運用三維坐標系法對試驗車輛部分位置調節

洪念樂

摘 要：近年來，隨著經濟的不斷發展，汽車行業也是蓬勃發展，據易車網報道目前我國汽車人均擁有量達到了0.141[1]。本文主要講述汽車試驗時，實驗前汽車相關位置的調節方法的改進。其試驗方法也有制定的相關強檢標準，但是隨著科學技術的不斷發展創新，試驗人員的不斷研究改進，對于質量、效率的要求也是越來越嚴格，現針對被動安全試驗時其汽車的轉向管柱，座椅行程的調節，對傳統調節方法進行改進，運用三維坐標系進行車內部件的調節。

關鍵詞：被動安全 調節方法 三維坐標系 精密 效率

Application of the Three-dimensional Coordinate System Method to the Adjustment of the Test Vehicle Position

Hong Nianle

Abstract：In recent years， with the continuous development of the economy， the automobile industry is also booming. According to Bitauto.com， the current per capita car ownership in our country has reached 0.141 [1]. This article mainly describes the improvement of the adjustment method of the relevant position of the car before the test during the car test. The test method also has related mandatory inspection standards. However， with the continuous development and innovation of science and technology， and the continuous research and improvement of test personnel， the requirements for quality and efficiency are becoming more and more stringent. Now it is aimed at the steering of its cars during passive safety tests. The adjustment of the pipe column and seat stroke improves the traditional adjustment method， and the article applies the three-dimensional coordinate system to the adjustment of the interior parts of the car.

Key words：passive safety， adjustment method， three-dimensional coordinate system， precision， efficiency

1 汽車轉向管柱的調節

1.1 緒論

隨著汽車保有量不斷增加，道路交通事故也與之俱增，汽車給人類帶來生活上的便捷，但也帶來了人生災難和財產損失，我國每年有大量的人在交通事故喪生，并且其比例遠遠高于其它發達國家！隨著國人對汽車知識儲備的提升，也逐漸由對車速、外觀的關注轉移到汽車安全上來[2]。我國本著對國民人身安全負責的態度，也一直不斷加強對汽車安全質量的監督，以及汽車安全法規的不斷改進，對車輛的安全性能越來越嚴格。我國目前乘用車的被動安全試驗，國內的相關法規主要有GB11551-2014汽車正面碰撞的乘員保護，GB20071-2006汽車側面碰撞的乘員保護，GB20072-2006乘用車后碰撞燃油系統安全要求，GB26134-2010乘用車頂部抗壓強度以及C-IASI中國保險汽車安全指數等。

1.2 轉向管柱的試驗要求

與乘員相關的試驗都會涉及轉向管柱的調節，因為轉向管柱在汽車發生重大碰撞事故中，由于其裝配有安全氣囊，在事故發生過程中對乘員起到一定的保護作用，氣囊的展開能夠很好的吸收撞擊能量，使乘員頭部得到保護，所以在碰撞試驗時我們也會把轉向管柱調節到規定的試驗位置進行試驗，通過相關儀器采集假人的傷害，來對試驗車的性能結果進行評判。

國標試驗中我們需要把試驗車輛的轉向管柱調節到前后中間，上下行程中間[3]。針對不同的汽車生產廠家或汽車檢驗公司都會有相應的調節方式，其調節方式最終也能達到預期效果！但是經過我本人對其它方式方法的了解和實際操作，對比三維坐標系法來進行調節，目前來說很難在精度上和三維坐標系媲美，另外當我們形成一個整體的三維坐標系法進行其它部件調節時，總體效率也會有顯著的提高。所以我認為本著對試驗更加嚴謹態度，以及對工作效率的提升建議采用三維坐標系法來進行部分裝置進行調節。

1.3 三維坐標系法的建系要求

首先選擇一個平整的基準面，目前國內實驗室部分可以滿足此條件，在擺正試驗車身后，用楔塊抵住前后輪胎，避免車輛輕微移動。再用千斤頂輕微的接觸車輛的左右兩邊，用卷尺測量左右兩邊的輪眉高度，通過對千斤頂的輕微調節，使左右兩邊的輪眉高度達到一致。并用電子角度儀在車輛左右對稱的門檻處量取角度，通過對比使之保持一致。盡可能消除試驗誤差。最后采用3、2、1的方法進行建系，采用法規的方向來進行X，Y，Z，三軸的定義（X軸方向是由車頭指向車尾的方向為正方向，Y軸方向是由車頭左側指向車頭右側的方向為正方向，Z軸方向是由地面指向車頂的方向為正方向）一般采用車門的鎖扣定義為原點。

對于部分實驗室無法滿足地面水平的情況，不應該采用3、2、1、的建系操作。我們可以在擺正車身后，采用擬合車身坐標系的手法來進行建系，也能達到我們所需的坐標系，從而進行試驗調節。在檢驗坐標系正確無誤后，可以進行試驗調節。

1.4 轉向管柱的調節步驟

首先我們的目標是要把轉向管柱調節到角度上下中間，前后行程中間，此過程考慮到轉向管柱的運動軌跡的不同，制定相對應的流程。

對于前后行程來講，其運動軌跡是一個簡單的直線，我們可以在方向盤上任意選取一個方便操作的點并進行標記，然后把轉向管柱輕微的移動到最前、最后、。用三坐標分別打出位于最前最后這二個點并做記錄下來，通過計算X軸最前最后二點的平均值我們可以確定其中間行程，并移動到最終位置。

