白燕超，陳新華，闞天水

（愛馳汽車有限公司，上海 200082）

1 前言

隨著汽車技術(shù)的快速發(fā)展，為提高行車安全性和駕駛舒適性，越來越多的車載雷達(dá)被應(yīng)用在汽車上，目前的車載雷達(dá)主要有三種：超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)[1]。而ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)作為車載雷達(dá)的一種，是通過裝在汽車前方的雷達(dá)傳感器，幫助司機(jī)保持適當(dāng)車速并控制與前方車輛的距離。因為毫米波雷達(dá)結(jié)構(gòu)較簡單，價格較低，不易受電磁干擾，目前大多數(shù) ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)是以毫米波雷達(dá)為基礎(chǔ)來實現(xiàn)的[2-3]。

為保證ACC雷達(dá)功能的實現(xiàn)，除了ACC雷達(dá)自身系統(tǒng)的穩(wěn)健性外，ACC雷達(dá)傳感器相對于整車姿態(tài)的照射角度也會有較大影響，如果尺寸鏈太長，照射角度控制不當(dāng)，容易造成雷達(dá)誤報警或不報警等功能問題，同時也給制造工廠雷達(dá)標(biāo)定工作帶來很大困難。

本文基于本公司一款全新開發(fā)的中型 SUV車型，針對ACC雷達(dá)傳感器定位方式、工藝方案、整車尺寸鏈、底盤尺寸鏈等影響因素，運(yùn)用3DCS軟件進(jìn)行三維尺寸鏈分析建模，通過對雷達(dá)傳感器不同定位方式、工藝方案的優(yōu)化，找出了滿足雷達(dá)照射角度的最優(yōu)方案，提高了 ACC雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計的穩(wěn)健性。

2 ACC雷達(dá)姿態(tài)控制要求及方案研究

2.1 ACC雷達(dá)傳感器姿態(tài)控制要求

現(xiàn)代的 ACC雷達(dá)基本都有一定的姿態(tài)自調(diào)節(jié)能力，但這個調(diào)節(jié)范圍也是有限的[4]，如圖1所示，雷達(dá)的照射角度可分解為兩個，雷達(dá)照射的Z向夾角和X向夾角。如果雷達(dá)照射角度偏差在±1°內(nèi)，ACC雷達(dá)依靠自身的調(diào)節(jié)能力能夠自適應(yīng)調(diào)平，不影響 ACC雷達(dá)功能實現(xiàn)；如果雷達(dá)照射角度偏差大于±1°，ACC雷達(dá)則會出現(xiàn)誤報警或不報警的功能問題。因此如何保證雷達(dá)照射角度偏差控制在±1°內(nèi)則成為了本文優(yōu)化的主要目標(biāo)。

圖1 ACC雷達(dá)傳感器照射角度要求

2.2 ACC雷達(dá)傳感器安裝方案

2.2.1 ACC雷達(dá)傳感器裝在前保上

圖2 ACC雷達(dá)傳感器裝在前保上

如果考慮雷達(dá)波受到的物理干擾因素最少，便是將雷達(dá)傳感器安裝在整車的最前端，即直接安裝在前保上，如圖 2所示。但該方案的風(fēng)險在于前保偏軟，易下沉，雷達(dá)傳感器照射角度不易控制，而增加前保的剛度又會帶來成本和重量的顯著上升。同時前保為易損件，發(fā)生碰撞事故后，雷達(dá)傳感器易連帶損壞，車輛維修使用成本較高。

2.2.2 ACC雷達(dá)傳感器裝在前防撞梁上

考慮雷達(dá)傳感器安裝穩(wěn)定性最好的方案便是將雷達(dá)傳感器直接安裝在精度較高的車身上，比如前防撞梁上，如圖 3所示。避免了2.2.1方案的風(fēng)險，但也犧牲了一定的性能。

圖3 ACC雷達(dá)傳感器裝在車身上

3 ACC雷達(dá)裝配工藝3DCS尺寸鏈建模

3DCS軟件是進(jìn)行尺寸鏈分析的專業(yè)軟件，通過蒙特卡洛方法能夠進(jìn)行從零部件到整車的尺寸鏈裝配模擬分析，在汽車行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。裝配尺寸鏈的生成依賴于零件間裝配關(guān)系和零件的尺寸公差，為了確保尺寸鏈分析的準(zhǔn)確性和可靠性，尺寸鏈模型搭建需完全與整車裝配工藝保持一致[5]。3DCS尺寸鏈建模如圖4所示。

圖4 3DCS尺寸鏈建模圖示

3.1 ACC雷達(dá)整車尺寸鏈建模過程

考慮 ACC雷達(dá)傳感器姿態(tài)控制要求是在整車空載狀態(tài)下雷達(dá)照射角度的偏差波動，所以整車尺寸鏈裝配建模過程中，要考慮從雷達(dá)傳感器裝配到車身，從車身裝配到底盤前后懸，從底盤前后懸裝配到輪胎再到地面的整個過程，如圖5所示。

