顧楊丹

摘 要：根據(jù)GB 11562的要求研制一套快速測(cè)量駕駛員A柱雙目障礙角的檢測(cè)裝置，用此裝置測(cè)量雙目障礙角并與單臂三維測(cè)量劃線儀的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。

關(guān)鍵詞：雙目障礙角;檢測(cè)裝置;比對(duì)

0 引言

汽車自19世紀(jì)末誕生至今100余年期間，汽車工業(yè)從無到有，以驚人的速度發(fā)展。汽車是數(shù)量最多、普及最廣、活動(dòng)范圍最廣泛的重要的現(xiàn)代化陸地交通工具，2019年全球汽車年產(chǎn)量已接近1億輛。汽車數(shù)量的增多導(dǎo)致汽車碰撞事故越來越頻繁，行車安全也越來越受到人們的重視[1]，汽車駕駛員前方視野成為不可或缺的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。

所謂駕駛員前方視野是指駕駛員前方180°范圍內(nèi)的直接視野。目前國內(nèi)外測(cè)量駕駛員前方視野通常利用懸臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，配合三維H點(diǎn)檢驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)運(yùn)算方式表進(jìn)行汽車駕駛員前方視野的檢測(cè)。懸臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量取點(diǎn)范圍大，但需要專用測(cè)量場(chǎng)地，對(duì)環(huán)境、人員操作技能要求較高，維護(hù)保養(yǎng)成本高;便攜式三坐標(biāo)檢測(cè)方案對(duì)場(chǎng)地要求不高，但測(cè)量范圍小，要完成駕駛員前方視野的檢測(cè)需進(jìn)行轉(zhuǎn)站操作，同時(shí)由于是手動(dòng)取點(diǎn)，測(cè)量誤差大，速度慢，對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)及能力要求較高。運(yùn)用幾何關(guān)系編寫一套數(shù)據(jù)運(yùn)算公式，通過坐標(biāo)測(cè)量機(jī)取點(diǎn)后，將點(diǎn)的坐標(biāo)輸入運(yùn)算公式，通過不斷逼近的方法找到符合要求的點(diǎn)，最終通過運(yùn)算公式計(jì)算出需要的數(shù)值。在尋找符合要求的測(cè)量點(diǎn)的過程中耗費(fèi)了相當(dāng)多的時(shí)間，不利于快速有效地開展試驗(yàn)。

為了解決這一問題，提高駕駛員前方視野測(cè)量的速度及準(zhǔn)確性，簡(jiǎn)化測(cè)量程序，縮短測(cè)量時(shí)間，提升工作效率，節(jié)約測(cè)量的人工成本，研發(fā)了一套專門的測(cè)量設(shè)備。通過調(diào)節(jié)夾具，多套激光模組及低速步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器快速準(zhǔn)確地測(cè)量駕駛員前方視野。本文主要介紹運(yùn)用這套設(shè)備快速測(cè)量駕駛員側(cè)A柱雙目障礙角的測(cè)量方法。

