王小龍，孫付春，毛鑫

（1.成都大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610106；2.四川野馬汽車股份有限公司，四川 成都 610100）

前言

車輛具備良好的視野是安全行車的根本保障，后視鏡要取得國(guó)家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證，其視野必須滿足中國(guó)法規(guī)要求[1]。在新車型開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，三維數(shù)字模型的開(kāi)發(fā)和并行工程技術(shù)的應(yīng)用，大幅縮短了車輛開(kāi)發(fā)周期，利用三維軟件對(duì)后視鏡開(kāi)展視野校核，為后視鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、美術(shù)造型設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)提供法規(guī)符合性模型，按新車型開(kāi)發(fā)節(jié)點(diǎn)完成后視鏡三維模型固化，向零部件供應(yīng)商提供穩(wěn)定的三維模型，避免模型因法規(guī)不符造成的開(kāi)模、試制生產(chǎn)線、工裝夾具和原材料等的浪費(fèi)[2]。

基于眼橢圓質(zhì)心坐標(biāo)及理論，應(yīng)用 CATIA軟件人機(jī)模塊、尺寸測(cè)量模塊，根據(jù)駕駛員視野、后視鏡的性能國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)ECE R46法規(guī)，對(duì)后視鏡視野開(kāi)展了法規(guī)符合性校核分析，確保了新車型的如期投產(chǎn)。

1 眼橢圓質(zhì)心坐標(biāo)及理論

眼橢圓人機(jī)工程參數(shù)如圖1所示。軸的角度，眼橢圓與汽車的平面視圖（Z平面）和后視圖（X平面）對(duì)齊一致[3]。在側(cè)視圖（Y平面）中它前面斜向下，側(cè)視角為12度。眼橢圓影響因素，側(cè)視軸角，質(zhì)心位置如圖1所示，眼橢圓質(zhì)心坐標(biāo)公式為：

式中：L1是 PRP的X坐標(biāo)，L6是方向盤中心到PRP的水平距離，H30是SgRP到AHP的垂直距離，t是傳動(dòng)類型（1有離合踏板，0沒(méi)有離合踏板），W20是SgRP的Y坐標(biāo)，H8是AHP的Z坐標(biāo)。在垂直方向上可調(diào)的座椅，H30取可調(diào)整數(shù)列的中間值。

圖1 眼橢圓人機(jī)工程參數(shù)

利用CATIA軟件中的測(cè)距模塊，對(duì)三維數(shù)字模型開(kāi)展人機(jī)參數(shù)測(cè)量，得到以下數(shù)據(jù)，L1 PRP橫坐標(biāo)：1513.3；L6 PRP和方向盤中心X距：457.7；H30：335；W20：-348；H8 AHP的Z坐標(biāo)：138，下傾角β：12°。將上述參數(shù)帶入質(zhì)心坐標(biāo)公式（1），得到眼橢圓質(zhì)心坐標(biāo)為：Xc=2387.0，Ycl=-380.5，Ycy=-315.5，Zc=1111，β=12°。

人體頭包輪廓尺寸如表1所示：

表1 人體頭包輪廓尺寸

頭包質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算公式為：

利用CATIA三維設(shè)計(jì)軟件中的工程測(cè)距模塊，對(duì)車型三維數(shù)字模型開(kāi)展人機(jī)工程參數(shù)測(cè)量，得到以下數(shù)據(jù)。L1 PRP橫坐標(biāo)：1513.3；L6 PRP和方向盤中心X距：457.7；H30：335；W20：-348；H8 AHP 的 Z 坐標(biāo)：138，Xh：90.6；Zh：52.6。帶入公式（2）得到駕駛員頭包質(zhì)心坐標(biāo)（2477.6，-348，1163.6）。

可移動(dòng)座椅（駕駛員）下傾角 β=12°實(shí)際在數(shù)模上計(jì)算的頭包質(zhì)心應(yīng)向內(nèi)偏11.5后作為最終質(zhì)心，與計(jì)算的質(zhì)心進(jìn)行定位；

帶入 L31 橫坐標(biāo)：3254；δ弧度：0.208915908；Xh：85.4；W20：-364；H70的 Z坐標(biāo)：515；Zh：42；A40：30。得到固定座椅（乘客）頭包質(zhì)心坐標(biāo)（3472.136，364.000，1183.084）。

G值的計(jì)算公式為：

帶入A40靠背角：25；W9：375；A18方向盤傾角：30.7；L11方向盤中心到踵點(diǎn)的水平距離：332；H17方向盤中心到踵點(diǎn)的垂直距離：715.5；A42臀角：97.3；L53：771。計(jì)算得到 G值為-0.02187，HR值為 788.16513，HR-L53為17.16513。最終得到的人機(jī)硬點(diǎn)數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 人機(jī)硬點(diǎn)數(shù)據(jù)

