潘嵩巖 崔懷于 徐燈福 藍(lán)志坤 吳培娣

（1.吉林大學(xué)；2.長(zhǎng)春大學(xué)）

汽車前照燈光軸檢測(cè)偏差補(bǔ)償策略＊

潘嵩巖1崔懷于1徐燈福1藍(lán)志坤2吳培娣1

（1.吉林大學(xué)；2.長(zhǎng)春大學(xué)）

分析了汽車前照燈光軸檢測(cè)的誤差來(lái)源，提出了汽車軸偏角補(bǔ)償量、汽車停放角補(bǔ)償量和汽車停放距離補(bǔ)償量的測(cè)量方法，論述了汽車前照燈光軸檢測(cè)水平方向誤差及垂直方向誤差的補(bǔ)償策略，設(shè)計(jì)了汽車前照燈檢測(cè)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)檢測(cè)誤差進(jìn)行補(bǔ)償后，水平方位角的檢測(cè)結(jié)果方差由1.836×10-1降為0.183×10-1，垂直方位角的檢測(cè)結(jié)果方差由1.53×10-2降為0.39×10-2，驗(yàn)證了汽車前照燈檢測(cè)誤差補(bǔ)償策略的有效性和準(zhǔn)確性。

1 前言

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和汽車行駛速度的提高，精確檢測(cè)并控制汽車前照燈照射方向，對(duì)保證汽車夜間行車的安全性具有重要意義[1～3]。

目前對(duì)汽車前照燈光軸方向檢測(cè)的研究主要集中于提高前照燈檢測(cè)儀測(cè)量精度等方面。辛淑華等[4]利用模糊控制技術(shù)控制前照燈檢測(cè)儀光軸自動(dòng)跟蹤過(guò)程，提高了檢測(cè)儀光軸自動(dòng)跟蹤的精度；王維青等[5]采用擺正裝置對(duì)汽車車體偏斜量進(jìn)行校正，提高了前照燈檢測(cè)的準(zhǔn)確性；Michal Harhaj[6]利用LabVIEW建立了虛擬檢測(cè)樣機(jī)，可自動(dòng)調(diào)整光幕以適應(yīng)方向自動(dòng)調(diào)節(jié)的前照燈，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。上述檢測(cè)方法雖然提高了汽車前照燈光軸的檢測(cè)精度，但是由于在檢測(cè)時(shí)水平方向受到汽車軸偏角以及汽車停放后后軸垂線與行車中心線夾角的影響，同時(shí)在垂直方向受到汽車前照燈與檢測(cè)儀之間停放距離偏差的影響，導(dǎo)致被檢車輛前照燈檢測(cè)結(jié)果離散性較大，測(cè)量重復(fù)性存在一定誤差[7]。

為解決上述問(wèn)題，提出了汽車前照燈水平方向與垂直方向角度誤差補(bǔ)償量的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)了汽車前照燈檢測(cè)誤差的獨(dú)立補(bǔ)償，并通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的穩(wěn)定性和可行性。

2 汽車前照燈檢測(cè)時(shí)水平方向補(bǔ)償策略

2.1 汽車軸偏角補(bǔ)償量測(cè)量原理

汽車車身縱向軸線與后軸垂線的夾角稱為汽車軸偏角。汽車軸偏角測(cè)量原理如圖1所示。圖1中，2個(gè)共面布置的激光測(cè)距儀沿行車中心線左右對(duì)稱分布，且2個(gè)測(cè)距儀所在平面與制動(dòng)臺(tái)滾筒軸線平行，2個(gè)激光反射面固定于由前照燈所確定的平面內(nèi)，激光測(cè)距儀向反射面發(fā)射出與行車中心線平行的2條激光線。汽車后輪停在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的滾筒上，利用滾筒旋轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)后輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生使后軸繞前軸中心O水平旋轉(zhuǎn)的回正力矩T，使汽車后軸與行車中心線垂直。

汽車軸偏角α1為：

式中，M1為汽車停在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上且后軸擺正時(shí)，左側(cè)激光反射面到前照燈檢測(cè)儀的距離；N1為右側(cè)激光反射面到前照燈檢測(cè)儀的距離；A為兩激光測(cè)距儀的距離。

當(dāng)α1＞0時(shí)，表示汽車車體相對(duì)后軸左偏；當(dāng)α1＜0時(shí)，表示汽車車體相對(duì)后軸右偏；當(dāng)α1=0時(shí)，表示汽車車體相對(duì)后軸無(wú)偏斜。α1即為車體偏斜補(bǔ)償量。