1 測(cè)量裝置

本套設(shè)備基于GB 11562-2014標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)而成，三個(gè)基準(zhǔn)平面也與標(biāo)準(zhǔn)中定義的相一致。X基準(zhǔn)平面——垂直于Y基準(zhǔn)平面的鉛垂平面，通常規(guī)定通過左右前輪中心;Y基準(zhǔn)平面——汽車縱向?qū)ΨQ平面;Z基準(zhǔn)平面——垂直于Y和X基準(zhǔn)平面的水平面。如圖1所示，整個(gè)測(cè)試設(shè)備分三層設(shè)計(jì)，上層：投影測(cè)量裝置，此部分測(cè)量裝置通過圓形定位銷和菱形定位銷共同約束，固定安裝在六角定位調(diào)節(jié)裝置的固定平臺(tái)上，方便在檢測(cè)過程中實(shí)現(xiàn)多種測(cè)量要求的快速更換。旋轉(zhuǎn)臺(tái)支撐柱用于調(diào)節(jié)滑動(dòng)支撐輪的滑動(dòng)方向，控制支撐高度，保證探測(cè)激光固定臺(tái)面（左/右）與激光投影裝置安放臺(tái)所在平面平行?；瑒?dòng)支撐輪（左/右）與激光投影裝置安放臺(tái)表面接觸，并在其表面滾動(dòng)，減小旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸承受的杠桿扭矩。零位光電開關(guān)控制探測(cè)激光旋轉(zhuǎn)電機(jī)的初始零位，保證每次復(fù)位后A柱內(nèi)沿探測(cè)激光器都在同一個(gè)位置，從而實(shí)現(xiàn)同側(cè)A柱內(nèi)沿探測(cè)激光器和A柱外沿探測(cè)激光器發(fā)射的激光線所在平面趨于平行。定位銷孔和定位塊與激光投影裝置安放臺(tái)的定位銷對(duì)應(yīng)，用于檢測(cè)裝置的快速定位固定，見圖2。中層：六軸定位調(diào)節(jié)裝置，該裝置有六個(gè)步進(jìn)電機(jī)和一個(gè)雙軸傾角傳感器共同組成，通過底部方形孔固定安裝在底部固定支架上。六個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別對(duì)應(yīng)正常的六個(gè)自由度方向（X軸前后、Y軸左右、Z軸上下、Z軸旋轉(zhuǎn)角、X軸水平角、Y軸水平角），通過這六個(gè)電機(jī)調(diào)節(jié)投影測(cè)量裝置的位置及角度，使投影測(cè)量裝置滿足GB 11562-2014規(guī)定的位置要求。下層：安裝固定支架，該裝置放置于汽車駕駛座椅上，用于對(duì)X基準(zhǔn)平面、Y基準(zhǔn)平面、Z基準(zhǔn)平面進(jìn)行粗調(diào)，為六軸定位調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行精調(diào)作準(zhǔn)備。

2 測(cè)量方法

測(cè)量時(shí)先將設(shè)備的支撐底座放置在駕駛員座椅上，緊貼汽車座椅坐墊后部與靠背底部，使用靠背支撐桿支撐于座椅靠背上，保持支撐底座上的水平泡處于水平位置。按照正確的方法安裝其他部件，最后將對(duì)應(yīng)的激光投影裝置安放于平移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上方的支撐平臺(tái)上，由于重量變化的原因，再次調(diào)節(jié)支撐底座水平位置，防止因支撐重量的改變影響水平位置。設(shè)備的支撐與連接軸始終保持與地面垂直，X-向、Y-向與Z向都?xì)w位于最初始的狀態(tài)。將駕駛員座椅調(diào)整至要求的位置，用可滑動(dòng)的十字游標(biāo)尺量取設(shè)備上基準(zhǔn)點(diǎn)A與鎖扣點(diǎn)的X-向與Z-向的相對(duì)位置，用刻度尺量取設(shè)備上基準(zhǔn)點(diǎn)B與鎖扣點(diǎn)在Y-向相對(duì)位置，由于設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)就把R點(diǎn)與設(shè)備上的基準(zhǔn)點(diǎn)A、B的相對(duì)位置通過機(jī)械加工確定下來，這一值是恒定的?！癛點(diǎn)”指由車輛制造商為每一乘坐位置規(guī)定的設(shè)計(jì)點(diǎn)，相對(duì)于三維坐標(biāo)系來確定。“H點(diǎn)”指由標(biāo)準(zhǔn)GB 11562-2014附錄C中規(guī)定的安放在車輛座椅中的3-D H裝置的軀干與大腿的鉸接中心，“H”點(diǎn)位于該裝置兩側(cè)“H”點(diǎn)標(biāo)記鈕中心線的中點(diǎn)。在理論上“H”點(diǎn)與“R”點(diǎn)一致。放置于駕駛員座椅上的雙目障礙角測(cè)量裝置可大致視同于3-D H裝置。將基準(zhǔn)點(diǎn)A和鎖扣點(diǎn)X-向、Z-向的相對(duì)位置通過換算計(jì)算出H點(diǎn)和鎖扣點(diǎn)在X向、Z-向的位置偏差，基準(zhǔn)點(diǎn)B與H點(diǎn)的Y向坐標(biāo)在設(shè)計(jì)制造的時(shí)候就是一致的，故基準(zhǔn)點(diǎn)B與鎖扣點(diǎn)在Y-向的距離就是H點(diǎn)與鎖扣點(diǎn)相對(duì)偏差。將測(cè)量出的H點(diǎn)與鎖扣點(diǎn)的相對(duì)位置和R點(diǎn)與鎖扣點(diǎn)理論上的相對(duì)位置進(jìn)行比較，如果偏差小于±25mm，那就認(rèn)為座椅安裝滿足要求。

