趙巍

摘 要：車(chē)輛后視系統(tǒng)由車(chē)外反射鏡和廣角透鏡組成，在車(chē)輛安全系統(tǒng)中起著重要的作用?，F(xiàn)有的汽車(chē)后視鏡系統(tǒng)還存在許多問(wèn)題亟待解決，如汽車(chē)轉(zhuǎn)向過(guò)程中的盲區(qū)等。本文提出了一種新型的智能車(chē)輛后視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)能夠在不同的行駛條件下自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)輛外部鏡頭的角度。影響因素包括車(chē)輛轉(zhuǎn)向角、行駛速度和車(chē)輛尺寸參數(shù)。本設(shè)計(jì)以 AT90C516RD+單片機(jī)為核心控制單元。該系統(tǒng)增加了一個(gè)新的自動(dòng)模式與現(xiàn)有的手動(dòng)功能保留。通過(guò)理論仿真和模型試驗(yàn)，證明該設(shè)計(jì)完全可行，并已被具有工業(yè)潛力的客戶調(diào)查所接受。

關(guān)鍵詞：N車(chē)型 后視鏡調(diào)節(jié) 失效控制

Solution of the Adjustment Failure of the Exterior Rearview Mirror of the N Model

Zhao Wei

Abstract：The vehicle rear view system is composed of an exterior mirror and a wide-angle lens， which plays an important role in the vehicle safety system. There are still many problems in the existing car rearview mirror system that need to be solved urgently， such as blind spots in the car steering process. This article proposes a new type of intelligent vehicle rear-view system design scheme， which can automatically adjust the angle of the vehicle's external lens under different driving conditions. Influencing factors include vehicle steering angle， driving speed and vehicle size parameters. This design uses AT90C516RD + single-chip microcomputer as the core control unit. The system adds a new automatic mode and retains the existing manual functions. Through theoretical simulations and model tests， it is proved that the design is completely feasible and has been accepted by customers with industrial potential.

Key words：N model， rearview mirror adjustment， failure control

1 引言

一般來(lái)說(shuō)，駕駛員可以通過(guò)傳統(tǒng)的后視鏡觀察車(chē)輛后面的交通狀況。駕駛?cè)嗽诘管?chē)或靠邊停車(chē)時(shí)，由于沒(méi)有調(diào)整后視鏡角度，車(chē)輛右側(cè)可能被路邊刮傷，這些問(wèn)題甚至發(fā)生在技術(shù)熟練的駕駛員身上。如果后視鏡有盲點(diǎn)和畸變，必然會(huì)帶來(lái)交通安全隱患。汽車(chē)后視鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)兩側(cè)外表面的鏡面自動(dòng)調(diào)節(jié)和智能化。這些反光鏡可以進(jìn)行二維轉(zhuǎn)動(dòng)，補(bǔ)償程度取決于車(chē)輛的外形參數(shù)、行駛速度、轉(zhuǎn)向速度、轉(zhuǎn)向角度和駕駛員的駕駛習(xí)慣等。該設(shè)計(jì)可以提供視野補(bǔ)償，避免或減小空間盲區(qū)、時(shí)區(qū)差盲區(qū)、準(zhǔn)直誤差和視覺(jué)持續(xù)性盲區(qū)誤差的影響。

2 汽車(chē)后視鏡調(diào)節(jié)失調(diào)問(wèn)題概述

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的逆向工程技術(shù)被引入到制造和設(shè)計(jì)領(lǐng)域。逆向技術(shù)是在現(xiàn)有產(chǎn)品或零部件改造或零部件工程設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行分析、理解和改進(jìn)，是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。真正的反求是在現(xiàn)有的產(chǎn)品條件下，通過(guò)調(diào)查分析的方法實(shí)現(xiàn)再創(chuàng)造的過(guò)程。有人認(rèn)為反向技術(shù)屬于狹隘的抄襲，甚至提出了“知識(shí)產(chǎn)權(quán)”的命題。事實(shí)上，廣義逆陣類(lèi)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，效果和效益都非常明顯。本文以后視鏡項(xiàng)目為載體，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型重構(gòu)、逆向工程快速成型、改進(jìn)設(shè)計(jì)5個(gè)方面分析了后視鏡失調(diào)問(wèn)題。

數(shù)據(jù)采集分為接觸式采集和非接觸式采集。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、鉸接臂測(cè)量機(jī)、激光掃描儀、CCD攝像機(jī)等非接觸式數(shù)據(jù)采集設(shè)備均可進(jìn)行接觸采集。后視鏡本身是塑料制成的，曲率變化大，如果采用接觸式數(shù)據(jù)采集方法采集數(shù)據(jù)，測(cè)量頭和被測(cè)表面由于曲率干涉容易產(chǎn)生假點(diǎn)和劣點(diǎn)，并且會(huì)有一些位置難以測(cè)量。采用非接觸式數(shù)據(jù)采集速度快，精度高，可排除摩擦和接觸壓力引起的采集誤差測(cè)量量大，密集點(diǎn)云信息獲取量大，探頭光束可調(diào)節(jié)很小，能最大限度地反映被測(cè)表面的真實(shí)形狀。鑒于上述因素，決定采用手持式激光掃描儀進(jìn)行非接觸式數(shù)據(jù)采集的后視鏡。

