汽車前照燈光軸檢測偏差補償策略＊

潘嵩巖 崔懷于 徐燈福 藍志坤 吳培娣

（1.吉林大學；2.長春大學）

汽車前照燈光軸檢測偏差補償策略＊

潘嵩巖1崔懷于1徐燈福1藍志坤2吳培娣1

（1.吉林大學；2.長春大學）

分析了汽車前照燈光軸檢測的誤差來源，提出了汽車軸偏角補償量、汽車停放角補償量和汽車停放距離補償量的測量方法，論述了汽車前照燈光軸檢測水平方向誤差及垂直方向誤差的補償策略，設計了汽車前照燈檢測誤差補償系統。試驗結果表明，對檢測誤差進行補償后，水平方位角的檢測結果方差由1.836×10-1降為0.183×10-1，垂直方位角的檢測結果方差由1.53×10-2降為0.39×10-2，驗證了汽車前照燈檢測誤差補償策略的有效性和準確性。

1 前言

隨著汽車技術的發展和汽車行駛速度的提高，精確檢測并控制汽車前照燈照射方向，對保證汽車夜間行車的安全性具有重要意義[1～3]。

目前對汽車前照燈光軸方向檢測的研究主要集中于提高前照燈檢測儀測量精度等方面。辛淑華等[4]利用模糊控制技術控制前照燈檢測儀光軸自動跟蹤過程，提高了檢測儀光軸自動跟蹤的精度；王維青等[5]采用擺正裝置對汽車車體偏斜量進行校正，提高了前照燈檢測的準確性；Michal Harhaj[6]利用LabVIEW建立了虛擬檢測樣機，可自動調整光幕以適應方向自動調節的前照燈，具有較強的適應性。上述檢測方法雖然提高了汽車前照燈光軸的檢測精度，但是由于在檢測時水平方向受到汽車軸偏角以及汽車停放后后軸垂線與行車中心線夾角的影響，同時在垂直方向受到汽車前照燈與檢測儀之間停放距離偏差的影響，導致被檢車輛前照燈檢測結果離散性較大，測量重復性存在一定誤差[7]。

為解決上述問題，提出了汽車前照燈水平方向與垂直方向角度誤差補償量的測量方法，實現了汽車前照燈檢測誤差的獨立補償，并通過實車試驗驗證了該方法的穩定性和可行性。

2 汽車前照燈檢測時水平方向補償策略

2.1 汽車軸偏角補償量測量原理

汽車車身縱向軸線與后軸垂線的夾角稱為汽車軸偏角。汽車軸偏角測量原理如圖1所示。圖1中，2個共面布置的激光測距儀沿行車中心線左右對稱分布，且2個測距儀所在平面與制動臺滾筒軸線平行，2個激光反射面固定于由前照燈所確定的平面內，激光測距儀向反射面發射出與行車中心線平行的2條激光線。汽車后輪停在制動試驗臺的滾筒上，利用滾筒旋轉來帶動后輪旋轉，產生使后軸繞前軸中心O水平旋轉的回正力矩T，使汽車后軸與行車中心線垂直。

汽車軸偏角α1為：

式中，M1為汽車停在制動試驗臺上且后軸擺正時，左側激光反射面到前照燈檢測儀的距離；N1為右側激光反射面到前照燈檢測儀的距離；A為兩激光測距儀的距離。

當α1＞0時，表示汽車車體相對后軸左偏；當α1＜0時，表示汽車車體相對后軸右偏；當α1=0時，表示汽車車體相對后軸無偏斜。α1即為車體偏斜補償量。

2.2 汽車水平停放角補償量測量原理

汽車停放后后軸垂線與行車中心線夾角稱為汽車停放角[8]，汽車停放角測量原理如圖2所示。

在測量出汽車軸偏角α1后，將待檢車輛駛出制動臺，按照檢測要求停放在前照燈檢測儀前，通過激光測距儀測量距離M2和N2，則汽車停放角α2為：

式中，M2為左激光反射面到前照燈檢測儀的距離；N2為右激光反射面到前照燈檢測儀的距離。

當α2＞0時，表示汽車停放左偏；當α2＜0時，表示汽車停放右偏；當α2=0時，表示汽車停正。α2即為汽車水平停放偏斜補償量。

2.3 汽車停放偏斜角補償量測量原理

車輛停放后進行前照燈檢測時，汽車停放角與汽車軸偏角之和稱為汽車停放偏斜角，如圖3所示。汽車停放偏斜角代表由汽車軸偏角和汽車停放誤差所引起的水平方向綜合誤差。

汽車停放偏斜角α為：

當α＞0時，表示汽車相對于由后軸所決定的行駛方向左偏停放；當α＜0時，表示汽車相對于由后軸所決定的行駛方向右偏停放；當α=0時，表示汽車沿著由后軸所決定的行駛方向無偏停放。

2.4 汽車前照燈檢測誤差水平方向補償

汽車前照燈檢測水平方向補償后的實際光軸水平方位角為：

式中，γ為補償后前照燈水平方位角；β為補償前前照燈水平方位角；β、γ以被測汽車理論縱向軸線為基準逆時針為正，順時針為負。

3 汽車前照燈檢測時垂直方向補償策略

由于被檢測汽車相對前照燈檢測儀的停放距離不同，所以進行檢測時會導致前照燈光軸的垂直方向方位角產生偏差。前照燈的垂直方向方位角補償方法如圖4所示，當待檢汽車停放在距前照燈檢測儀距離為L的標準停車位置D時，前照燈光軸為DD′；當待檢汽車停放在距離檢測儀L′處的位置B時，前照燈光軸為BB′。因為檢測儀計量光軸方位角時以待檢汽車停放在標準停車位置D為基準，因此當待檢車輛停放在距前照燈檢測儀L′處時，前照燈檢測儀會以DB′與水平線的夾角θ1作為測量所得前照燈垂直方位角，從而與待檢車輛的實際前照燈垂直方位角θ2產生偏差。

