汽车侧碰雷达波偏转角度3DCS建模分析

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州 511434）

0 前言

随着汽车驾驶朝着自动化和智能化方向发展，对雷达波的偏转角度范围提出更高要求，安装在前后保险杠两侧的雷达传感器就像汽车行驶过程中的眼睛，它的反应灵敏性和探测精度对行车安全至关重要，当雷达波偏转角度超过一定公差范围，就会形成探测盲区，可能发生汽车与周围障碍物触碰，造成安全事故[3]。本文通过3DCS建模分析研究影响侧碰雷达波偏转角度的因素，对其中重要影响因子提出优化改善建议。

1 建模

1.1 雷达偏转角分析目标

以分析某款车型右侧前保上安装雷达波偏转角度分析为例，雷达传感器通过雷达支架装配到前保上，前保通过前保侧支架装配到车身上，车身与底盘合装为整车[4]。装配完成后如下图1所示：为简化分析步骤，将雷达波转化为过雷达传感器中心表面建立的法线L，将雷达波绕X轴、Y轴、Z轴偏转角度转化为与车身基准坐标系XY平面、YZ平面、XZ平面偏转角度，在实际应用场景中，该偏转角度主要为绕YZ平面偏转的水平角记为α，和绕XY平面偏转的俯仰角γ，目标要求偏差范围在±3°为合格[5]。

图1 整车侧碰雷达装配图

1.2 雷达偏转角建模方法

零件定位需要同时限制6个自由度，本案例中采用3-2-1定位法则定位各零件，主要装配步骤是：雷达通过雷达支架装配到前保上，雷达与前保雷达支架建立一个装配，前保总成通过前保支架装配到车身上，前保总成与车身建立一个装配，车身通过底盘合车工装装配到底盘上，车身与底盘建立一个装配，共建立三个装配。建模时根据图纸定位信息在各零件上建立DCS点，按照图纸定义公差输入公差要求，通过装配命令按照实际装配工艺把各零件、部件装配到一起，最后根据分析目标要求建立测量。在3DCS建模分析之前，需要对这些基本装配条件进行假设，在模拟运算时尽可能符合实际装配工艺，模拟运算条件如下：

（1）取样次数：20000次；（2）所有零件不考虑零件变形；（3）所有零件的轮廓度公差分布类型为正态分布；（4）所有零件的位置度公差分布类型为RightSkew分布；（5）单件及供货状态总成生产能力达到6Sigma水平；（6）不考虑装配力、热膨胀、重力等因素影响；（7）不考虑工装夹具磨损等因素影响；（8）三维数模中的尺寸即为公称尺寸等因素影响；（9）测量分析目标简化为直线与平面夹角。

表1 各零件公差分解信息

输入各零件公差信息如表1。

说明：雷达支架与前保通过热熔焊接为一体整体供件，作为分总成定义公差信息，车身用虚拟夹具代替输入公差信息，不影响整体建模准确性[6]。

2 分析运算

2.1 水平偏转角分析结果

雷达波L沿Z平面投影，投影线与X平面、Y平面形成的夹角为α1和α2，在车辆正常行驶过程中，侧碰雷达盲区探测范围大小主要取决于其中较大偏转角度的影响，取其中偏转较大值为水平偏转角α。

尺寸链计算：分析雷达波水平偏转角度α主要影响因子，各影响因子贡献度如表2：

表2 水平偏转角度α主要影响因子贡献度

计算结果：六西格玛：4.16°，最小角度：-2.08°，最大角度：2.07°，超差率：0 ，结果如图2示。

2.2 俯仰偏转角分析结果

雷达波L沿Y平面投影，投影线与X平面、Z平面形成的夹角为γ1和γ2，取其中偏转较大值为水平偏转角γ。

尺寸链计算：分析雷达波上下偏转俯仰角度γ主要影响因子，如表3示：

表3 俯仰偏转角度γ主要影响因子贡献度

计算结果：六西格玛：3.23°，最小角度：45.39°，最大角度：48.62°，超差率：0，结果如图3示。

3 结语

通过3DCS软件三维建模运算统计结果分析可知，汽车行驶过程中雷达波沿水平方向偏转角度α±2.07°，沿俯仰方向偏转角度γ±1.62°，制造和装配公差累积造成的雷达波角度偏转不超过设计目标±3°，按照现有设计精度水平满足雷达盲区探测需求。但值得注意的是，影响雷达偏转角度的主要因子是前保上雷达安装面的轮廓度公差，水平角和俯仰角偏转此项公差均为最主要贡献因子，实际制造中因为前保是柔性件，容易发生形变，需要作为测量计划中关键监控项重点监控。同时产品设计初期应尽可能使雷达安装支架布置靠近前保定位点，装配后零件精度更高，雷达波探测范围更精确。

图2 水平偏转角度α计算结果

图3 俯仰偏转角度γ计算结果