CN103884518A - 一种采用姿态传感器实现汽车四轮定位及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种采用姿态传感器实现汽车四轮定位及检测方法，四轮定位由二部分组成，第一部分为车轮姿态采集器，主要由3只MEMS微机械惯性导航模块、微处理器、无线蓝牙发送模块、电源组成，第二部分为四轮定位计算机主机仪表，主要由无线蓝牙车轮信号接收模块、计算机、3G/GPRS通信模块、显示器、打印机和电源组成。本发明的有益效果是：该仪表的研发可以方便地对汽车四轮定位进行全方位测量，适用于乘用车、客车、中型客货车、高速客运，公交车、重型货车、特种车等。它在使用上具有灵活、准确、方便、高效显著特点。

Description

一种采用姿态传感器实现汽车四轮定位及检测方法

技术领域：

本发明属于汽车电子技术中的车载故障诊断系统，具体是机动车在道路试验过程中，通过惯性导航技术，测量出汽车四轮定位的仪表。

背景技术：

随着四轮定位技术的不断发展，各种各样的四轮定位仪器不断推出，根据技术特点，目前市场上常见的四轮定位仪可以细分为前束尺和光学水准定位仪、拉线式定位仪、CCD定位仪、静态激光定位仪、静态激光大车定位仪、动态激光定位仪、3D影像定位仪和3D激光定位仪等几种，其发展趋势逐渐向激光与影像测量靠拢，3D影像定位仪和3D激光定位仪逐步成为主流机型。以3D影像定位仪为列，其原理主要是利用计算机三维图像处理技术和用CCD图像传感器拍摄装在车轮上的多点反光板随车轮滚动和转向的空间运动图像，由计算机对时间运动图像进行处理和坐标变换，计算出车轮前束角、车轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角。实现了非接触测量。

随着微电子技术的飞快发展，惯性导航技术就是用陀螺仪和加速度计提供的测量数据确定所在运载体的位置的过程。通过这两种测量的组合，就可以确定该运载体在惯性坐标系里的平移运动并计算它的位置，目前市场上出现了价格低廉的姿态传感器，姿态传感器是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统。它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据。利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据。姿态传感器可广泛嵌入到航模无人机，机器人，机械云台，车辆船舶，地面及水下设备，虚拟现实，人体运动分析等需要自主测量三维姿态与方位的产品设备中。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种采用姿态传感器实现四轮定位及检测方法，采用MEMS微机械惯性导航，卡尔曼滤波等技术，通过对机动车每一个车轮固定安装一个车轮姿态采集器，分别测量每一个车轮的空间状态，计算出四轮定位的各种数据，提供了一种采用姿态传感器实现汽车四轮定位测量仪表。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种采用姿态传感器实现四轮定位由二部分组成，第一部分为车轮姿态采集器，如图1所示，主要由3只MEMS微机械惯性导航模块、微处理器、无线蓝牙发送模块、电源组成，微处理器连接无线蓝牙发送模块和3只MEMS微机械惯性导航模块，微处理器连接电源，3只MEMS微机械惯性导航模块安装在四轮定位专用夹具上，将3只MEMS微机械惯性导航模块相互120°且在同一水平面上，每一个车轮安装一组车轮姿态采集器，其数量根据需要定位的车轮数量进行增减。

第二部分为四轮定位计算机主机仪表，如图2所示，主要由无线蓝牙车轮信号接收模块、计算机、3G/GPRS通信模块、显示器、打印机和电源组成，无线蓝牙车轮信号接收模块、3G/GPRS通信模块、显示器和打印机连接在计算机上，计算机连接电源。

一种采用姿态传感器实现四轮定位检测方法，具体包括以下方法步骤，

汽车完全四轮定位就是检测汽车车架、悬挂构件,车轮三者之间及四个车轮之间,在X.Y.Z轴方向的角度位置关系，前轮和后轮的外倾角，指轮胎与地球重力线的夹角，前轮和后轮的前束角，是指轮胎与汽车前后方向的夹角，前轮的内倾角和后倾角，内倾角是指主销轴与轮胎的夹角，后倾角是指主销轴与地球重力方向的夹角，首先，将测量车辆驶入到一个专用平台上，其平台精度符合四轮定位测量精度的要求，将一组含有车轮姿态采集器的四轮定位夹具固定在每一个车轮的轮辋上,如图3、4所示。

本发明的有益效果是：本发明适应与各种4S店、汽车维修企业、汽车产生厂商和汽车研究单位对汽车四轮定位的检测，利用价格低廉的姿态传感器，研发一种利用惯性导航技术的对汽车四轮定位成为可能，该仪表的研发可以方便地对汽车四轮定位进行全方位测量，适用于乘用车、客车、中型客货车、高速客运，公交车、重型货车、特种车等。它在使用上具有灵活、准确、方便、高效显著特点。