設(shè)備安裝粗調(diào)完畢后，接通電源，啟動(dòng)駕駛員前方視野檢測(cè)控制軟件，通過軟件連接控制箱，并導(dǎo)入控制參數(shù)。啟動(dòng)控制軟件上的“傾角跟蹤”，開始“X向-Y向自動(dòng)水平”，控制程序依據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)水平調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到位后關(guān)閉“X向-Y向自動(dòng)水平”。打開基準(zhǔn)參照激光器，打開基準(zhǔn)參數(shù)運(yùn)算功能界面，輸入車輛鎖扣點(diǎn)與R點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)。由于R點(diǎn)是一個(gè)空間不可觸摸的點(diǎn)，測(cè)量時(shí)不便于采集，通過相對(duì)比較容易采集的鎖扣點(diǎn)作為測(cè)量調(diào)試基準(zhǔn)，用配套的十字游標(biāo)滑動(dòng)尺測(cè)量出設(shè)備上的基準(zhǔn)點(diǎn)A到鎖扣的X向、Z向的距離，在基準(zhǔn)參數(shù)運(yùn)算功能界面輸入對(duì)應(yīng)的偏差。通過計(jì)算出來的位置偏差，通過控制軟件控制對(duì)應(yīng)的電機(jī)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的位移或角度。將方向盤的縱向?qū)ΨQ線定義為Y向的基準(zhǔn)，用刻度尺測(cè)量出正對(duì)著方向盤的基準(zhǔn)點(diǎn)B與方向盤中心在Y向的距離，在基準(zhǔn)參數(shù)運(yùn)算功能界面對(duì)應(yīng)位置輸入。通過控制軟件控制Y向平移電機(jī)，位移量為計(jì)算出的偏差量。R點(diǎn)與測(cè)量設(shè)備上的基準(zhǔn)點(diǎn)A和基準(zhǔn)點(diǎn)B之間的幾何關(guān)系通過機(jī)械加工將相對(duì)位置固定下來，確保彼此的位置恒定不變。通過調(diào)節(jié)基準(zhǔn)點(diǎn)A和基準(zhǔn)點(diǎn)B與鎖扣點(diǎn)之間的相對(duì)位置，間接調(diào)節(jié)了R點(diǎn)與鎖扣點(diǎn)之間的相對(duì)位置，調(diào)整到位后，測(cè)量裝置滿足了測(cè)量要求，各投射點(diǎn)的位置均處于標(biāo)準(zhǔn)要求的位置，測(cè)量結(jié)果即為標(biāo)準(zhǔn)中要求的測(cè)量值。

根據(jù)GB 11562給出的V點(diǎn)相對(duì)R點(diǎn)位置，V點(diǎn)是指在乘員艙內(nèi)，通過前排外側(cè)乘坐位置中心線的縱向鉛垂平面，與R點(diǎn)及設(shè)計(jì)座椅靠背角有關(guān)，此點(diǎn)用于檢查汽車視野是否符合要求。P點(diǎn)相對(duì)R點(diǎn)的位置，P點(diǎn)指駕駛員觀察其眼睛所在的水平面內(nèi)的目標(biāo)時(shí)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的中心點(diǎn)，Pm點(diǎn)指通過R點(diǎn)的縱向鉛垂面與P1、P2連線的交點(diǎn)。E1、E2之間以及與P1點(diǎn)之間的相對(duì)關(guān)系，E3、E4之間以及與P2點(diǎn)之間的相對(duì)關(guān)系，E點(diǎn)指代表駕駛員眼睛中心的點(diǎn)，它們用于評(píng)價(jià)A柱視野障礙。A柱指位于V點(diǎn)前68mm處橫向鉛垂平面前方的車頂支撐件和不透明零件（如門框，風(fēng)窗玻璃鑲條以及它們的附件）。嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)中要求的各點(diǎn)之間的位置關(guān)系，通過機(jī)械加工保證各點(diǎn)之間的相對(duì)位置準(zhǔn)確無誤。如圖2所示，旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制電機(jī)（左/右）的電機(jī)軸中心所在的位置對(duì)應(yīng)GB 11562上的P1、P2點(diǎn)X/Y的坐標(biāo)值。A柱內(nèi)/外沿探測(cè)激光器（左/右）所在的旋轉(zhuǎn)中心對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中的E1（E3）、E2（E4）。