對于上下行程來說，由于其移動軌跡是個弧形，不能用簡單的平均求值來得出結果，應如下求值：

已知轉向管柱的移動半徑R是固定的，分別把轉向管柱移動到最上記為點A（X1，Z1），移動到最下記為點B（X2，Z2），弧長為L。

向量AB=

θ=2arcsin

=θR=

根據弧長的求導公式計算，我們可以得出二分之一的弧度，以此完成所需調節，達到預期效果。

其優點：

①因為三坐標的精度基本可以保證在0.1mm左右，這是目前其用它技術調節難以達到的測量精度。

②由于采用三坐標進行調節，可以減少試驗人員與試驗車輛的接觸，這樣也可以有效避免一些不必要的人為誤差。

③建立坐標系以后可以對其它要調節的部位進行調節，總體時間一定是比傳統的調節方式更加快捷，所以可以極大的提升試驗人員的工作效率。

2 座椅行程的調節

2.1 被動安全中座椅要求

汽車被動安全試驗中，只要需要采集假人數據的，座椅的行程是也是一項具有明確要求的調節位置，在GB20072-2006中其試驗的碰撞線也和座椅行程有關[3]。座椅的高低位置和前后行程位置都是直接影響假人的放置位置，在發生碰撞過程中是對假人從頭部的合成加速度，假人頸部的力和力矩、假人的胸部位移、胸部粘性指標、到假人大腿力的采集以及試驗后假人生存空間的判定都是密切相關的。

所以座椅行程的調節，是對整個碰撞試驗有著重要意義。所以我們如何對其進行調節，以此來保證試驗的嚴謹性和有效性。

2.2 運用三維坐標系進行座椅調節方式

舉例（GB11551-2014汽車正面碰撞的乘員保護，其座椅行程要求為前后中間，上下高調中間）。

按照法規要求，我們需要對座椅位置進行試驗位置的調節，當我們在對主駕座椅進行座椅行程調節時，由于此前我們用三維坐標系法調節過汽車的轉向管柱，而主駕座椅和轉向管柱位于同一側，我們完全可以利用之前同一個坐標系來進行座椅行程的打點，在座椅側面標記一個點，使座椅移動到最前且座椅齒輪卡死的位置進行打點并記錄，再使座椅移動到最后齒輪卡死的位置打點并記錄，最后通過相同的求平均值方法來確定座椅行程的試驗位置。這也是之前所說的在消除人為誤差的同時也更高效！對于副駕的座椅可以采用相關的三維坐標系蛙跳原理手法進行相同的調節，達到預期效果。

優點：

①因為共用坐標系的原因，可以很快的獲取我們要的數值，從而提高工作效率。

②相比其它調節方式，其精度更高，減少誤差。

3 座椅靠背角的調節要求及步驟

3.1 靠背角的定義

座椅靠背與Z軸的形成的一個夾角，我們定義為靠背角。

3.2 運用三維坐標系法對靠背角的調節

在汽車碰撞試驗中，法規對座椅靠背角的取值要求是：在廠家沒有具體規定時我們要調節到25°。在1.3中我們已經建立好三維坐標系，可以直接對座椅進行相對調節。

分別在座椅的頭枕桿附近，腰脫以及坐墊處選出三組對稱點并做好標記。用三坐標分別打出三組坐標，可以通過這三組的Y值求出座椅中線并記錄。然后我們可以按照3-DH的放置要求（對于二代3-DH，按照從中間到兩邊的順序，對于一代3-DH，按照從下往上的順序，放上所有重塊;）;把3-DH放在試驗座椅上，通過對3-DH左右二個H點進行打點并記錄，得出3-DH的中心線。參考座椅中心線，使這二條中心線Y值保持一致時，通過輕微的移動座椅靠背，用角度儀在3-DH上量取試驗要求的角度，此時即為我們要求的試驗角度。

關于乘員艙的相關位置調節，本文尚未涉及到的，我們通過正確的操作方式都可以使用同一坐標系，提升工作效率。

4 總結

本章內容主要針對汽車安全法規要求，運用三維坐標系法對試驗車輛的轉向管柱、座椅行程以及座椅的靠背角的調節，這些相關位置在汽車的被動安全試驗前調節都是必不可少的一環，其作用也是可以間接影響到實驗后對假人各部位傷害值的采集，從而影響到對車身安全的判定結果。作為試驗的把控者，本著公正負責的態度，應該嚴格的遵從法規，把試驗車輛的每個部位都精準的調節到相應的試驗位置。

我們如何運用現有的儀器設備更加精準快速的把汽車各部件調節到試驗要求位置，而目前我認為三維坐標系法在調節相關位置時，能夠精準的完成我們所需的試驗要求，在減少精度誤差提升試驗質量的同時，還可以提升我們的工作效率。希望本次論述能夠為被汽車動安全試驗提供幫助，也希望此方法能夠得到推廣運用。

參考文獻：

[1]易車網.

[2]汽車被動安全技術—鐘迎 指導老師：徐磊 2013年11月.

[3]GB11551-2014汽車正面碰撞乘員的乘員保護.

[4]GB20071-2006汽車側面碰撞的乘員保護.