面是用工業(yè)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程，造型軟件為Rhinoceros 5.0（俗稱犀牛軟件），結(jié)構(gòu)軟件為proe_wild fire5.0。

3.1 PCBA造型

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般都在PCBA（電路板）出來以后，板上各元件的位置、大小都已固定，造型一定要按實(shí)際元件大小來建模。如果為了縮短設(shè)計(jì)工期，在PCBA還未完成時(shí)就進(jìn)行機(jī)殼設(shè)計(jì)，必須與硬件工程師將板的邊際尺寸，各接插件的位置、型號(hào)，指示燈的位置、大小、高度等聯(lián)接硬件與結(jié)構(gòu)的要素確定下來。一般不要這樣做，硬件設(shè)計(jì)有很多不確定因素，樣品出來后，要經(jīng)過繁復(fù)的測(cè)試和優(yōu)化才能穩(wěn)定，在之前，是隨時(shí)有修改可能的，結(jié)構(gòu)的需要不是影響修改的必要條件。

3.2 面殼和底殼設(shè)計(jì)

系統(tǒng)發(fā)熱比較嚴(yán)重，可能達(dá)到100C°以上，必須在面殼上做出散熱片結(jié)構(gòu)，并且需要散熱能力比較強(qiáng)，所以在整個(gè)大面上都均勻布置了散熱片。散熱片的設(shè)計(jì)必須符合結(jié)構(gòu)要求，做成端薄根厚的型式，殼的壁厚要均勻，并符合結(jié)構(gòu)規(guī)則要求。

底殼上可做出了兩排散熱孔，孔不能過小，一般取3～4mm，太小妨礙流動(dòng)，太大不好做三防?，F(xiàn)在的結(jié)構(gòu)是初步的，沒有將固定兩側(cè)端蓋的螺絲孔和面底蓋扣合的臺(tái)階做出來，這些小結(jié)構(gòu)待整個(gè)外形確定后再做更好，可以省掉修改的麻煩。

3.3 端蓋設(shè)計(jì)

端蓋設(shè)計(jì)應(yīng)按照PCBA建模的位置開孔和留間隙，保證產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)誤差。鋁型材加工是用設(shè)備將長(zhǎng)條的型材裁成符合要求的一段段，并且精加工到規(guī)定的尺寸范圍內(nèi)，所以殼體兩端的邊緣比較鋒利，沒有遮擋很易被割傷，端蓋應(yīng)能完全擋住殼體的端口，起到安全保護(hù)作用。螺絲孔位置必須能夠放置螺絲結(jié)構(gòu)，在隨后的結(jié)構(gòu)細(xì)化時(shí)，殼體上的螺孔要對(duì)得上端蓋上設(shè)的沉孔。端蓋上那排孔是為了讓散熱片間的空氣能順利流通，無這排孔，散熱片兩頭被堵住，片間空氣流通不暢，散熱效率會(huì)受影響。

3.4 螺絲螺柱設(shè)計(jì)

端蓋固定螺絲的設(shè)計(jì)只是為了效果比較逼真，沒有實(shí)際意義，做個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)件尺寸的螺絲頭就夠了。PCB板用螺柱固定，散熱片上銑出四個(gè)避空位置，安放鉚壓螺柱，用模具開孔，將鉚壓螺柱壓入孔內(nèi)鉚緊即可。

對(duì)于這個(gè)環(huán)節(jié)，也許會(huì)有疑問：為何不將螺柱鉚在底殼上，將其鉚在面殼上要特意切出避空位置，會(huì)增加成本。原設(shè)計(jì)是放在底殼的，但問題是芯片主要靠面殼散熱，想導(dǎo)熱效果好，不但膠要用得薄，而且還需有一定的壓緊力，才能更好地傳導(dǎo)熱量。螺柱在底殼上，就難以形成預(yù)壓力，所以改成在面殼鉚螺絲柱。

至此，殼體的設(shè)計(jì)基本完成。

3.5 渲染準(zhǔn)備

建模完成后，還需要做以下準(zhǔn)備工作：一是做背景板;二是需對(duì)各零件和背景賦予合適的材質(zhì);三是必須布置適當(dāng)?shù)臒艄庹彰?，增加產(chǎn)品的真實(shí)性和美觀性。這樣才能取得與實(shí)物相近的效果。

3.6 渲染效果

在做完以上工作后，可以進(jìn)行產(chǎn)品效果渲染了。由于產(chǎn)品比較簡(jiǎn)單，不需用更高級(jí)的渲染器，就用犀牛自帶的渲染器就可以，渲染出來的產(chǎn)品效果如圖5，可提交給客戶評(píng)審了。

3.7 結(jié)構(gòu)細(xì)化設(shè)計(jì)

犀牛文件不能直接打開到PROE中繼續(xù)設(shè)計(jì)，需要有過渡的文件格式。得到客戶外形確認(rèn)后，可將犀牛文件中多余的東西（背景、燈光、PCB、螺絲螺柱等）去掉，將剩下的模型導(dǎo)出成擴(kuò)展名為“.stp”或“.igs”格式的文件，這兩種格式可用于兩種軟件間的數(shù)據(jù)交換。

將過渡文件導(dǎo)入到PROE中，就能在PROE上產(chǎn)生如圖的模型，并可在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的細(xì)化設(shè)計(jì)，直到完成整個(gè)控制單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語

客戶都希望得到的產(chǎn)品能做到外觀新穎，設(shè)計(jì)合理耐用，用工業(yè)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)同時(shí)兼顧基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就可在提交客戶評(píng)審?fù)庑蔚耐瑫r(shí)準(zhǔn)備好內(nèi)部結(jié)構(gòu)，客戶一旦確認(rèn)外形，很快就能拿出整個(gè)單元的完整結(jié)構(gòu)，有效縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間。博維公司為客戶定向設(shè)計(jì)的幾十款全景系統(tǒng)控制單元大部分用這個(gè)方法設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品外形得到客戶確認(rèn)后一天左右，整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就能全部完成，大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要時(shí)間，為客戶節(jié)省開發(fā)時(shí)間、爭(zhēng)取市場(chǎng)主動(dòng)創(chuàng)造了條件。

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