汽车前照灯光轴检测偏差补偿策略＊

潘嵩岩 崔怀于 徐灯福 蓝志坤 吴培娣

（1.吉林大学；2.长春大学）

汽车前照灯光轴检测偏差补偿策略＊

潘嵩岩1崔怀于1徐灯福1蓝志坤2吴培娣1

（1.吉林大学；2.长春大学）

分析了汽车前照灯光轴检测的误差来源，提出了汽车轴偏角补偿量、汽车停放角补偿量和汽车停放距离补偿量的测量方法，论述了汽车前照灯光轴检测水平方向误差及垂直方向误差的补偿策略，设计了汽车前照灯检测误差补偿系统。试验结果表明，对检测误差进行补偿后，水平方位角的检测结果方差由1.836×10-1降为0.183×10-1，垂直方位角的检测结果方差由1.53×10-2降为0.39×10-2，验证了汽车前照灯检测误差补偿策略的有效性和准确性。

1 前言

随着汽车技术的发展和汽车行驶速度的提高，精确检测并控制汽车前照灯照射方向，对保证汽车夜间行车的安全性具有重要意义[1～3]。

目前对汽车前照灯光轴方向检测的研究主要集中于提高前照灯检测仪测量精度等方面。辛淑华等[4]利用模糊控制技术控制前照灯检测仪光轴自动跟踪过程，提高了检测仪光轴自动跟踪的精度；王维青等[5]采用摆正装置对汽车车体偏斜量进行校正，提高了前照灯检测的准确性；Michal Harhaj[6]利用LabVIEW建立了虚拟检测样机，可自动调整光幕以适应方向自动调节的前照灯，具有较强的适应性。上述检测方法虽然提高了汽车前照灯光轴的检测精度，但是由于在检测时水平方向受到汽车轴偏角以及汽车停放后后轴垂线与行车中心线夹角的影响，同时在垂直方向受到汽车前照灯与检测仪之间停放距离偏差的影响，导致被检车辆前照灯检测结果离散性较大，测量重复性存在一定误差[7]。

为解决上述问题，提出了汽车前照灯水平方向与垂直方向角度误差补偿量的测量方法，实现了汽车前照灯检测误差的独立补偿，并通过实车试验验证了该方法的稳定性和可行性。

2 汽车前照灯检测时水平方向补偿策略

2.1 汽车轴偏角补偿量测量原理

汽车车身纵向轴线与后轴垂线的夹角称为汽车轴偏角。汽车轴偏角测量原理如图1所示。图1中，2个共面布置的激光测距仪沿行车中心线左右对称分布，且2个测距仪所在平面与制动台滚筒轴线平行，2个激光反射面固定于由前照灯所确定的平面内，激光测距仪向反射面发射出与行车中心线平行的2条激光线。汽车后轮停在制动试验台的滚筒上，利用滚筒旋转来带动后轮旋转，产生使后轴绕前轴中心O水平旋转的回正力矩T，使汽车后轴与行车中心线垂直。

汽车轴偏角α1为：

式中，M1为汽车停在制动试验台上且后轴摆正时，左侧激光反射面到前照灯检测仪的距离；N1为右侧激光反射面到前照灯检测仪的距离；A为两激光测距仪的距离。

当α1＞0时，表示汽车车体相对后轴左偏；当α1＜0时，表示汽车车体相对后轴右偏；当α1=0时，表示汽车车体相对后轴无偏斜。α1即为车体偏斜补偿量。

2.2 汽车水平停放角补偿量测量原理

汽车停放后后轴垂线与行车中心线夹角称为汽车停放角[8]，汽车停放角测量原理如图2所示。

在测量出汽车轴偏角α1后，将待检车辆驶出制动台，按照检测要求停放在前照灯检测仪前，通过激光测距仪测量距离M2和N2，则汽车停放角α2为：

式中，M2为左激光反射面到前照灯检测仪的距离；N2为右激光反射面到前照灯检测仪的距离。

当α2＞0时，表示汽车停放左偏；当α2＜0时，表示汽车停放右偏；当α2=0时，表示汽车停正。α2即为汽车水平停放偏斜补偿量。

2.3 汽车停放偏斜角补偿量测量原理

车辆停放后进行前照灯检测时，汽车停放角与汽车轴偏角之和称为汽车停放偏斜角，如图3所示。汽车停放偏斜角代表由汽车轴偏角和汽车停放误差所引起的水平方向综合误差。

汽车停放偏斜角α为：

当α＞0时，表示汽车相对于由后轴所决定的行驶方向左偏停放；当α＜0时，表示汽车相对于由后轴所决定的行驶方向右偏停放；当α=0时，表示汽车沿着由后轴所决定的行驶方向无偏停放。

