(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院,廣州 511434)
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。
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
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??偝赏ㄟ^前保支架裝配到車身上,前??偝膳c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]。
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。
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。
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