2 駕駛員前方視野校核

2.1 A柱雙目障礙角校核

按照GB11562-2014汽車駕駛員前方視野要求，在CATIA人機(jī)工程模塊分別完成 S1截面、S2截面的繪制[4]，如圖 2所示。

圖2 A柱雙目障礙角

從圖2可以看出，在CAS基礎(chǔ)上考慮玻璃黑邊，B50S車的左側(cè) A柱雙目障礙角為4.6°，右側(cè) A柱雙目障礙角為1.3°，滿足每根A柱雙目障礙角不得超過(guò)6°、無(wú)兩根以上A柱的法規(guī)要求。

2.2 駕駛員前方視野校核

在駕駛員前視野180°范圍內(nèi)，在通過(guò)V1的水平面下方和通過(guò)V2的三個(gè)平面上方的范圍內(nèi)，除了A柱、三角窗分隔條、車外無(wú)線電天線、后視鏡和風(fēng)窗玻璃刮水器外，無(wú)其它視野障礙，滿足法規(guī)要求[5]。

圖3 駕駛員前方最大上、下視野

從圖 3可以看出，過(guò) V1點(diǎn)的最大上視野為 12.7°，過(guò)V2點(diǎn)的最大下視野為6.9°，前視野優(yōu)于標(biāo)桿車視野，標(biāo)桿車V1點(diǎn)上視野為12.7°，V2點(diǎn)下視野為5.9°。

3 后視鏡校核

依據(jù)后視鏡三維數(shù)模、后視鏡在前風(fēng)擋的裝配位置、H點(diǎn)以及眼點(diǎn)坐標(biāo)和地面線等已知參數(shù)，完成可視區(qū)繪制，包括鏡面圓心點(diǎn)、入射光線、鏡面法線、反射光線、反射光線與地面的交點(diǎn)、在地面上繪制法規(guī)要求的區(qū)域。

3.1 內(nèi)后視鏡校核

在測(cè)定上述后視野時(shí)，允許頭枕、遮陽(yáng)板、后風(fēng)窗刮水器和加熱元件等部件遮擋部分視野，但遮擋部分的總和應(yīng)占所規(guī)定視野的15%以下。遮擋程度是在頭枕降至最低位置，遮陽(yáng)板在收回位置時(shí)測(cè)定。

圖4 內(nèi)后視鏡視野（俯視圖）

駕駛員借助內(nèi)后視鏡必須能在水平路面上看見(jiàn)一段寬度至少為20m的視野區(qū)域，其中心平面為汽車縱向基準(zhǔn)面，并從駕駛員的眼點(diǎn)后60m處延伸至地平線。從圖4、圖5可以看出，內(nèi)后視鏡視野既滿足 GB15084-2006機(jī)動(dòng)車輛后視鏡的性能和安裝要求和歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)ECE R46法規(guī)要求。

圖5 內(nèi)后視鏡視野（眼點(diǎn)后60m處后視圖）

3.2 外后視鏡校核

在測(cè)定后視野時(shí)，車身結(jié)構(gòu)和門把手、示廓燈、轉(zhuǎn)向指示燈、后保險(xiǎn)杠兩端和后視鏡反射面清洗裝置等部件所遮擋部分的總和占所規(guī)定視野的10%以下。利用CATIA軟件中的人機(jī)工程模塊、尺寸測(cè)量模塊完成視野分析校核，如圖6～9所示。

圖6 外后視鏡視野（側(cè)視圖）

圖7 外后視鏡視野（眼點(diǎn)后4m開(kāi)外前視圖）

圖8 外后視鏡視野（眼點(diǎn)后10m開(kāi)外前視圖）

圖9 外后視鏡視野（眼點(diǎn)后20m開(kāi)外前視圖）

外后視鏡視野直接影響駕駛員盲區(qū)范圍，關(guān)系行車安全，參考 GB15084-2006機(jī)動(dòng)車輛后視鏡的性能和安裝要求和歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)ECE R46法規(guī)，對(duì)外后視鏡視野關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行法規(guī)符合性分析[6]，如表3所示：

表3 外后視鏡視野關(guān)鍵參數(shù)分析表

水平路面上所見(jiàn)視野區(qū)域?qū)挾却笥?米，眼點(diǎn)后4米的視野寬度大于1米。駕駛員眼點(diǎn)后10米處的視野寬度大于2.5米。眼點(diǎn)后20米處的視野寬度大于4米。外后視鏡視野既滿足國(guó)標(biāo)的要求，也滿足ECE R46的要求，且不存在視野障礙。

4 結(jié)論

基于眼橢圓質(zhì)心坐標(biāo)及理論，利用CATIA人機(jī)模塊、尺寸測(cè)量模塊，對(duì)后視鏡三維模型進(jìn)行了人機(jī)硬點(diǎn)、H點(diǎn)等關(guān)鍵參數(shù)測(cè)繪。經(jīng)校核，整車后視鏡視野各項(xiàng)指標(biāo)滿足 GB 15084-2006、ECE R46中相關(guān)法規(guī)要求。