汽車側碰雷達波偏轉角度3DCS建模分析

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院,廣州 511434）

0 前言

隨著汽車駕駛朝著自動化和智能化方向發展，對雷達波的偏轉角度范圍提出更高要求，安裝在前后保險杠兩側的雷達傳感器就像汽車行駛過程中的眼睛，它的反應靈敏性和探測精度對行車安全至關重要，當雷達波偏轉角度超過一定公差范圍，就會形成探測盲區，可能發生汽車與周圍障礙物觸碰，造成安全事故[3]。本文通過3DCS建模分析研究影響側碰雷達波偏轉角度的因素，對其中重要影響因子提出優化改善建議。

1 建模

1.1 雷達偏轉角分析目標

以分析某款車型右側前保上安裝雷達波偏轉角度分析為例，雷達傳感器通過雷達支架裝配到前保上，前保通過前保側支架裝配到車身上，車身與底盤合裝為整車[4]。裝配完成后如下圖1所示：為簡化分析步驟，將雷達波轉化為過雷達傳感器中心表面建立的法線L，將雷達波繞X軸、Y軸、Z軸偏轉角度轉化為與車身基準坐標系XY平面、YZ平面、XZ平面偏轉角度，在實際應用場景中，該偏轉角度主要為繞YZ平面偏轉的水平角記為α，和繞XY平面偏轉的俯仰角γ，目標要求偏差范圍在±3°為合格[5]。

圖1 整車側碰雷達裝配圖

1.2 雷達偏轉角建模方法

零件定位需要同時限制6個自由度，本案例中采用3-2-1定位法則定位各零件，主要裝配步驟是：雷達通過雷達支架裝配到前保上，雷達與前保雷達支架建立一個裝配，前保總成通過前保支架裝配到車身上，前保總成與車身建立一個裝配，車身通過底盤合車工裝裝配到底盤上，車身與底盤建立一個裝配，共建立三個裝配。建模時根據圖紙定位信息在各零件上建立DCS點，按照圖紙定義公差輸入公差要求，通過裝配命令按照實際裝配工藝把各零件、部件裝配到一起，最后根據分析目標要求建立測量。在3DCS建模分析之前，需要對這些基本裝配條件進行假設，在模擬運算時盡可能符合實際裝配工藝，模擬運算條件如下：

（1）取樣次數：20000次；（2）所有零件不考慮零件變形；（3）所有零件的輪廓度公差分布類型為正態分布；（4）所有零件的位置度公差分布類型為RightSkew分布；（5）單件及供貨狀態總成生產能力達到6Sigma水平；（6）不考慮裝配力、熱膨脹、重力等因素影響；（7）不考慮工裝夾具磨損等因素影響；（8）三維數模中的尺寸即為公稱尺寸等因素影響；（9）測量分析目標簡化為直線與平面夾角。

表1 各零件公差分解信息

輸入各零件公差信息如表1。

說明：雷達支架與前保通過熱熔焊接為一體整體供件，作為分總成定義公差信息，車身用虛擬夾具代替輸入公差信息，不影響整體建模準確性[6]。

2 分析運算

2.1 水平偏轉角分析結果

雷達波L沿Z平面投影，投影線與X平面、Y平面形成的夾角為α1和α2，在車輛正常行駛過程中，側碰雷達盲區探測范圍大小主要取決于其中較大偏轉角度的影響，取其中偏轉較大值為水平偏轉角α。

尺寸鏈計算：分析雷達波水平偏轉角度α主要影響因子，各影響因子貢獻度如表2：

表2 水平偏轉角度α主要影響因子貢獻度

計算結果：六西格瑪：4.16°，最小角度：-2.08°，最大角度：2.07°，超差率：0 ，結果如圖2示。

2.2 俯仰偏轉角分析結果

雷達波L沿Y平面投影，投影線與X平面、Z平面形成的夾角為γ1和γ2，取其中偏轉較大值為水平偏轉角γ。

尺寸鏈計算：分析雷達波上下偏轉俯仰角度γ主要影響因子，如表3示：

表3 俯仰偏轉角度γ主要影響因子貢獻度

計算結果：六西格瑪：3.23°，最小角度：45.39°，最大角度：48.62°，超差率：0，結果如圖3示。

3 結語

通過3DCS軟件三維建模運算統計結果分析可知，汽車行駛過程中雷達波沿水平方向偏轉角度α±2.07°，沿俯仰方向偏轉角度γ±1.62°，制造和裝配公差累積造成的雷達波角度偏轉不超過設計目標±3°，按照現有設計精度水平滿足雷達盲區探測需求。但值得注意的是，影響雷達偏轉角度的主要因子是前保上雷達安裝面的輪廓度公差，水平角和俯仰角偏轉此項公差均為最主要貢獻因子，實際制造中因為前保是柔性件，容易發生形變，需要作為測量計劃中關鍵監控項重點監控。同時產品設計初期應盡可能使雷達安裝支架布置靠近前保定位點，裝配后零件精度更高，雷達波探測范圍更精確。

圖2 水平偏轉角度α計算結果

圖3 俯仰偏轉角度γ計算結果