如圖3所示，駕駛員側(cè)A柱的雙目障礙角指通過E2、與E1點(diǎn)的S2截面外邊緣的切線相平行的直線和通過E2點(diǎn)的截面S1內(nèi)緣的切線在水平面上的夾角。從Pm點(diǎn)向前作與水平面向下成5°的平面，過此平面與A柱相交的最前點(diǎn)作水平截面，此截面即為A柱S2截面。測(cè)量設(shè)備中左邊過Pm點(diǎn)水平向下4度激光器射出來的光線對(duì)應(yīng)著A柱S2截面。轉(zhuǎn)動(dòng)P1電機(jī)，帶動(dòng)對(duì)應(yīng)著E1點(diǎn)的左A柱外沿探測(cè)激光器的轉(zhuǎn)動(dòng)，使A柱外沿探測(cè)激光器射出的激光線與A柱外側(cè)相切，切點(diǎn)處于S2截面線上，固定P1電機(jī)。從Pm點(diǎn)向前作與水平面向上成2°的平面，過此平面與A柱相交的最前點(diǎn)作水平截面，此截面即為A柱S1截面。測(cè)量設(shè)備中左邊過Pm點(diǎn)水平向上2度激光器射出來的光線對(duì)應(yīng)著A柱S1截面。轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著E2點(diǎn)的左A柱內(nèi)沿探測(cè)激光器電機(jī)，與A柱內(nèi)側(cè)相切，切點(diǎn)處于S1截面線上，E2轉(zhuǎn)動(dòng)的角度即為雙目障礙角，由設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)計(jì)算。駕駛員右側(cè)雙目障礙角測(cè)量方法與左側(cè)類似，方向相反。

3 總結(jié)

為了驗(yàn)證該套裝置測(cè)量雙目障礙角的準(zhǔn)確性，將該套設(shè)備的測(cè)量結(jié)果和單臂三維測(cè)量劃線儀的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，看兩者的測(cè)量結(jié)果是否在公差范圍內(nèi)，一般車輛設(shè)計(jì)中對(duì)角度的公差為±0.1°。將待測(cè)車輛停放至鑄鐵平板上，用劃線機(jī)測(cè)量出車輛的駕駛員側(cè)A柱的雙目障礙角為4.72°，從建坐標(biāo)到最后得出測(cè)量結(jié)果共花費(fèi)了1.2小時(shí)。車輛停放在原來的地方不動(dòng)，將雙目障礙角測(cè)量裝置按要求放置于駕駛員座椅上，測(cè)量出駕駛員側(cè)A柱的雙目障礙角為4.65°，從放置測(cè)量裝置到得出測(cè)量結(jié)果共花費(fèi)了0.3小時(shí)，兩套設(shè)備的測(cè)量結(jié)果和測(cè)量時(shí)間記錄于表1中。

從表1中不難發(fā)現(xiàn)兩套不同的設(shè)備測(cè)量同一輛車的駕駛員側(cè)雙目障礙角，兩者的測(cè)量結(jié)果均小于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的6°，測(cè)量結(jié)果的差值為0.07°，小于±0.1°的公差要求。兩者的測(cè)量結(jié)果均符合要求，兩者的測(cè)量結(jié)果差值<0.1°，從測(cè)量結(jié)果上看兩者的差別不大，但從所花費(fèi)的時(shí)間上來看用雙目障礙角測(cè)量裝置遠(yuǎn)小于劃線儀所用的時(shí)間。用雙目障礙角測(cè)量裝置測(cè)量耗時(shí)短，效率高，更符合現(xiàn)代企業(yè)所追求的高效率、低能耗的目標(biāo)。相較于劃線儀和便攜式三坐標(biāo)在雙目障礙角的測(cè)量中優(yōu)勢(shì)更加明顯，更適合此項(xiàng)目的測(cè)量工作。

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