快速测量驾驶员A柱双目障碍角方法探讨

顾杨丹

摘 要：根据GB 11562的要求研制一套快速测量驾驶员A柱双目障碍角的检测装置，用此装置测量双目障碍角并与单臂三维测量划线仪的测量结果进行比对。

关键词：双目障碍角;检测装置;比对

0 引言

汽车自19世纪末诞生至今100余年期间，汽车工业从无到有，以惊人的速度发展。汽车是数量最多、普及最广、活动范围最广泛的重要的现代化陆地交通工具，2019年全球汽车年产量已接近1亿辆。汽车数量的增多导致汽车碰撞事故越来越频繁，行车安全也越来越受到人们的重视[1]，汽车驾驶员前方视野成为不可或缺的一个衡量标准。

所谓驾驶员前方视野是指驾驶员前方180°范围内的直接视野。目前国内外测量驾驶员前方视野通常利用悬臂坐标测量机或便携式坐标测量机，配合三维H点检验装置及数据运算方式表进行汽车驾驶员前方视野的检测。悬臂坐标测量机测量取点范围大，但需要专用测量场地，对环境、人员操作技能要求较高，维护保养成本高;便携式三坐标检测方案对场地要求不高，但测量范围小，要完成驾驶员前方视野的检测需进行转站操作，同时由于是手动取点，测量误差大，速度慢，对操作人员经验及能力要求较高。运用几何关系编写一套数据运算公式，通过坐标测量机取点后，将点的坐标输入运算公式，通过不断逼近的方法找到符合要求的点，最终通过运算公式计算出需要的数值。在寻找符合要求的测量点的过程中耗费了相当多的时间，不利于快速有效地开展试验。

为了解决这一问题，提高驾驶员前方视野测量的速度及准确性，简化测量程序，缩短测量时间，提升工作效率，节约测量的人工成本，研发了一套专门的测量设备。通过调节夹具，多套激光模组及低速步进驱动器快速准确地测量驾驶员前方视野。本文主要介绍运用这套设备快速测量驾驶员侧A柱双目障碍角的测量方法。

1 测量装置

本套设备基于GB 11562-2014标准设计而成，三个基准平面也与标准中定义的相一致。X基准平面——垂直于Y基准平面的铅垂平面，通常规定通过左右前轮中心;Y基准平面——汽车纵向对称平面;Z基准平面——垂直于Y和X基准平面的水平面。如图1所示，整个测试设备分三层设计，上层：投影测量装置，此部分测量装置通过圆形定位销和菱形定位销共同约束，固定安装在六角定位调节装置的固定平台上，方便在检测过程中实现多种测量要求的快速更换。旋转台支撑柱用于调节滑动支撑轮的滑动方向，控制支撑高度，保证探测激光固定台面（左/右）与激光投影装置安放台所在平面平行。滑动支撑轮（左/右）与激光投影装置安放台表面接触，并在其表面滚动，减小旋转台控制电机旋转轴承受的杠杆扭矩。零位光电开关控制探测激光旋转电机的初始零位，保证每次复位后A柱内沿探测激光器都在同一个位置，从而实现同侧A柱内沿探测激光器和A柱外沿探测激光器发射的激光线所在平面趋于平行。定位销孔和定位块与激光投影装置安放台的定位销对应，用于检测装置的快速定位固定，见图2。中层：六轴定位调节装置，该装置有六个步进电机和一个双轴倾角传感器共同组成，通过底部方形孔固定安装在底部固定支架上。六个步进电机分别对应正常的六个自由度方向（X轴前后、Y轴左右、Z轴上下、Z轴旋转角、X轴水平角、Y轴水平角），通过这六个电机调节投影测量装置的位置及角度，使投影测量装置满足GB 11562-2014规定的位置要求。下层：安装固定支架，该装置放置于汽车驾驶座椅上，用于对X基准平面、Y基准平面、Z基准平面进行粗调，为六轴定位调节装置进行精调作准备。

2 测量方法

测量时先将设备的支撑底座放置在驾驶员座椅上，紧贴汽车座椅坐垫后部与靠背底部，使用靠背支撐杆支撑于座椅靠背上，保持支撑底座上的水平泡处于水平位置。按照正确的方法安装其他部件，最后将对应的激光投影装置安放于平移调节机构上方的支撑平台上，由于重量变化的原因，再次调节支撑底座水平位置，防止因支撑重量的改变影响水平位置。设备的支撑与连接轴始终保持与地面垂直，X-向、Y-向与Z向都归位于最初始的状态。将驾驶员座椅调整至要求的位置，用可滑动的十字游标尺量取设备上基准点A与锁扣点的X-向与Z-向的相对位置，用刻度尺量取设备上基准点B与锁扣点在Y-向相对位置，由于设备设计时就把R点与设备上的基准点A、B的相对位置通过机械加工确定下来，这一值是恒定的。“R点”指由车辆制造商为每一乘坐位置规定的设计点，相对于三维坐标系来确定。“H点”指由标准GB 11562-2014附录C中规定的安放在车辆座椅中的3-D H装置的躯干与大腿的铰接中心，“H”点位于该装置两侧“H”点标记钮中心线的中点。在理论上“H”点与“R”点一致。放置于驾驶员座椅上的双目障碍角测量装置可大致视同于3-D H装置。将基准点A和锁扣点X-向、Z-向的相对位置通过换算计算出H点和锁扣点在X向、Z-向的位置偏差，基准点B与H点的Y向坐标在设计制造的时候就是一致的，故基准点B与锁扣点在Y-向的距离就是H点与锁扣点相对偏差。将测量出的H点与锁扣点的相对位置和R点与锁扣点理论上的相对位置进行比较，如果偏差小于±25mm，那就认为座椅安装满足要求。