2.2 汽車水平停放角補(bǔ)償量測(cè)量原理

汽車停放后后軸垂線與行車中心線夾角稱為汽車停放角[8]，汽車停放角測(cè)量原理如圖2所示。

在測(cè)量出汽車軸偏角α1后，將待檢車輛駛出制動(dòng)臺(tái)，按照檢測(cè)要求停放在前照燈檢測(cè)儀前，通過(guò)激光測(cè)距儀測(cè)量距離M2和N2，則汽車停放角α2為：

式中，M2為左激光反射面到前照燈檢測(cè)儀的距離；N2為右激光反射面到前照燈檢測(cè)儀的距離。

當(dāng)α2＞0時(shí)，表示汽車停放左偏；當(dāng)α2＜0時(shí)，表示汽車停放右偏；當(dāng)α2=0時(shí)，表示汽車停正。α2即為汽車水平停放偏斜補(bǔ)償量。

2.3 汽車停放偏斜角補(bǔ)償量測(cè)量原理

車輛停放后進(jìn)行前照燈檢測(cè)時(shí)，汽車停放角與汽車軸偏角之和稱為汽車停放偏斜角，如圖3所示。汽車停放偏斜角代表由汽車軸偏角和汽車停放誤差所引起的水平方向綜合誤差。

汽車停放偏斜角α為：

當(dāng)α＞0時(shí)，表示汽車相對(duì)于由后軸所決定的行駛方向左偏停放；當(dāng)α＜0時(shí)，表示汽車相對(duì)于由后軸所決定的行駛方向右偏停放；當(dāng)α=0時(shí)，表示汽車沿著由后軸所決定的行駛方向無(wú)偏停放。

2.4 汽車前照燈檢測(cè)誤差水平方向補(bǔ)償

汽車前照燈檢測(cè)水平方向補(bǔ)償后的實(shí)際光軸水平方位角為：

式中，γ為補(bǔ)償后前照燈水平方位角；β為補(bǔ)償前前照燈水平方位角；β、γ以被測(cè)汽車?yán)碚摽v向軸線為基準(zhǔn)逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)。

3 汽車前照燈檢測(cè)時(shí)垂直方向補(bǔ)償策略

由于被檢測(cè)汽車相對(duì)前照燈檢測(cè)儀的停放距離不同，所以進(jìn)行檢測(cè)時(shí)會(huì)導(dǎo)致前照燈光軸的垂直方向方位角產(chǎn)生偏差。前照燈的垂直方向方位角補(bǔ)償方法如圖4所示，當(dāng)待檢汽車停放在距前照燈檢測(cè)儀距離為L(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)停車位置D時(shí)，前照燈光軸為DD′；當(dāng)待檢汽車停放在距離檢測(cè)儀L′處的位置B時(shí)，前照燈光軸為BB′。因?yàn)闄z測(cè)儀計(jì)量光軸方位角時(shí)以待檢汽車停放在標(biāo)準(zhǔn)停車位置D為基準(zhǔn)，因此當(dāng)待檢車輛停放在距前照燈檢測(cè)儀L′處時(shí)，前照燈檢測(cè)儀會(huì)以DB′與水平線的夾角θ1作為測(cè)量所得前照燈垂直方位角，從而與待檢車輛的實(shí)際前照燈垂直方位角θ2產(chǎn)生偏差。

圖4中:

式中，h′為前照燈光軸補(bǔ)償前的偏斜量；h為實(shí)際偏斜量；θ1為前照燈光軸補(bǔ)償前的垂直方位角；θ2為實(shí)際垂直方位角。

由式（5）和式（6）可得:

4 前照燈檢測(cè)誤差補(bǔ)償量測(cè)量系統(tǒng)

汽車前照燈檢測(cè)誤差補(bǔ)償量測(cè)量系統(tǒng)如圖5所示，主要包括激光反射面裝置、前照燈檢測(cè)儀及激光測(cè)距儀等。激光反射面裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要由支撐桿、固定機(jī)構(gòu)、測(cè)距機(jī)構(gòu)及激光反射面組成。反射面裝置可使兩反射面在同一平面內(nèi)且與汽車前照燈前端面共面。進(jìn)行汽車前照燈檢測(cè)時(shí)，待檢汽車在前照燈檢測(cè)儀前停穩(wěn)后，激光測(cè)距儀向反射面發(fā)射激光線并分別計(jì)量激光測(cè)距儀到汽車左、右前照燈的距離。

