王 莉，林明進（東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，武漢430057）

一種后視鏡目標(biāo)重量設(shè)定方法

王 莉，林明進
（東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，武漢430057）

在對后視鏡結(jié)構(gòu)、尺寸及重量進行測量、分析匯總的基礎(chǔ)上，建立后視鏡“等效體積-重量”數(shù)據(jù)集，得到每個等效體積對應(yīng)的目標(biāo)重量。使得后視鏡設(shè)計時，在滿足標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、設(shè)計規(guī)范的前提下，可以根據(jù)合理的目標(biāo)重量，進行優(yōu)化設(shè)計，從而得到滿足目標(biāo)性能的結(jié)構(gòu)。

后視鏡 ；等效體積； 目標(biāo)重量

王莉

畢業(yè)于湖北汽車工程學(xué)院車輛工程專業(yè)，現(xiàn)任東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院高級工程師，主要研究方向車身機構(gòu)件設(shè)計。

1　引言

汽車后視鏡屬于車身重要零部件，除了要求與整車造型協(xié)調(diào)一致外，后視鏡的結(jié)構(gòu)必須滿足視野、性能、安裝維修方便性等各項要求［1］。關(guān)于后視鏡的設(shè)計需要滿足一系列嚴(yán)格的法規(guī)，在設(shè)計上也有著相對完善的設(shè)計流程，其設(shè)計方法也相對比較成熟。但隨著汽車使用環(huán)境的變化和用戶要求的提高，尤其在整車輕量化這一大背景下，后視鏡作為汽車的一個重要總成件，如何減重在設(shè)計中的重要程度也就不言而喻。作為影響用戶利益最大化的三個方面——性能、成本、重量，前兩方面是開發(fā)過程中必然會考慮的項目，但是在后視鏡重量方面，在傳統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計流程中并沒有予以足夠的重視，往往是設(shè)計完成后再確定重量。對于整車來說后視鏡的重量比重很小，但從全價值鏈來考慮，對于后視鏡總成的目標(biāo)重量設(shè)定往往不合理或是不夠充分。針對這個問題，本文探討了后視鏡目標(biāo)重量設(shè)定的一種方法，為設(shè)計初始階段，對后視鏡的目標(biāo)重量進行合理設(shè)定提供有效依據(jù)。

2　后視鏡

2.1后視鏡種類

由于車輛種類不同，后視鏡的結(jié)構(gòu)也多種多樣。乘用車的后視鏡大多裝配在車門上，自身尺寸較小，懸臂較短，安裝后與車身形成一個整體，美觀性強。商用車（客車、貨車）后視鏡與乘用車相差較大，通常安裝在車門或者前圍上。安裝在車門上的后視鏡與乘用車相比，其尺寸、懸臂長度都要大很多，如圖1a）所示。相對于安裝在車門上的單桿后視鏡，商用車更多的使用框架式后視鏡如圖1b）和圖1c）所示，通常框架式后視鏡的尺寸較大，且鏡子的數(shù)量較多（主后視鏡、廣角鏡、補盲鏡、下視鏡等）。

2.2后視鏡結(jié)構(gòu)

后視鏡總成由多個部件構(gòu)成，涉及材料廣泛，塑料、橡膠、金屬、玻璃等，注塑件、壓鑄件、鈑金件，種類多種多樣。有些后視鏡還包括電器元件，以實現(xiàn)照明、加熱、除霧、折疊等多項功能。后視鏡主要構(gòu)成如圖2所示。鑒于后視鏡的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其重量組成紛繁復(fù)雜，設(shè)計時如何確定目標(biāo)重量是一個難題。因此需要尋找一種合理、簡單的方法來估算后視鏡重量。本文就是測量后視鏡重量與尺寸，對數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析，采用合理的數(shù)據(jù)處理方法，尋找二者之間是否存在特定的聯(lián)系，建立相應(yīng)的可以應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型。