圖4中:

式中，h′為前照燈光軸補償前的偏斜量；h為實際偏斜量；θ1為前照燈光軸補償前的垂直方位角；θ2為實際垂直方位角。

由式（5）和式（6）可得:

4 前照燈檢測誤差補償量測量系統

汽車前照燈檢測誤差補償量測量系統如圖5所示，主要包括激光反射面裝置、前照燈檢測儀及激光測距儀等。激光反射面裝置結構如圖6所示，主要由支撐桿、固定機構、測距機構及激光反射面組成。反射面裝置可使兩反射面在同一平面內且與汽車前照燈前端面共面。進行汽車前照燈檢測時，待檢汽車在前照燈檢測儀前停穩后，激光測距儀向反射面發射激光線并分別計量激光測距儀到汽車左、右前照燈的距離。

5 試驗分析

為驗證該補償策略的有效性，對補償方法進行了如圖7所示的實車試驗。首先檢測前照燈檢測儀自身的重復性。在同一停車位置對汽車前照燈光軸方位角進行3次檢測，即汽車前照燈檢測時水平方向產生軸偏角和停放角未引入到檢測中。由表1的試驗結果可知，汽車前照燈光軸水平方位角和垂直方位角的檢測結果變化較小，說明該前照燈檢測儀自身的測量重復性較好。然后，將試驗車多次隨機停放在距前照燈檢測儀1 m處，檢測由于汽車停放偏斜角導致的誤差并進行補償。由于前照燈檢測儀對前照燈水平方向與垂直方向的方位角獨立測量，因此可以分別記錄水平和垂直方向的試驗結果。

在汽車處于不同停放位置時，對前照燈的水平方位角和垂直方位角的測量誤差分別進行補償，如表2和表3所列。由表2和表3可知，將汽車軸偏角及汽車停放角的誤差補償后，遠光和近光水平方位角平均提高了0.437°；左側遠、近垂直方位角均值分別提高了0.095°和0.026°；右側遠、近光垂直方位角均值分別提高了0.062°和0.084°。試驗表明，提出的汽車前照燈檢測誤差補償方法實現了對水平方向汽車停放偏斜角和垂直方向汽車停放距離偏差的準確補償，提高了前照燈檢測結果的準確性。

表1 前照燈檢測儀重復性檢測結果

表2 前照燈水平方位角補償試驗結果

表3 前照燈垂直方位角補償試驗結果

6 結束語

在總結現有汽車前照燈光軸方向檢測方法的基礎上，將導致汽車前照燈檢測偏差的主要因素歸納為水平方向的汽車軸偏角、停放角以及垂直方向的汽車停放距離導致的偏差。為減小前照燈檢測結果的誤差，提出了汽車前照燈水平方向和垂直方向角度誤差補償量的測量方法，實現了汽車前照燈檢測水平方向和垂直方向測量誤差的獨立補償。試驗表明，所提出的汽車前照燈檢測誤差補償方法實現了對水平方向汽車停放偏斜角和垂直方向汽車停放距離偏差的準確補償，提高了前照燈檢測結果的準確性。

1周求湛，吳丹娥，王淼石，等.基于微控制器的新型智能車燈控制系統的設計與實現.吉林大學學報（工學版），2009，39（2）.

2 Sousa J M，Vogado J.An experimental investigation of fluid flow and wall temperaturedistributions in an automotive headlight.International Journal of Heat and FluidFlow，2005，26（5）.

3 Liou，Yuan Chang.An anamorphic automobile headlamp design.Proceedings of theInstitutionof Mechanical Engineers，2008，222（D6）.

4辛淑華，施衛.汽車前照燈檢測儀的模糊控制自動跟蹤光軸.華南理工大學學報，2000，28（6）.

5王維青.汽車前照燈檢測中的擺正與修正.汽車維修，2008，3（2）.

6 Michal Harhaj.The software applicationdeveloped with LabVIEW vision performs the mathematical evaluation of thepicture projected on the focusing screen.National Instruments，2011，26（5）.

7林慧英.基于立體視覺的汽車車身與車軸位置偏差檢測系統的研究:[學位論文].長春：吉林大學，2008.

（責任編輯文楫）

修改稿收到日期為2014年5月2日。

Com pensation Strategy on Optical Axis Detection Deviation of Automotive Head lam p

Pan Songyan1，Cui Huaiyu1，Xu Dengfu1，Lan Zhikun2，Wu Peidi1
（1.Jilin University;2.Changchun University）

Sources of headlamp optical axis detection error are analyzed and measurement methods for the compensation values of vehicle wheel setback angle，parking angle and vehicle parking distance are presented. Compensation strategy for the detection errors of vehicle headlamp optical axis in horizontal and vertical direction is discussed，and error compensation system for vehicle headlamp test is designed.The test results show that the variance of the horizontal azimuth declines to 0.183×10-1from 1.836×10-1，moreover，the variance of vertical azimuth decreases to 0.39×10-2from1.53×10-2after compensation is made to inspection errors.The feasibility and accuracy of compensation strategy on optical axis inspection deviation of vehicle headlamp are proved.

Vehicle Headlamp Detection deviation Compensation strategy

汽車前照燈光軸檢測偏差補償策略

U467.5

A

1000-3703（2014）08-0042-04

教育部高等學校博士學科點專項科研基金項目（20100061120067）。