10.16638/jki.1671-7988.2019.06.029
汽车ACC雷达姿态控制的尺寸分析及优化
白燕超，陈新华，阚天水
（爱驰汽车有限公司，上海200082）
摘要：随着汽车技术的快速发展，ACC自适应巡航雷达在汽车上得到了越来越广泛的应用。为保证ACC雷达功能的实现，ACC雷达对装车后的照射角度控制有很严格的要求，如果尺寸链太长，照射角度控制不当，往往容易造成雷达误报警或不报警等功能问题，同时也给制造工厂雷达标定工作带来很大困扰。文章运用3DCS软件对ACC 雷达照射角度控制在整车状态下进行了三维尺寸链分析建模，并对影响ACC雷达照射角度的关键因素进行了分析，同时对ACC雷达的定位方案和装配工艺进行了优化以满足ACC雷达的照射角度控制要求，对以后车型各种雷达系统、前视系统等的设计布置有一定的指导意义。
关键词：ACC雷达；姿态控制；尺寸链；3DCS
中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)06-84-04
Dimension Analysis and optimization of Automobile ACC Radar Attitude Control
Bai Yanchao, Chen Xinhua, Kan Tianshui
( AI-WAYS Automotive Co., Ltd, Shanghai 200082 )
Abstract: With the fast development of automobile technology, ACC(Adaptive Cruise Control)radar has been more and more widely used in the car. In order to the function realization of the ACC radar, the irradiation angle of ACC radar installed in the car have very strict requirements. If the dimension chain is too long, irradiation angle is out of specification. It’s often easy to cause function problem, such as radar false alarm. At the same time, it also caused great trouble to the radar calibration work of the manufacturing plant. In this paper, 3DCS software is used to analyze the 3D dimensional chain of ACC radar irradiation angle in the whole vehicle state, and the key factors affecting the ACC radar irradiation angle are optimized. At the same time, the location strategy and assembly process of ACC radar are optimized to meet the irradiation angle requirement of ACC radar. It has certain guiding significance for the design and arrangement of various radar systems and forward-looking systems in future vehicles.
Keywords: ACC Radar; Attitude Control; Dimensional Tolerance Chain; 3DCS
CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)06-84-04
1 前言
随着汽车技术的快速发展，为提高行车安全性和驾驶舒适性，越来越多的车载雷达被应用在汽车上，目前的车载雷达主要有三种：超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达[1]。而ACC自适应巡航系统作为车载雷达的一种，是通过装在汽车前方的雷达传感器，帮助司机保持适当车速并控制与前方车辆的距离。因为毫米波雷达结构较简单，价格较低，不易受电磁干扰，目前大多数ACC自适应巡航系统是以毫米波雷
作者简介：白燕超，工学硕士，美国ASME GD&T高级认证专家，就职于爱驰汽车有限公司，研究方向为汽车尺寸工程。
