快速确定汽车风窗玻璃 A、 B区域方法探讨

快速确定汽车风窗玻璃 A、 B区域方法探讨

顾杨丹 陈锡林

上海机动车检测认证技术研究中心有限公司

摘要：介绍了根据标准要求研制的一套激光投射装置，用此装置确定汽车风窗玻璃A、B区域的测量方法，并与单臂三维测量划线仪的测量结果进行比对。

0.引言

随着汽车工业的不断发展，马路上行驶的车辆越来越多，日益剧增的车辆使得交通事故也越来越频繁的发生。为了尽可能的避免车辆的碰撞，驾驶员的前方视野要始终保持清晰。在雨雪天气，由于气温较低，风窗玻璃上易结霜，同时由于车厢内外温差较大，车厢内的水蒸气也易在风窗玻璃内表面上形成雾覆盖于风窗玻璃上。风窗玻璃上有霜和雾极大地降低了风窗玻璃的能见度，严重影响驾驶员的视线，给行车安全埋下了重大隐患。

为了让驾驶员在行驶过程中始终保持较为清晰的视野，所有车辆都至少装备一套自动风窗玻璃刮水系统，能随时清除风窗玻璃上的雨水和灰尘。^﹝1﹞汽车在行驶过程中即便风窗玻璃上起了雾也能快速的清除，现代车辆都需安装除雾系统。汽车安装除霜系统使得在冬天气温较低的时候，能快速融化风窗玻璃上的霜或冰， 从而恢复风窗玻璃的能见度。如何评判刮水系统、除霜和除雾系统的功能是否符合要求，GB15085和GB 11555分别对刮水系统的挂刷能力和风窗玻璃的除霜除雾功能作出了评判的标准。在前风窗玻璃上确定A、B和A’区域，将车辆按标准要求的时间放置在符合环境要求的室内，满足试验要求后开始进行除霜除雾试验，通过不同的时间内，计算A、B和A’区域内的能见度占A、B和A’区域的面积百分比，以此来判断除霜、除雾装置是否符合标准要求。评判刮水系统的挂刷力是在规定的试验条件下开启挂刷系统，绘出风窗玻璃刮水器区域并将其与A、B视区对比，以确定是否满足要求。这两个试验都对前风窗上A、B区域作出了严格的要求，如何正确确定A、B区域显得尤为重要。

目前国内外测量驾驶员前方视野通常利用悬臂坐标测量机或便携式坐标测量机，配合三维H点检验装置及数据运算方式表进行汽车驾驶员前方风窗玻璃上A、B区域的划定。悬臂坐标测量机测量取点范围大，但需要专用测量场地，对环境、人员操作技能要求较高，维护保养成本高；便携式三坐标检测方案对场地要求不高，但测量范围小，要完成A、B区域的划定需进行转站操作，同时由于是手动取点，测量误差大，速度慢，对操作人员经验及能力要求较高。运用几何关系编写一套数据运算公式，通过坐标测量机取点后，将点的坐标输入运算公式，通过不断逼近的方法找到符合要求的点，并按照标准要求手动将各点连接起来，画出A、B及A’区域。在寻找符合要求的测量点的过程中耗费了相当多的时间，不利于快速有效地开展试验，手动连线不容易将线条画直，再次造成测量误差。

为了解决这一问题，提高划定驾驶员前方风窗玻璃A、B区域的速度及准确性，简化测量程序，缩短测量时间，提升工作效率，节约测量的人工成本，研发了一套专门的测量设备。通过调节夹具，多套激光模组及低速步进驱动器快速准确地确定前风窗玻璃上A、B区域。本文主要介绍运用这套设备确定快速前风窗玻璃上A、B区域的方法。

图
1 汽车驾驶员前方视野测量装置总图

1.测量装置

本套设备基于GB 11562-2014和GB 11555-2009两份标准设计而成，三个基准平面也与标准中定义的相一致。X基准平面——垂直于Y基准平面的铅垂平面，通常规定通过左右前轮中心；Y基准平面——汽车纵向对称平面；Z基准平面——垂直于Y和X基准平面的水平面。如图1所示，整个测试设备分三层设计，上层：A、B区域激光线投设组件，此部分测量装置通过圆形定位销和菱形定位销共同约束，固定安装在六角定位调节装置的固定平台上。中层：六自由度调节组件，包括X、Y、Z三轴向平移直接导轨，绕X、Y、Z三轴旋转机构组件，该装置有六个步进电机和一个双轴倾角传感器共同组成，通过底部方形孔固定安装在底部固定支架上。六个步进电机分别对应正常的六个自由度方向（X轴前后、Y轴左右、Z轴上下、Z轴旋转角、X轴水平角、Y轴水平角），通过这六个电机调节投影测量装置的位置及角度，使投影测量装置满足GB 11562-2014规定的位置要求。下层：带角度调节的固定支撑架组件，该装置放置于汽车驾驶座椅上，用于对X基准平面、Y基准平面、Z基准平面进行粗调，为六轴定位调节装置进行精调作准备。