5 試驗(yàn)分析

為驗(yàn)證該補(bǔ)償策略的有效性，對(duì)補(bǔ)償方法進(jìn)行了如圖7所示的實(shí)車試驗(yàn)。首先檢測(cè)前照燈檢測(cè)儀自身的重復(fù)性。在同一停車位置對(duì)汽車前照燈光軸方位角進(jìn)行3次檢測(cè)，即汽車前照燈檢測(cè)時(shí)水平方向產(chǎn)生軸偏角和停放角未引入到檢測(cè)中。由表1的試驗(yàn)結(jié)果可知，汽車前照燈光軸水平方位角和垂直方位角的檢測(cè)結(jié)果變化較小，說(shuō)明該前照燈檢測(cè)儀自身的測(cè)量重復(fù)性較好。然后，將試驗(yàn)車多次隨機(jī)停放在距前照燈檢測(cè)儀1 m處，檢測(cè)由于汽車停放偏斜角導(dǎo)致的誤差并進(jìn)行補(bǔ)償。由于前照燈檢測(cè)儀對(duì)前照燈水平方向與垂直方向的方位角獨(dú)立測(cè)量，因此可以分別記錄水平和垂直方向的試驗(yàn)結(jié)果。

在汽車處于不同停放位置時(shí)，對(duì)前照燈的水平方位角和垂直方位角的測(cè)量誤差分別進(jìn)行補(bǔ)償，如表2和表3所列。由表2和表3可知，將汽車軸偏角及汽車停放角的誤差補(bǔ)償后，遠(yuǎn)光和近光水平方位角平均提高了0.437°；左側(cè)遠(yuǎn)、近垂直方位角均值分別提高了0.095°和0.026°；右側(cè)遠(yuǎn)、近光垂直方位角均值分別提高了0.062°和0.084°。試驗(yàn)表明，提出的汽車前照燈檢測(cè)誤差補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)水平方向汽車停放偏斜角和垂直方向汽車停放距離偏差的準(zhǔn)確補(bǔ)償，提高了前照燈檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表1 前照燈檢測(cè)儀重復(fù)性檢測(cè)結(jié)果

表2 前照燈水平方位角補(bǔ)償試驗(yàn)結(jié)果

表3 前照燈垂直方位角補(bǔ)償試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)束語(yǔ)

在總結(jié)現(xiàn)有汽車前照燈光軸方向檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，將導(dǎo)致汽車前照燈檢測(cè)偏差的主要因素歸納為水平方向的汽車軸偏角、停放角以及垂直方向的汽車停放距離導(dǎo)致的偏差。為減小前照燈檢測(cè)結(jié)果的誤差，提出了汽車前照燈水平方向和垂直方向角度誤差補(bǔ)償量的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)了汽車前照燈檢測(cè)水平方向和垂直方向測(cè)量誤差的獨(dú)立補(bǔ)償。試驗(yàn)表明，所提出的汽車前照燈檢測(cè)誤差補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)水平方向汽車停放偏斜角和垂直方向汽車停放距離偏差的準(zhǔn)確補(bǔ)償，提高了前照燈檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1周求湛，吳丹娥，王淼石，等.基于微控制器的新型智能車燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2009，39（2）.

2 Sousa J M，Vogado J.An experimental investigation of fluid flow and wall temperaturedistributions in an automotive headlight.International Journal of Heat and FluidFlow，2005，26（5）.

3 Liou，Yuan Chang.An anamorphic automobile headlamp design.Proceedings of theInstitutionof Mechanical Engineers，2008，222（D6）.

4辛淑華，施衛(wèi).汽車前照燈檢測(cè)儀的模糊控制自動(dòng)跟蹤光軸.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，28（6）.

5王維青.汽車前照燈檢測(cè)中的擺正與修正.汽車維修，2008，3（2）.

6 Michal Harhaj.The software applicationdeveloped with LabVIEW vision performs the mathematical evaluation of thepicture projected on the focusing screen.National Instruments，2011，26（5）.

7林慧英.基于立體視覺(jué)的汽車車身與車軸位置偏差檢測(cè)系統(tǒng)的研究:[學(xué)位論文].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2008.

（責(zé)任編輯文楫）

修改稿收到日期為2014年5月2日。

Com pensation Strategy on Optical Axis Detection Deviation of Automotive Head lam p

Pan Songyan1，Cui Huaiyu1，Xu Dengfu1，Lan Zhikun2，Wu Peidi1
（1.Jilin University;2.Changchun University）

Sources of headlamp optical axis detection error are analyzed and measurement methods for the compensation values of vehicle wheel setback angle，parking angle and vehicle parking distance are presented. Compensation strategy for the detection errors of vehicle headlamp optical axis in horizontal and vertical direction is discussed，and error compensation system for vehicle headlamp test is designed.The test results show that the variance of the horizontal azimuth declines to 0.183×10-1from 1.836×10-1，moreover，the variance of vertical azimuth decreases to 0.39×10-2from1.53×10-2after compensation is made to inspection errors.The feasibility and accuracy of compensation strategy on optical axis inspection deviation of vehicle headlamp are proved.

Vehicle Headlamp Detection deviation Compensation strategy

汽車前照燈光軸檢測(cè)偏差補(bǔ)償策略

U467.5

A

1000-3703（2014）08-0042-04

教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目（20100061120067）。