數(shù)據(jù)處理是逆向工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，它決定了后續(xù)的CAD模型重建過(guò)程能否方便、順利。事實(shí)上，并不是所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都能起到模型重構(gòu)的作用，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的規(guī)律性，可以分為散亂的數(shù)據(jù)點(diǎn)和規(guī)則點(diǎn)，有一些偏差的產(chǎn)品主體被浪費(fèi)點(diǎn)，這些點(diǎn)為以后的模型重建是一無(wú)所有，一定要?jiǎng)h除。數(shù)據(jù)采集后，必須對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。該過(guò)程包括廢點(diǎn)刪除、格式轉(zhuǎn)換、點(diǎn)云數(shù)據(jù)多視點(diǎn)云配準(zhǔn)、點(diǎn)云過(guò)濾、數(shù)據(jù)約簡(jiǎn)和點(diǎn)云塊等。

坐標(biāo)測(cè)量?jī)x具有一定的測(cè)量范圍，無(wú)論采用什么樣的數(shù)據(jù)采集方法，僅僅通過(guò)測(cè)量來(lái)測(cè)量同一坐標(biāo)系的產(chǎn)品幾何數(shù)據(jù)都是非常困難的。產(chǎn)品的數(shù)字化采集不能在同一個(gè)坐標(biāo)系中完成，而模型重建和所需的數(shù)據(jù)需要統(tǒng)一這些從不同的坐標(biāo)到同一個(gè)坐標(biāo)，數(shù)據(jù)處理是多視點(diǎn)云配準(zhǔn)的過(guò)程。利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模過(guò)程，由于存在大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理已經(jīng)成為不可突破的瓶頸。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理完成后可以進(jìn)行反求建模。在逆向工程中，三維幾何模型重建是最重要、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)，只有產(chǎn)品CAD模型是正確的，才能完善產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在模型重建之前，設(shè)計(jì)人員不僅需要了解產(chǎn)品的幾何特征和數(shù)據(jù)特征，還需要了解后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析、模具加工、快速成型等過(guò)程，這樣才能更好地減少偏差，更好地優(yōu)化設(shè)計(jì)。該方案基于 UG 軟件，按照點(diǎn)-線-面-體原型原理，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)重構(gòu)CAD模型，分為以下四個(gè)步驟：

坐標(biāo)系的成立。在模型重建過(guò)程中，第一步是建立一個(gè)坐標(biāo)系。在產(chǎn)品制造過(guò)程中必須考慮原型實(shí)際產(chǎn)品的造型，因?yàn)楹罄m(xù)的實(shí)際加工，生產(chǎn)中使用的是幾何模型。如果坐標(biāo)系不統(tǒng)一，就是直接造成矢量建模方向不一致。如何確定矢量乘積的方向，這是人們初次接觸反求技術(shù)時(shí)遇到的瓶頸，矢量損失會(huì)給建模帶來(lái)很大的困難。

確定拉力的方向。在建模過(guò)程中，通過(guò)扇形的分型線，嚴(yán)格控制產(chǎn)品的牽伸方向。第一步是確定產(chǎn)品分型線的位置，這符合塑料模具設(shè)計(jì)原則，分型線一般位于最大的區(qū)段。首先對(duì)后視鏡類(lèi)型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將其分為兩部分，并用于區(qū)分顏色，每個(gè)部分的草圖方向相同。

確定分型面/面的位置很重要。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，如果分型面的位置是在產(chǎn)品的表面而不是產(chǎn)品的邊緣上，應(yīng)該在離產(chǎn)品表面邊緣0.15毫米的距離上代替分型面的位置，否則會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)表面只劃分0.1毫米的面積，很容易產(chǎn)生破損的表面而造成錯(cuò)誤。同時(shí)，必須避免分型面從產(chǎn)品表面邊緣點(diǎn)經(jīng)過(guò)的地方，因?yàn)樗踩菀桩a(chǎn)生尖銳的表面和小的破裂表面。合理的分型面位置是在產(chǎn)品邊緣0.25 mm的位置確定的，如分型面位于產(chǎn)品包含圓角的表面上，而圓角表面邊緣在拉伸方向上的投影為直線或弧線，可直接選擇拉伸邊緣的拉伸面作為分型面;當(dāng)拉伸方向上的投影邊緣不規(guī)則，且點(diǎn)位誤差小于0.1mm時(shí)，可以從邊緣線0.25mm處產(chǎn)生一條直線，并拉出一個(gè)平面。