A区域由V点向前延伸的4个平面与风窗玻璃外表面相交的交线所封闭的面积。这四个平面分别为通过V₁点和V₂点且在X轴的左侧与X轴成13°角的铅垂平面；通过V₁点，与X轴成3°仰角且与Y轴平行的平面；通过V₂点，与X轴成1°俯角且与Y轴平行的平面；通过V₁和V₂点，向X轴的右侧与X轴成20°角的铅垂平面。“V点”表征驾驶员眼睛位置的点，它们的位置由通过驾驶员乘坐位置（如果是可调整座椅，则应将座椅调至最后位置。）中心线的纵向铅垂平面、R点以及设计座椅靠背角度（座椅靠背角指座椅靠背与铅垂线的夹角）确定。“R点”指车辆制造厂为每个座椅规定的，与车辆结构有关的基准点。常用V

₁、V₂两点表示V点的不同位置。

B区域也是由4个平面所围成的风窗外表面的面积，且距风窗玻璃透明部分面积边缘向内至少25mm，以较小面积为准。这四个平面分别为通过V1点，与X轴成7°仰角且与Y轴平行的平面；通过V₂点，与X轴成5°俯角且与Y轴平行的平面；通过V₁和V₂点，在X轴的左侧与X轴成17°角的铅垂平面；以汽车纵向中心平面为基准面，且与通过V₁和V₂点，在X轴的左侧与X轴成17°角的铅垂平面对称的平面。

A’区域是以汽车纵向中心平面为基准面，与A区域相对称的区域。

2.测量方法

测量时先将设备的支撑底座放置在驾驶员座椅上，紧贴汽车座椅坐垫后部与靠背底部，使用靠背支撑杆支撑于座椅靠背上，保持支撑底座上的水平泡处于水平位置。按照正确的方法安装其他部件，最后将对应的激光投影装置安放于平移调节机构上方的支撑平台上，由于重量变化的原因，再次调节支撑底座水平位置，防止因支撑重量的改变影响水平位置。设备的支撑与连接轴始终保持与地面垂直，X-向、Y-向与Z向都归位于最初始的状态。将驾驶员座椅调整至要求的位置，用可滑动的十字游标尺量取设备上基准点A与锁扣点的X-向与Z-向的相对位置，用刻度尺量取设备上基准点B与锁扣点在Y-向相对位置，由于设备设计时就把R点与设备上的基准点A、B的相对位置通过机械加工确定下来，这一值是恒定的。

设备安装粗调完毕后，接通电源，启动驾驶员前方视野检测控制软件，通过软件连接控制箱，并导入控制参数。启动控制软件上的“倾角跟踪”，开始“X向-Y向自动水平”，控制程序依据设定参数进行自动水平调节，调节到位后关闭“X向-Y向自动水平”。打开基准参照激光器，打开基准参数运算功能界面，输入车辆锁扣点与R点的相对坐标。由于R点是一个空间不可触摸的点，测量时不便于采集，通过相对比较容易采集的锁扣点作为测量调试基准，用配套的十字游标滑动尺测量出设备上的基准点A到锁扣的X向、Z向的距离，在基准参数运算功能界面输入对应的偏差。通过计算出来的位置偏差，通过控制软件控制对应的电机移动或转动对应的位移或角度。将方向盘的纵向对称线定义为Y向的基准，用刻度尺测量出正对着方向盘的基准点B与方向盘中心在Y向的距离，在基准参数运算功能界面对应位置输入。通过控制软件控制Y向平移电机，位移量为计算出的偏差量。R点与测量设备上的基准点A和基准点B之间的几何关系通过机械加工将相对位置固定下来，确保彼此的位置恒定不变。通过调节基准点A和基准点B与锁扣点之间的相对位置，间接调节了R点与锁扣点之间的相对位置，调整到位后，测量装置满足了测量要求，各投射点的位置均处于标准要求的位置，测量结果即为标准中要求的测量值。