圖5 ACC雷達(dá)整車建模示意圖

針對雷達(dá)傳感器裝在前保上和裝在前防撞梁上的兩種裝配方案分別進(jìn)行尺寸鏈建模，尺寸鏈環(huán)如圖6和圖7所示。

根據(jù)上述尺寸鏈，通過3DCS軟件對ACC雷達(dá)照射角度進(jìn)行整車建模分析，建模過程中，將車身作為一個整體進(jìn)行考慮，將所有總裝裝配件打散到單件進(jìn)行裝配，分別對不同的雷達(dá)布置方案進(jìn)行分析。

圖6 雷達(dá)傳感器裝在前保上的尺寸鏈

圖7 雷達(dá)傳感器裝在前防撞梁上的尺寸鏈

4 結(jié)果分析及工藝方案優(yōu)化

4.1 結(jié)果分析

使用3DCS軟件分別對ACC雷達(dá)兩種布置方案進(jìn)行尺寸鏈建模分析，分析結(jié)果如圖8所示。

圖8 ACC雷達(dá)不同布置方案分析結(jié)果對比

從分析結(jié)果看，雷達(dá)傳感器裝在前保上的方案，Z向面的角度偏差波動6σ達(dá)到±1.46°，超差率達(dá)到5.56%，不滿足±1.0°的角度控制要求；X向面6σ為±0.9°，超差率為0.06%，滿足±1.0°的角度控制要求。而雷達(dá)傳感器裝在前防撞梁上的方案，Z向面的角度偏差波動的6σ為±1.08°超差率為0.51%，X向面6σ為±0.66°，超差率為0.0 %，該方案相對雷達(dá)傳感器裝在前保上的方案，角度偏差波動要小的多。

從兩種方案的尺寸鏈對比分析結(jié)果看，雷達(dá)傳感器裝在前防撞梁上的方案在Z向面波動和X向面波動均優(yōu)于雷達(dá)傳感器直接裝在前保上的方案，同時考慮前保成本和重量因素，以及前保和雷達(dá)拆裝及維修便利性，綜合考慮最終選擇了雷達(dá)傳感器裝在前防撞梁上的方案。

4.2 裝配工藝優(yōu)化

對于雷達(dá)傳感器裝在前防撞梁上的方案，雖然Z向面和X向面波動相對雷達(dá)傳感器裝在前保上的方案有了很大改善，但是 Z向面的波動超差率仍有 0.51%，且 6σ為±1.08°，大于±1.0°的控制要求?？紤]到制造工廠對雷達(dá)傳感器標(biāo)定合格率的嚴(yán)格要求和雷達(dá)傳感器的不便返修的特性，制造工廠要求雷達(dá)傳感器一次裝配合格率滿足 6σ要求，即99.73%的合格率。所以針對雷達(dá)傳感器的裝配工藝方案進(jìn)一步優(yōu)化。

如圖9所示，對分析結(jié)果的主要貢獻(xiàn)因子進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)貢獻(xiàn)最大的前三個因子均為前防撞梁相關(guān)公差，貢獻(xiàn)度合計達(dá)到 53.1%，所以考慮進(jìn)一步從防撞梁和雷達(dá)支架的打緊方向進(jìn)行方案優(yōu)化。

圖9 雷達(dá)傳感器角度波動的貢獻(xiàn)因子分析

一般來講，打緊面積越大，零件定位穩(wěn)定性越好，所以對雷達(dá)支架到前防撞梁上的打緊方式進(jìn)行優(yōu)化，如圖 10所示。雷達(dá)支架的打緊方向從原來的Z向打緊到前防撞梁優(yōu)化為X向打緊。

圖10 雷達(dá)支架在前防撞梁上打緊方式的優(yōu)化方案

對雷達(dá)支架打緊方式的優(yōu)化方案進(jìn)一步進(jìn)行整車尺寸鏈分析建模，分析結(jié)果如圖11所示，優(yōu)化后雷達(dá)傳感器Z向面的角度波動6σ為±0.9°，小于±1.0°的控制要求，超差率僅為0.07%，滿足99.73%的合格率要求，X向面的波動6 σ為±0.64°，超差率為0，同樣也滿足雷達(dá)傳感器角度控制要求。通過方案優(yōu)化最終雷達(dá)支架打緊到前防撞梁的方向優(yōu)化為X向。

圖11 ACC雷達(dá)裝配工藝方案優(yōu)化結(jié)果

5 小結(jié)

本文面向 ACC自適應(yīng)巡航雷達(dá)的裝配功能實現(xiàn)，通過整車 3DCS建模，分析和優(yōu)化了從車身到底盤的影響 ACC自適應(yīng)巡航雷達(dá)照射角度的尺寸和工藝因素。為 ACC自適應(yīng)巡航雷達(dá)的方案選擇和裝配工藝優(yōu)化提供了有力的理論支持。通過不同的方案對比和優(yōu)化，最終確定了 ACC自適應(yīng)巡航雷達(dá)安裝在前防撞梁上的最優(yōu)方案。本文對 ACC自適應(yīng)巡航雷達(dá)安裝工藝方案的尺寸分析研究，對以后車型各種有角度要求的雷達(dá)系統(tǒng)、前視系統(tǒng)等的設(shè)計布置均有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。