產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)修改后，需要重新驗(yàn)證產(chǎn)品性能參數(shù)，快速成型技術(shù)可以使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，從而提高企業(yè)效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本和風(fēng)險(xiǎn)，特別適用于小尺寸、特殊形狀的產(chǎn)品。對(duì)于快速成型后視鏡，更容易暴露產(chǎn)品缺陷，如手柄連接部曲率過(guò)大，連接主體和手柄的透視范圍不夠大，甚至邊緣倒角的調(diào)整等因素，都可以更直觀地表達(dá)出來(lái)，從而使后續(xù)的修復(fù)模式，最終確定設(shè)計(jì)，改進(jìn)設(shè)計(jì)。基于現(xiàn)實(shí)數(shù)字化逆向工程，由于缺乏必要的特征信息，以及數(shù)字化誤差的存在，在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中，平滑的操作顯得尤為重要。根據(jù)每次調(diào)整的數(shù)值不同，曲線曲面的調(diào)整方法主要分為整體調(diào)整和局部調(diào)整。每個(gè)零件出現(xiàn)問(wèn)題后都要進(jìn)行調(diào)整，確定最終的數(shù)據(jù)模型，并發(fā)送到工廠、模具生產(chǎn)、批量生產(chǎn)。

3 智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

為了提高汽車(chē)駕駛安全性，需要對(duì)汽車(chē)前視鏡的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真分析。該系統(tǒng)的輸入端與轉(zhuǎn)向軸相連，利用角度檢測(cè)傳感器測(cè)量車(chē)輛的轉(zhuǎn)向角。另一個(gè)輸入是車(chē)輛速度檢測(cè)。然后系統(tǒng)控制模塊根據(jù)車(chē)型數(shù)據(jù)庫(kù)和模型形狀參數(shù)計(jì)算后視鏡角度補(bǔ)償。補(bǔ)償發(fā)生在兩側(cè)外反射鏡的兩個(gè)自由度上?？刂颇K的處理器基于90C516RD+單片機(jī)處理器。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，它保留了原有的汽車(chē)后視鏡系統(tǒng)的所有手動(dòng)控制功能，并與智能自動(dòng)電氣控制模塊相平行，根據(jù)汽車(chē)轉(zhuǎn)向操作狀態(tài)采取額外補(bǔ)償?，F(xiàn)有的后視鏡可以轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變角度到自由度，驅(qū)動(dòng)單元是由兩個(gè)直流電機(jī)和兩個(gè)分開(kāi)的蝸桿來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的系統(tǒng)。

4 智能車(chē)輛后視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該機(jī)采用90C516RD+單片機(jī)處理器，設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)選擇按鈕并聯(lián)，可控制前進(jìn)檔和倒檔兩個(gè)分離尺寸。系統(tǒng)從自動(dòng)模式開(kāi)始，當(dāng)車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)初始化，系統(tǒng)控制單元監(jiān)控中斷信號(hào)。如果檢測(cè)到中斷信號(hào)，系統(tǒng)將切換到手動(dòng)模式。車(chē)輛行駛信號(hào)（包括行駛速度、轉(zhuǎn)向速度、轉(zhuǎn)向角度等）流入主控制器，經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換操作器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將不同尺寸的反射鏡的角度轉(zhuǎn)換到合適的位置。當(dāng)車(chē)輛回到原來(lái)的行駛狀態(tài)時(shí)，電機(jī)在不同的尺寸上反轉(zhuǎn)相同的程度，導(dǎo)致后視鏡回到相同的狀態(tài)。

以90C516RD+單片機(jī)為中央控制單元，以L298為電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，設(shè)計(jì)并測(cè)試了智能車(chē)后視系統(tǒng)，根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果，該系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌能?chē)輛轉(zhuǎn)向狀態(tài)進(jìn)行快速補(bǔ)償。該系統(tǒng)保留了現(xiàn)有的汽車(chē)后視鏡電子手動(dòng)控制系統(tǒng)。實(shí)踐證明，該產(chǎn)品具有很高的工業(yè)化潛力。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛在不同速度下轉(zhuǎn)向或倒車(chē)時(shí)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。根據(jù)消費(fèi)者調(diào)查，53%的消費(fèi)者對(duì)該產(chǎn)品表現(xiàn)出強(qiáng)烈的興趣。

5 小結(jié)

綜上，針對(duì)汽車(chē)后視系統(tǒng)轉(zhuǎn)向過(guò)程中存在的補(bǔ)償問(wèn)題，提出了對(duì)現(xiàn)有汽車(chē)后視鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)的解決方案。以 AT90C516RD + 單片機(jī)為核心控制單元，后視鏡可提供二維旋轉(zhuǎn)，可根據(jù)車(chē)輛模塊尺寸、行駛速度和轉(zhuǎn)彎角速度調(diào)整補(bǔ)償度。該設(shè)計(jì)模型已經(jīng)過(guò)測(cè)試，證實(shí)是完全可行的。該設(shè)計(jì)為解決汽車(chē)后視問(wèn)題提供了一種低成本的解決方案，具有很大的產(chǎn)業(yè)化潛力。

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