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白燕超 等：汽车ACC 雷达姿态控制的尺寸分析及优化
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达为基础来实现的[2-3]。
为保证ACC 雷达功能的实现，除了ACC 雷达自身系统的稳健性外，ACC 雷达传感器相对于整车姿态的照射角度也会有较大影响，如果尺寸链太长，照射角度控制不当，容易造成雷达误报警或不报警等功能问题，同时也给制造工厂雷达标定工作带来很大困难。
本文基于本公司一款全新开发的中型SUV 车型，针对ACC 雷达传感器定位方式、工艺方案、整车尺寸链、底盘尺寸链等影响因素，运用3DCS 软件进行三维尺寸链分析建模，通过对雷达传感器不同定位方式、工艺方案的优化，出了满足雷达照射角度的最优方案，提高了ACC 雷达系统设计的稳健性。
2 ACC 雷达姿态控制要求及方案研究
2.1 ACC 雷达传感器姿态控制要求
现代的ACC 雷达基本都有一定的姿态自调节能力，但这个调节范围也是有限的[4]，如图1所示，雷达的照射角度可分解为两个，雷达照射的Z 向夹角和X 向夹角。如果雷达照射角度偏差在±1°内，ACC 雷达依靠自身的调节能力能够自适应调平，不影响ACC 雷达功能实现；如果雷达照射角度偏差大于±1°，ACC 雷达则会出现误报警或不报警的功能问题。因此如何保证雷达照射角度偏差控制在±1°内则成为了本文优化的主要目标。
图1  ACC 雷达传感器照射角度要求
2.2 ACC 雷达传感器安装方案
2.2.1 ACC 雷达传感器装在前保上
图2  ACC 雷达传感器装在前保上
如果考虑雷达波受到的物理干扰因素最少，便是将雷达传感器安装在整车的最前端，即直接安装在前保上，如图2所示。但该方案的风险在于前保偏软，易下沉，雷达传感器照射角度不易控制，而增加前保的刚度又会带来成本和重量
的显著上升。同时前保为易损件，发生碰撞事故后，雷达传感器易连带损坏，车辆维修使用成本较高。
2.2.2 ACC 雷达传感器装在前防撞梁上
考虑雷达传感器安装稳定性最好的方案便是将雷达传感器直接安装在精度较高的车身上，比如前防撞梁上，如图3所示。避免了2.2.1方案的风险，但也牺牲了一定的性能。
图3  ACC 雷达传感器装在车身上
3 ACC 雷达装配工艺3DCS 尺寸链建模
3DCS 软件是进行尺寸链分析的专业软件，通过蒙特卡洛方法能够进行从零部件到整车的尺寸链装配模拟分析，在汽车行业有着广泛的应用。装配尺寸链的生成依赖于零件间装配关系和零件的尺寸公差，为了确保尺寸链分析的准确性和可靠性，尺寸链模型搭建需完全与整车装配工艺保持一致
[5]
。3DCS 尺寸链建模如图4所示。
图4  3DCS 尺寸链建模图示
3.1 ACC 雷达整车尺寸链建模过程
考虑ACC 雷达传感器姿态控制要求是在整车空载状态
下雷达照射角度的偏差波动，所以整车尺寸链装配建模过程中，要考虑从雷达传感器装配到车身，从车身装配到底盘前后悬，从底盘前后悬装配到轮胎再到地面的整个过程，如图5所示。
图5  ACC 雷达整车建模示意图
针对雷达传感器装在前保上和装在前防撞梁上的两种装配方案分别进行尺寸链建模，尺寸链环如图6和图7所示。
根据上述尺寸链，通过3DCS 软件对ACC 雷达照射角度进行整车建模分析，建模过程中，将车身作为一个整体进行考虑，将所有总装装配件打散到单件进行装配，分别对不同
汽车实用技术
86 的雷达布置方案进行分析。
图6  雷达传感器装在前保上的尺寸链
图7  雷达传感器装在前防撞梁上的尺寸链
4 结果分析及工艺方案优化
4.1 结果分析
爱驰汽车
使用3DCS 软件分别对ACC 雷达两种布置方案进行尺寸链建模分析，分析结果如图8所示。
图8  ACC 雷达不同布置方案分析结果对比
从分析结果看，雷达传感器装在前保上的方案，Z 向面的角度偏差波动6σ达到±1.46°，超差率达到5.56%，不满足±1.0°的角度控制要求；X 向面6σ为±0.9°，超差率为0.06%，满足±1.0°的角度控制要求。而雷达传感器装在前防撞梁上的方案，Z 向面的角度偏差波动的6σ为±1.08°超差率为0.51%，X 向面6σ为±0.66°，超差率为0.0 %，该方案相对雷达传感器装在前保上的方案，角度偏差波动要小的多。
从两种方案的尺寸链对比分析结果看，雷达传感器装在前防撞梁上的方案在Z 向面波动和X 向面波动均优于雷达传感器直接装在前保上的方案，同时考虑前保成本和重量因素，以及前保和雷达拆装及维修便利性，综合考虑最终选择了雷达传感器装在前防撞梁上的方案。 4.2 装配工艺优化