3　后視鏡“等效體積-重量”方法的建立

不同種類的后視鏡，結(jié)構(gòu)、尺寸差異較大，各自的重量也有不同［2］。一個新設(shè)計的后視鏡，目標(biāo)重量定多少，怎么定，這是一個需要解決的問題。一個合理的目標(biāo)重量意味著合理的成本，過重或過輕可能都會帶來材料或設(shè)計上的額外代價。因此需要提出一個方法，對新設(shè)計的后視鏡，為了確定其目標(biāo)重量的合理范圍，建立一個后視鏡分析機制［3］。根據(jù)現(xiàn)有的條件，后視鏡的尺寸和重量是比較容易測量的參數(shù)。在這里提出了一個“等效體積-重量”方法。

3.1“等效體積-重量”方法的說明

在測量、分析、統(tǒng)計大量的后視鏡體積（即尺寸）及重量數(shù)據(jù)后，通過數(shù)學(xué)處理方法，與重量聯(lián)系起來，形成 “等效體積-重量”數(shù)據(jù)集。在把該數(shù)據(jù)集通過特定方式（如公式、圖表等方式）表示出來。

3.2等效體積

等效體積是一個整體概念。為了排除后視鏡總成結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜因素，對后視鏡三維尺寸進行測量，進而轉(zhuǎn)化成的體積，用體積對后視鏡的大小進行整體描述。下面就如何計算后視鏡的等效體積進行介紹。

3.2.1建立投影面積坐標(biāo)系

本文中使用的3D設(shè)計軟件是CATIA，在“創(chuàng)成式外形設(shè)計”模塊下，對導(dǎo)入的后視鏡總成使用“測量慣量”的菜單進行測量［4］。如圖3所示，在“測量慣量”菜單中點擊“創(chuàng)建幾何圖形”，在跳出的“幾何圖形的創(chuàng)建”窗口中選擇軸系，就可以生成一個以重心為原點的參考坐標(biāo)系，如圖4所示。這里需要注意的是導(dǎo)入的后視鏡模型必須完整，尤其是一些涉及到外輪廓的覆蓋件不能缺少，否則會產(chǎn)生較大的測量偏差。

3.2.2建立投影面

坐標(biāo)系建立后，需要在軟件的虛擬空間生成后視鏡總成的投影基準(zhǔn)面。這里確定投影基準(zhǔn)面的方向就是剛生成的參考坐標(biāo)軸的三個方向。單擊“creates rough stock”菜單，跳出如圖5所示窗口：

“Axis”欄選擇上一步生成的參考坐標(biāo)系，確認(rèn)后生成后視鏡總成的最小測量長方體（即最小測量盒），其對應(yīng)的三個相互垂直面就是零件的三個投影基準(zhǔn)面。

3.2.3等效體積處理方法

把后視鏡總成的輪廓分別投影在最小測量盒的三個面上，如圖6所示：

輪廓抽取的方法有很多，主流的3D設(shè)計軟件都有相應(yīng)的方法進行處理。在CATIA軟件中，可以使用“reflect line”來進行處理，并可以計算出投影面積。根據(jù)投影在三個基準(zhǔn)面上生成的投影面積，在通過以下公式就可以計算后視鏡總成的等效體積“V”。

其中：

K為等效體積因子

Al為 零件長度方向投影面積

Aw為 零件寬度方向投影面積

Ah為 零件高度方向投影面積

L為投影面上零件的長度

W為投影面上零件的寬度

H為投影面上零件的高度。

由式（1）～（5）可以得到等效體積：

4　“等效體積-重量”的應(yīng)用

有了“等效體積-重量”方法，就需要進行應(yīng)用。為使最終得到的“等效體積-重量”關(guān)系更合理，需要對所研究后視鏡進行市場細分，采集盡可能多的類似結(jié)構(gòu)的后視鏡，為了減小困難，加快采集進度，這里僅對輕型商用車后視鏡尺寸及重量數(shù)據(jù)進行采集。

4.1相關(guān)后視鏡尺寸及重量數(shù)據(jù)采集

后視鏡的尺寸采用掃描后逆向建模的方式獲得，然后導(dǎo)入到CATIA軟件中進行測量。重量則采取稱重的方式。采集數(shù)據(jù)的后視鏡數(shù)量盡可能多。