2.4 汽车前照灯检测误差水平方向补偿

汽车前照灯检测水平方向补偿后的实际光轴水平方位角为：

式中，γ为补偿后前照灯水平方位角；β为补偿前前照灯水平方位角；β、γ以被测汽车理论纵向轴线为基准逆时针为正，顺时针为负。

3 汽车前照灯检测时垂直方向补偿策略

由于被检测汽车相对前照灯检测仪的停放距离不同，所以进行检测时会导致前照灯光轴的垂直方向方位角产生偏差。前照灯的垂直方向方位角补偿方法如图4所示，当待检汽车停放在距前照灯检测仪距离为L的标准停车位置D时，前照灯光轴为DD′；当待检汽车停放在距离检测仪L′处的位置B时，前照灯光轴为BB′。因为检测仪计量光轴方位角时以待检汽车停放在标准停车位置D为基准，因此当待检车辆停放在距前照灯检测仪L′处时，前照灯检测仪会以DB′与水平线的夹角θ1作为测量所得前照灯垂直方位角，从而与待检车辆的实际前照灯垂直方位角θ2产生偏差。

图4中:

式中，h′为前照灯光轴补偿前的偏斜量；h为实际偏斜量；θ1为前照灯光轴补偿前的垂直方位角；θ2为实际垂直方位角。

由式（5）和式（6）可得:

4 前照灯检测误差补偿量测量系统

汽车前照灯检测误差补偿量测量系统如图5所示，主要包括激光反射面装置、前照灯检测仪及激光测距仪等。激光反射面装置结构如图6所示，主要由支撑杆、固定机构、测距机构及激光反射面组成。反射面装置可使两反射面在同一平面内且与汽车前照灯前端面共面。进行汽车前照灯检测时，待检汽车在前照灯检测仪前停稳后，激光测距仪向反射面发射激光线并分别计量激光测距仪到汽车左、右前照灯的距离。

5 试验分析

为验证该补偿策略的有效性，对补偿方法进行了如图7所示的实车试验。首先检测前照灯检测仪自身的重复性。在同一停车位置对汽车前照灯光轴方位角进行3次检测，即汽车前照灯检测时水平方向产生轴偏角和停放角未引入到检测中。由表1的试验结果可知，汽车前照灯光轴水平方位角和垂直方位角的检测结果变化较小，说明该前照灯检测仪自身的测量重复性较好。然后，将试验车多次随机停放在距前照灯检测仪1 m处，检测由于汽车停放偏斜角导致的误差并进行补偿。由于前照灯检测仪对前照灯水平方向与垂直方向的方位角独立测量，因此可以分别记录水平和垂直方向的试验结果。

在汽车处于不同停放位置时，对前照灯的水平方位角和垂直方位角的测量误差分别进行补偿，如表2和表3所列。由表2和表3可知，将汽车轴偏角及汽车停放角的误差补偿后，远光和近光水平方位角平均提高了0.437°；左侧远、近垂直方位角均值分别提高了0.095°和0.026°；右侧远、近光垂直方位角均值分别提高了0.062°和0.084°。试验表明，提出的汽车前照灯检测误差补偿方法实现了对水平方向汽车停放偏斜角和垂直方向汽车停放距离偏差的准确补偿，提高了前照灯检测结果的准确性。

表1 前照灯检测仪重复性检测结果

表2 前照灯水平方位角补偿试验结果

表3 前照灯垂直方位角补偿试验结果

6 结束语

在总结现有汽车前照灯光轴方向检测方法的基础上，将导致汽车前照灯检测偏差的主要因素归纳为水平方向的汽车轴偏角、停放角以及垂直方向的汽车停放距离导致的偏差。为减小前照灯检测结果的误差，提出了汽车前照灯水平方向和垂直方向角度误差补偿量的测量方法，实现了汽车前照灯检测水平方向和垂直方向测量误差的独立补偿。试验表明，所提出的汽车前照灯检测误差补偿方法实现了对水平方向汽车停放偏斜角和垂直方向汽车停放距离偏差的准确补偿，提高了前照灯检测结果的准确性。

1周求湛，吴丹娥，王淼石，等.基于微控制器的新型智能车灯控制系统的设计与实现.吉林大学学报（工学版），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辛淑华，施卫.汽车前照灯检测仪的模糊控制自动跟踪光轴.华南理工大学学报，2000，28（6）.

5王维青.汽车前照灯检测中的摆正与修正.汽车维修，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.基于立体视觉的汽车车身与车轴位置偏差检测系统的研究:[学位论文].长春：吉林大学，2008.

（责任编辑文楫）

修改稿收到日期为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

汽车前照灯光轴检测偏差补偿策略

U467.5

A

1000-3703（2014）08-0042-04

教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目（20100061120067）。