对于雷达传感器装在前防撞梁上的方案，虽然Z 向面和X 向面波动相对雷达传感器装在前保上的方案有了很大改善，但是Z 向面的波动超差率仍有0.51%，且6σ为±1.08°，大于±1.0°的控制要求。考虑到制造工厂对雷达传感器标定合格率的严格要求和雷达传感器的不便返修的特性，制
造工厂要求雷达传感器一次装配合格率满足6σ要求，即99.73%的合格率。所以针对雷达传感器的装配工艺方案进一步优化。
如图9所示，对分析结果的主要贡献因子进行分析，发现贡献最大的前三个因子均为前防撞梁相关公差，贡献度合计达到53.1%，所以考虑进一步从防撞梁和雷达支架的打紧
方向进行方案优化。
图9  雷达传感器角度波动的贡献因子分析
一般来讲，打紧面积越大，零件定位稳定性越好，所以对雷达支架到前防撞梁上的打紧方式进行优化，如图10所示。雷达支架的打紧方向从原来的Z 向打紧到前防撞梁优化为X 向打紧。
图10  雷达支架在前防撞梁上打紧方式的优化方案
对雷达支架打紧方式的优化方案进一步进行整车尺寸链分析建模，分析结果如图11所示，优化后雷达传感器Z 向面的角度波动6σ为±0.9°，小于±1.0°的控制要求，超差率仅为0.07%，满足99.73%的合格率要求，X 向面的波动6σ为±0.64°，超差率为0，同样也满足雷达传感器角度控制要求。通过方案优化最终雷达支架打紧到前防撞梁的方向优化为X 向。
图11  ACC 雷达装配工艺方案优化结果
5 小结
本文面向ACC 自适应巡航雷达的装配功能实现，通过整车3DCS 建模，分析和优化了从车身到底盘的影响ACC 自适应巡航雷达照射角度的              （下转第103页）
宋明 等：乘用车制动噪声及抖动整车道路试验方法及评价规范探索
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表1  主观评分标准
制动噪声（及抖动）的评价需要综合考虑不同用户和不同工况使用要素的影响，从终端用户的角度出发进行判断而不是仅仅参考客观数据。而准确的客观数据可以帮助主观评价人员与实际用户的使用情况建立紧密关联，有助于合理的进行主观评分。
4 总结
乘用车制动噪声及抖动整车道路试验方法及评价是一项系统工程，涉及试验路线的选取、特定试验设备的开发。评价需要综合考察制动系统的噪声、抖动、磨损、拖滞力矩和DTV/Runout 变化，以及主观评价等。这是一项对制动舒适性的综合评价。本文的工作，围绕黄山试验，取得如下成果：
1）形成了一套国内规范的测量测试方法和试验流程； 2）设计了多种设备和夹具的开发和试用，申请了多项相 关专利技术；
3）订立了黄山试验标准（企业标准），加快了公司产品开发的进度，节约了时间和成本；
4）黄山试验基地的建立，使试验车的测量和维护更加便捷，工作效率提高，也保护了客户原型车的密性；
5）本试验方法及评价规范的探索，为广泛接受的国家团体标准的订立提供了重要的参考。
在目前的形势下，仅有少数整车厂和零部件企业拥有试
验和评价能力，许多自主品牌企业这方面还处于起步阶段。因此，在制动行业内形成一套统一的标准，来规范各自的试验方法，有利于产品设计、优化和验证，便于零部件企业与整车企业的沟通交流，也有助于提升整个行业的产品开发水平。该文所探索的试验方法及评价规范为国家团体标准建立也将提供重要的参考。
致谢
最后，我们要感谢同济大学靳畅教授对该文章的专业建议和指导，以及对该文发表的支持和鼓励。
参考文献
[1] 洪宗辉.环境噪声控制工程.[M]北京：高等教育出版社,2002. [2] 何渝生.汽车噪声控制.[M]北京：机械工业出版社,1995. [3] 马大猷.噪声与振动控制手册[M].北京：机械工业出版社,2002.
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尺寸和工艺因素。为ACC 自适应巡航雷达的方案选择和装配工艺优化提供了有力的理论支持。通过不同的方案对比和优化，最终确定了ACC 自适应巡航雷达安装在前防撞梁上的最优方案。本文对ACC 自适应巡航雷达安装工艺方案的尺寸分析研究，对以后车型各种有角度要求的雷达系统、前视系统等的设计布置均有较强的指导意义。
参考文献
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[3] 何玮.汽车ACC 雷达技术的应用与发展.[M]现代雷达,2007(9):28-
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[4] 何玮，刘昭度，王斌.汽车自适应巡航系统激光雷达扫描平面定位.
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[5] 薛文涛.数字化装配建模技术的研究.[M]南京理工大学出版社,
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