4.2建立“等效體積-重量”圖

數(shù)據(jù)采集后，根據(jù)上述方法對每款后視鏡計算等效體積，結(jié)合其重量，生成“等效體積-重量”數(shù)據(jù)集，以“等效體積”為橫軸，“重量”為縱軸，繪出“等效體積-重量”圖5，如圖7所示：

4.3根據(jù)“等效體積-重量”圖形設(shè)定目標(biāo)重量方法

通常根據(jù)設(shè)計車型的后視鏡布置情況，可以得出后視鏡的基本尺寸，在CATIA軟件中繪制出后視鏡模型，采用上述方法計算出該后視鏡的等效體積。然后根據(jù)等效體積值在“等效體積-重量”圖上查出對應(yīng)的重量值，則該值即為目標(biāo)重量值，（按圖8中的順序①②③④進行）。

在后視鏡設(shè)計過程中，可能會因為結(jié)構(gòu)、配置等各種原因?qū)е拢瑢嶋H設(shè)計重量與“等效體積-重量”圖解法確定的目標(biāo)重量不一致，這時就需要對相關(guān)輸入條件進行判斷，確定是否按照新的要求調(diào)整目標(biāo)重量。這是一個交互式的過程，最終目的是為了確定后視鏡合理的目標(biāo)重量。

5　結(jié)論

本文尋找了一個方法，在采集后視鏡結(jié)構(gòu)、尺寸及重量信息的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，把尺寸轉(zhuǎn)換成等效體積，然后通過一種圖形處理方法，與后視鏡的重量聯(lián)系起來，通過大量的數(shù)據(jù)，繪出“等效體積-重量”數(shù)據(jù)集。以“等效體積”為橫軸，“重量”為縱軸，把數(shù)據(jù)集圖形化，就可以在圖形上對新開發(fā)的后視鏡重量設(shè)定進行應(yīng)用，從而確定后視鏡相對合理的目標(biāo)重量值。該方法對于后視鏡的設(shè)計開發(fā)具有指導(dǎo)意義，使得在開發(fā)過程中的對目標(biāo)重量的設(shè)定更加明確合理，減少不必要的過度設(shè)計而帶來的成本增加?！暗刃w積-重量”的處理方法也可以應(yīng)用于其它汽車零部件的開發(fā)。

［1］劉惟信，汽車設(shè)計［M］，北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［2］李再華，孔軍，干毛第，潘濱，趙紅，GB15084-2013，機動車輛間接視野裝置的性能和安裝要求.

［3］成艾國，沈陽，姚佐平，汽車車身先進設(shè)計方法和流程，北京：機械工業(yè)出版社，2011.

［4］張云杰，胡海龍，喬建軍，CATIA V5R20高級應(yīng)用，北京：清華大學(xué)出版社，2011.

［5］徐鳳生，離散數(shù)學(xué)及其應(yīng)用，第2版，北京：機械工業(yè)出版社，2009.

專家推薦

呂清濤：

本文通過圖形處理方法，針對大量數(shù)據(jù)，繪出“等效體積-重量”數(shù)據(jù)集，此數(shù)據(jù)集可后視鏡的設(shè)計開發(fā)時達到合理的目標(biāo)重量有一定的指導(dǎo)意義。

A Method of Setting the Target Weight for Rearview Mirror

WANG-li，LIN Ming-jin
（ Commercial Product R&D Institute Dongfeng Automobile CO.，LTD.，Wuhan 430057，China ）

To establish the rearview mirrors "equivalent volume - weight" data，the structure，size，weight of rearview mirror are measured to take the corresponding target volume weight for designing rearview mirror. With satisfying the standards and regulations，the optimal design method based on a reasonable target weight，can get the correct structure in the design of the rearview mirror.

rearview mirror； equivalent volume； target weight

2016-04-21

U461

A

1005-2550（2016）04-0030-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2016.04.005