图2 A、B、S区激光投射装置

根据标准中定义的汽车风窗玻璃A、B区域设计制造了一套激光投射装置，装置中的各激光器与标准要求的各平面一一对应，如图2所示。投射装置上过V1点A区水平上3度激光器，过V2点A区水平下1度激光器，过V1点A区铅垂左13度激光器，过V1点A区铅垂右20度激光器，这四个激光器投射在风窗玻璃上的线条围成的面积即为A区域。V1点和V2点除了Z方向的高度不一致，在X向和Y向的值都一致，激光器投射在风窗玻璃上的线条为一条纵向铅垂线，故过V1点和V2点在X轴左侧与X成13度的投射线重合，只要其中一条就可以，在设计装置的时候只设计了一个过V1点A区铅垂左13度激光器。投射装置上过V1点B区水平上7度激光器，过V1点B区水平下5度激光器，过V1点B区铅垂左17度激光器，这三个激光器投射在风窗玻璃上的线条围成的平面以风窗玻璃纵向对称线为基准线作对称平面。为了将投射在汽车玻璃上的激光线看得更清楚，将描图纸平整的覆盖在汽车风窗玻璃上，用记号笔在风窗玻璃上描绘各激光器投射的线条，即A区域和B区域的一半，并将A区域和半边B区域在描图纸上描绘下来，以玻璃上纵向对称线为基准，将画有A区域和半边B区域的描图纸对折，在风窗玻璃的另一侧，对称的画下A’区域和B区域的另一半。

3.总结

为了验证激光投射装置确定的A、B区域准确性，将车辆驶入铸铁平板上，用单臂三维测量划线仪根据标准要求在风窗玻璃上找出符合要求的点，并用另一种颜色的笔将A，B区域在风窗玻璃上描绘下来。将A 区域的四个角上的点和B区域四个角上的点作评价对象，用划线仪测量出各点的坐标，计算各对应点的相对位移量。

表1 各对应点相对位移量

从表1得出，各对应点的相对位移量最大的是1.3mm，最小的为0.7mm。两套设备确定的A、B区域非常接近。

根据企业提供的参数，样车的风窗玻璃A区域面积为119385mm²，B区域面积为543957mm²，用求积仪计算出用激光投射装置和划线仪确定的A区域及B区域面积，将A区域面积记录在表2中，B区域面积记录在表3中。

表2 A区域面积比较， 单位mm²

分析表2中的数据得出，用激光投射装置确定的A区域面积和企业提供的样车A区域面积相差29mm²，用划线仪确定的A区域面积和企业提供的样车A 区域面积参数相差307mm²，激光投射装置确定的A区域面积更接近企业提供的A区域面积参数值。激光投射装置测量的A区域面积和划线仪测量的A区域面积相对误差为 ×100%≈0.23%。

表3 B区域面积比较，单位mm²

分析表3中的数据得出，用激光投射装置确定的B区域面积和企业提供的样车B区域面积相差268mm²，用划线仪确定的B区域面积和企业提供的样车B 区域面积参数相差536mm²，激光投射装置确定的B区域面积更接近企业提供的B区域面积参数值。激光投射装置测量的B区域面积和划线仪测量的B区域面积相对误差为 ×100%≈0.05%。

根据以上分析，用激光投射装置确定的A、B区域面积比划线机确定的A、B区域面积更接近于样车A、B区域的面积参数值，也就是用激光投射装置确定的A、B区域更准确，两者的相对误差也很小。用划线仪确定A、B区域用时35分钟，用激光投射装置确定A、B区域用时13分钟，所花费时间差不多是划线仪的1/3，线条是直接投射出来的，根据投射的线条描绘在风窗玻璃上的线条比用划线仪确定的点连接的线条更直，减少了由于线条的弯曲造成的测量误差。激光投射装置相对于划线仪有测量速度快，测量精度高，对场地的要求更少的特点，更适合用于确定A、B区域这个项目。

1. 陈家瑞.汽车构造：上册，下册〔M〕.北京：机械工业出版社，2009

2. GB 11562-2014.汽车驾驶员前方视野要求及测量方法.北京：中国标准出版社，2014

3. ECE R125.关于就驾驶员前方视野批准机动车辆的统一规定.欧洲经济委员会,2011

4. GB 11555-2009.汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法. 北京：中国标准出版社，2009

5. 78/317/EEC.关于协调成员国有关汽车玻璃表面除霜除雾系统法规的理事会指令.欧洲共同体.1977

6. GB 15085 2-13.汽车风窗玻璃刮水器和洗涤器性能要求和试验方法.北京:中国标准出版社,2015