附图说明：

图1车轮姿态采集器原理图；

图2四轮定位计算机主机仪表原理图；

图3车轮姿态采集器安装示意图；

图4汽车四轮安装姿态传感器示意图；

图5测量大型车辆车轮姿态采集器安装示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

1.前轮外倾角、前轮前束、后轮外倾角、后轮前束测量方法

实例1：

汽车四轮定位的车轮姿态采集器安装如图4所示，各个姿态传感器空间位置布局已确定，按四轮定位要求，将方向盘居中，并锁死和固定，缓慢、均匀地向前或向后推车，使得车辆转一圈以上，四轮定位计算机采集各个车轮姿态采集器发出的车轮状态，即车轮的高性能三维运动姿态，计算出各个车轮三维运动空间位置，由四轮定位计算机对以上采集的数据用卡尔曼滤波器进行处理，通过建立汽车运动的卡尔曼滤波模型、系统状态方程，得出前轮外倾角、前轮前束、后轮外倾角、后轮前束的测量值。

实例2：

用举升机将汽车举起，使得四轮悬空，汽车四轮定位的车轮姿态采集器安装如图4所示，各个姿态传感器空间位置布局已确定，按四轮定位要求，将方向盘居中，并锁死和固定，分别转动每一个车轮，使得车辆转一圈以上，四轮定位计算机采集各个车轮姿态采集器发出的车轮状态，即车轮的高性能三维运动姿态，计算出各个车轮三维运动空间位置，由四轮定位计算机对以上采集的数据用卡尔曼滤波器进行处理，通过建立汽车运动的卡尔曼滤波模型、系统状态方程，得出前轮外倾角、前轮前束、后轮外倾角、后轮前束的测量值。

实例3：

对二轴以上的大型车辆动态四轮定位测量，如载货汽车、牵引车、挂车等如图5所示，可根据需要定位车轮的多少，在每一个车轮安装一组车轮姿态采集器，将测量车辆驶入到一个专用平台或平坦路面上，其平台精度符合四轮定位测量精度的要求，方向盘转到中心位置，并固定好方向盘，启动车辆，缓慢驶入专用平台，进入平台前，关闭发动机，车辆依靠惯性前进，此时四轮定位计算机通过无线蓝牙接收实时采集各个车轮姿态采集器数据，可计算出载货汽车、牵引车、挂车之间的各个车轮三维空间状态，通过计算，得出前轮外倾角、前轮前束、后轮外倾角、后轮前束的测量值；主销后倾、主销内倾测量方法如上所述。

2.主销后倾、主销内倾测量方法

将车辆后轮锁紧，车轮位于转盘的正中心，四轮定位计算机确定各姿态传感器空间位置，按按四轮定位要求，操作方向盘向左转动20°，轮姿态采集器采集数据，再将方向盘向右转动20°，车轮姿态采集器采集数据，然后将方向盘摆正，同上述测量外倾角、前束方法一样，四轮定位计算机将各个车轮姿态采集器通过无线蓝牙接收，通过四轮定位计算机处理采集测量结果，得出主销后倾、主销内倾的测量值。

采用激光测距仪作为配套测量仪器便可测量左右轴距、前后轮距，推算出汽车的推力角、退缩角等技术参数。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种采用姿态传感器实现汽车四轮定位，其特征在于：由二部分组成，第一部分为车轮姿态采集器，主要由3只MEMS微机械惯性导航模块、微处理器、无线蓝牙发送模块、电源组成，微处理器连接无线蓝牙发送模块和3只MEMS微机械惯性导航模块，微处理器连接电源，3只MEMS微机械惯性导航模块安装在四轮定位专用夹具上，将3只MEMS微机械惯性导航模块相互120°且在同一水平面上，每一个车轮安装一组车轮姿态采集器。

第二部分为四轮定位计算机主机仪表，主要由无线蓝牙车轮信号接收模块、计算机、3G/GPRS通信模块、显示器、打印机和电源组成，无线蓝牙车轮信号接收模块、3G/GPRS通信模块、显示器和打印机连接在计算机上，计算机连接电源。

2.一种采用姿态传感器实现汽车四轮定位检测方法，其特征在于：汽车完全四轮定位就是检测汽车车架、悬挂构件,车轮三者之间及四个车轮之间,在X.Y.Z轴方向的角度位置关系，前轮和后轮的外倾角，指轮胎与地球重力线的夹角，前轮和后轮的前束角，是指轮胎与汽车前后方向的夹角，前轮的内倾角和后倾角，内倾角是指主销轴与轮胎的夹角，后倾角是指主销轴与地球重力方向的夹角，首先，将测量车辆驶入到一个专用平台上，其平台精度符合四轮定位测量精度的要求，将一组含有车轮姿态采集器的四轮定位夹具固定在每一个车轮的轮辋上。

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