关于车身坐标系建立以释放场地的应用研究
师健弘
[摘 要]在汽车碰撞测试试验中需要三坐标测量仪建立坐标系，通过空间坐标值的方式来描述试验前后车身结构的变化情况。现采用一种新的工艺方法对原有工艺方法进行替代，以达到释放铁平板资源，提高生产效率的目的，通过理论推理和实际应用证明了该工艺方法可行，可以推广到实际生产中去。
[关键词]三坐标测量仪;点;线;面
[中图分类号]U463.82 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）05–00–02
Research and Application on the Establishment of the Vehicle
Body Coordinate System and the Release of the Site
Shi Jian-hong
[Abstract]In the process of automobile crash test experiment， a three-coordinate measuring instrument is needed to establish a coordinate system， and the changes of the body structure before and after the experiment are described by means of spatial coordinate values. A new process method is used to replace the original process method to achieve the purpose of releasing iron plate resources and improving production efficiency. The theoretical reasoning and practical application prove that the process method is feasible and can be promoted to actual production in the industry.
[Keywords]three-coordinate measuring instrument; point; line; surface
在汽車碰撞测试试验中，需要利用三坐标测量仪建立坐标系来对试验前后的车辆车身结构变化情况进行比较。该设备是通过关节臂及传感器来捕捉探头位于空间中的位置坐标并在软件环境中进行观察分析。目前试验室实现该过程的基础是通过三坐标测量仪来建立车身坐标系，以此来确定车身在空间中的坐标值。
车身坐标系建立需要两个环节：①车身坐标系初次建立。利用三坐标测量仪在其系统环境下建立点、线、面三种元素。面元素为一水平面，线元素为车身纵向中心平面内的一条直线，点元素为车身上的某一个点。在PCDIMS系统中采用点、线、面这三种元素建立车身坐标系;②验证车身坐标系。在车身上凿取还原点用于三坐标测量仪蛙跳功能，即三坐标测量仪在初始位置环境下固有的坐标系，可以通过车身上所选取的还原点相对于车身的位置进行变换后，其坐标系还能还原到初始环境所固有的坐标系下，并与之相重合的过程。通过蛙跳在三坐标测量仪系统建立的车身坐标系下，选取车身上面对称的点元素进行比对。在目前的工艺条件下，行业内部接受车身坐标系在x，z方向上，差值在5 mm以内的情况，以此验证车身坐标系建立成功与否。
1 现有工艺情况
1.1 调平轮眉高度
目前的车身坐标系建立的工艺方法是需要将车辆停放在铁平板上，利用铁平板自身的水平以及平整度为基准来进行后续的轮眉高度调平，即通过钢板尺观察4个车轮的轮眉高度并利用千斤顶支撑车辆包边或者底部进行高度调节，以使得左前轮轮眉高度和右前轮的轮眉高度保持一致，左后轮轮眉高度和右后轮轮眉高度保持一致。
1.2 在PCDIMS环境中建立点、线、面元素
（1）同理可以利用铁平板的水平及平整度可以在软件环境中创建水平面。
（2）用车身表面的对称点标出中线后在软件中获取空间点并投影到水平面上来获取线元素。
（3）用锁扣中心点来获取坐标原点。
通过以上的工艺情况分析，现将工艺所需要的资源（仅考虑关键资源，小件如钢直尺、卷尺等资源不计入考虑范围）进行列表观察，见表1，由此可见过程中所需要的资源有三坐标测量仪、铁平板、车辆。
在研发试验量日益增加的情况下，资源就呈现出较为紧张的状态。当前坐标系的建立在摄影棚里的铁平板上进行，如果当天存在多个研发试验，就会存在工艺环节干扰，造成人员等待资源的浪费情况。因此需要对资源做合理的匹配。为了解决这个矛盾可以采用两种方法：①增加铁平板的场地;②建立新的工艺方法替代原有工艺，以削弱原本工艺对铁平板场地的需求。就两种方法而言，②增加铁平板会对原有场地进行重新规划并进行投资建设，直接提高部门的固定资产，从而提高运营成本。③为避免场地资金投入，可以购买或者加工较为经济的替代工具即可，所以本文就后者从理论方法和实际应用的角度展开讨论。
2 工艺替代方法理论分析及实际应用情况
2.1 依赖铁平板的工艺环节分析
目前原有的工艺环节中对铁平板有依赖的是建立面元素及调平轮眉高度，那么对这两个工艺过程进行分析。建立坐标系的目的是为了在PCDIMS环境中获得与车辆固有的车身坐标系重合度较高的数字坐标系，该过程正如前文工艺情况中所提及的都是基于铁平板本身的水平及平整度来实现的，因此只要替代工艺能够实现这一过程，并且可以替代掉铁平板就可以缓解目前铁平板场地需求紧张的状态。因此基于这种认识，只要找到一种方法能够表征轮眉高度并且可以调平轮眉高度，找到一种方法可以在软件环境中获取水平，面即可实现工艺的替代。现将调平轮眉高度和建立面元素2个步骤进行拆分。
（1）面元素的替代。加工一平整平面同時水平可调，利用三坐标测量仪在其水平状态下建立数字面元素。
（2）轮眉高度调平的替代。加工一液面可观察的连通器用于调平轮眉高度，即通过观察连通器的液面高度分别调平左前轮轮眉高度和右前轮轮眉高度、左后轮轮眉高度和右后轮轮眉高度。
那么通过以上两种替代法即可以实现对原有工艺的替代和优化，解决了面元素和轮眉高度调平的问题。至于线元素和点元素都是通过原有车身的固有特征来获取的。因此从理论的角度认为是可以执行的。
2.2 实际应用情况
2.2.1 车辆放置状态
在整备质量状态下，即没有驾驶员、乘员及货物的情况下，保留车辆中的备用轮胎和工具，油箱中保留百分之九十容积燃油等状态下车辆的质量，同时将车辆调整胎压为设计胎压并放置在铁平板上，将一塑料软管灌入适量的水，通过观察软管中的液面高度来调平车辆的轮眉高度。
2.2.2 建立坐标系
建立面元素：为方便前期资源应用，直接采用了已有的平整平板作为坐标系面元素建立，应用于坐标系建立的基准面。由于目前所采用的平板水平不可调，所以在场地选择上仍然沿用了铁平板场地，同时对铁板和平整平板在PCDIMS环境建立两个面元素进行比较。见表2，可见两个平面夹角为0.032°，因此认为平整平板所建立的面元素为水平面。
建立点元素和线元素：以车辆驾驶员侧锁扣平面中心点为坐标原点，以车身中点的连线作为线元素，建立车身坐标系。通过验证对称的锁扣面中点坐标，见表3，可见左右对称点。
在x，z方向上的差值均小于5 mm，符合上文提及的行业内部的约定条件。
3 结论
从以上的研究表明，该替代工艺通过了理论的推理以及实际应用的验证，而且简单易操作，易于推广到实际生产活动中。因此为车辆碰撞测试的整体工艺优化提供了可行性，达到了释放场地资源压力的目的，降低了在多项研发试验并行情况下冲突的可能，进而提高了整体试验的效率及可靠性。
参考文献
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