设备安装粗调完毕后，接通电源，启动驾驶员前方视野检测控制软件，通过软件连接控制箱，并导入控制参数。启动控制软件上的“倾角跟踪”，开始“X向-Y向自动水平”，控制程序依据设定参数进行自动水平调节，调节到位后关闭“X向-Y向自动水平”。打开基准参照激光器，打开基准参数运算功能界面，输入车辆锁扣点与R点的相对坐标。由于R点是一个空间不可触摸的点，测量时不便于采集，通过相对比较容易采集的锁扣点作为测量调试基准，用配套的十字游标滑动尺测量出设备上的基准点A到锁扣的X向、Z向的距离，在基准参数运算功能界面输入对应的偏差。通过计算出来的位置偏差，通过控制软件控制对应的电机移动或转动对应的位移或角度。将方向盘的纵向对称线定义为Y向的基准，用刻度尺测量出正对着方向盘的基准点B与方向盘中心在Y向的距离，在基准参数运算功能界面对应位置输入。通过控制软件控制Y向平移电机，位移量为计算出的偏差量。R点与测量设备上的基准点A和基准点B之间的几何关系通过机械加工将相对位置固定下来，确保彼此的位置恒定不变。通过调节基准点A和基准点B与锁扣点之间的相对位置，间接调节了R点与锁扣点之间的相对位置，调整到位后，测量装置满足了测量要求，各投射点的位置均处于标准要求的位置，测量结果即为标准中要求的测量值。

根据GB 11562给出的V点相对R点位置，V点是指在乘员舱内，通过前排外侧乘坐位置中心线的纵向铅垂平面，与R点及设计座椅靠背角有关，此点用于检查汽车视野是否符合要求。P点相对R点的位置，P点指驾驶员观察其眼睛所在的水平面内的目标时头部转动的中心点，Pm点指通过R点的纵向铅垂面与P1、P2连线的交点。E1、E2之间以及与P1点之间的相对关系，E3、E4之间以及与P2点之间的相对关系，E点指代表驾驶员眼睛中心的点，它们用于评价A柱视野障碍。A柱指位于V点前68mm处横向铅垂平面前方的车顶支撑件和不透明零件（如门框，风窗玻璃镶条以及它们的附件）。严格按照标准中要求的各点之间的位置关系，通过机械加工保证各点之间的相对位置准确无误。如图2所示，旋转台控制电机（左/右）的电机轴中心所在的位置对应GB 11562上的P1、P2点X/Y的坐标值。A柱内/外沿探测激光器（左/右）所在的旋转中心对应标准中的E1（E3）、E2（E4）。

如图3所示，驾驶员侧A柱的双目障碍角指通过E2、与E1点的S2截面外边缘的切线相平行的直线和通过E2点的截面S1内缘的切线在水平面上的夹角。从Pm点向前作与水平面向下成5°的平面，过此平面与A柱相交的最前点作水平截面，此截面即为A柱S2截面。测量设备中左边过Pm点水平向下4度激光器射出来的光线对应着A柱S2截面。转动P1电机，带动对应着E1点的左A柱外沿探测激光器的转动，使A柱外沿探测激光器射出的激光線与A柱外侧相切，切点处于S2截面线上，固定P1电机。从Pm点向前作与水平面向上成2°的平面，过此平面与A柱相交的最前点作水平截面，此截面即为A柱S1截面。测量设备中左边过Pm点水平向上2度激光器射出来的光线对应着A柱S1截面。转动对应着E2点的左A柱内沿探测激光器电机，与A柱内侧相切，切点处于S1截面线上，E2转动的角度即为双目障碍角，由设计软件自动计算。驾驶员右侧双目障碍角测量方法与左侧类似，方向相反。

3 总结

为了验证该套装置测量双目障碍角的准确性，将该套设备的测量结果和单臂三维测量划线仪的测量结果进行比对，看两者的测量结果是否在公差范围内，一般车辆设计中对角度的公差为±0.1°。将待测车辆停放至铸铁平板上，用划线机测量出车辆的驾驶员侧A柱的双目障碍角为4.72°，从建坐标到最后得出测量结果共花费了1.2小时。车辆停放在原来的地方不动，将双目障碍角测量装置按要求放置于驾驶员座椅上，测量出驾驶员侧A柱的双目障碍角为4.65°，从放置测量装置到得出测量结果共花费了0.3小时，两套设备的测量结果和测量时间记录于表1中。

从表1中不难发现两套不同的设备测量同一辆车的驾驶员侧双目障碍角，两者的测量结果均小于标准中规定的6°，测量结果的差值为0.07°，小于±0.1°的公差要求。两者的测量结果均符合要求，两者的测量结果差值<0.1°，从测量结果上看两者的差别不大，但从所花费的时间上来看用双目障碍角测量装置远小于划线仪所用的时间。用双目障碍角测量装置测量耗时短，效率高，更符合现代企业所追求的高效率、低能耗的目标。相较于划线仪和便携式三坐标在双目障碍角的测量中优势更加明显，更适合此项目的测量工作。

参考文献：

[1]陈家瑞.汽车构造：上册，下册[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]GB 11562-2014.汽车驾驶员前方视野要求及测量方法[M].北京：中国标准出版社，2014.

[3]ECE R125.关于就驾驶员前方视野批准机动车辆的统一规定[S].欧洲经济委员会，2011.