CN104215210A - 一种开启角度测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开启角度测量装置及其方法，属于汽车技术领域。它解决了现有技术受检测环境影响较大的问题。本装置包括主控制器、显示屏和至少四个的测量单元，测量单元通过线束分别连接于主控制器，单个测量单元之间实现相互之间无线通讯，主控制器通过线束发送控制指令给一基准测量单元，由基准测量单元根据控制指令发送无线信号给指定的测量单元，指定的测量单元通过线束反馈给主控制器，主控制器根据预设的无线信号在空中的传播速度、电流在线束中的传播速度、线束已知长度结合主控制器接收反馈信号所用的时间得出各测量单元到基准测量单元之间的距离值，将各距离值代入到计算模型中得开启角度值。该装置及方法不受检测环境影响获得角度值。

Description

一种开启角度测量装置及其方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及一种开启角度测量装置及其方法。

背景技术

汽车上有很多的开启角度直接关系到人机舒适性，比如有机盖、背门等开启角度，因此需要对汽车车辆的各种开启角度进行检测，以验证各种开启角度或最大开启角度的性能。目前测量角度的装置一般包括指针，可转动的刻度表组成，指针与刻度表为可转动连接，但是这个角度测量仪无固定装置，在测量时容易受测量的空间、角度等影响。很难固定在铰链上，进行多方位测量。

如中国专利文献公开了申请号为201020291713.5的一种角度测量仪，包括指针，刻度表，刻度表放置在一柱体上，柱体与指针为可转动连接，柱体内置有一块磁铁，能够吸附在金属上，进行多方位测量。该专利解决了直接测量角度时很难固定在铰链上而不能多方位测量的技术问题。但是由于是直接的测量获取角速度。还是会受到检测环境和空间的各种限制，比如本装置不适合测量机盖和背门的开启角度。

发明内容

本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种开启角度测量装置及其方法，该装置及方法不受检测环境和空间的影响能够高效准确的获得角度值。

本发明通过下列技术方案来实现：一种开启角度测量装置，其特征在于，本装置包括用于根据测量数据计算开启角度值的主控制器、连接主控制器的显示屏和至少四个的测量单元，所述测量单元通过线束分别连接于主控制器，所述单个测量单元之间实现相互之间无线通讯，所述主控制器通过线束发送控制指令给一基准测量单元，由基准测量单元根据主控制器的控制指令发送无线信号给指定的测量单元，接收基准测量单元发送的无线信号后的测量单元通过线束反馈给主控制器，主控制器根据预设的无线信号在空中的传播速度、电流在线束中的传播速度、线束的已知长度结合主控制器从发出控制指令到接收反馈信号所用的时间得出各测量单元到基准测量单元之间的距离值，将各测量单元到基准测量单元之间的距离值代入到设定的计算模型中得出开启角度值。

主控制器通过已知的无线信号在空中的传播速度，电流在线束中的传播速度，已知线束的长度，则在对应线束上电流通过的时间成反比关系，根据主控制器发出指令给基准测量单元到正在测量的测量单元反馈信号被主控制器接收所需要的总时间减去电流在线束中传播的时间则剩下的为无线信号在空中对应的在两个测量单元之间的传播时间，得出无线信号在空中两个测量单元之间的传播时间乘以无线信号在空中的传播速度即得到了个测量单元到基准测量单元的距离。再把得到的测量单元到基准测量单元的距离放入到对应的计算模型中即能得到开启角度值。本装置结构简单，可以应用到不方便直接测量开启角度值的环境中。

在上述的开启角度测量装置中，所述单个测量单元包括逻辑控制器、无线信号发射器和无线信号接收器，所述无线信号发射器连接逻辑控制器的输出端，所述无线信号接收器连接逻辑控制器的输入端。这里的逻辑控制器用于产生脉冲信号给无线信号发射器进行发出电磁波，同时电池波无线信号接收器接收后发送给逻辑控制器，逻辑控制器接收信号后又发送信号给主控制器，实现信号的反馈。同时这里也说明测量单元和测量单元之间能够实现无线连接能更准确的测量出测量单元之间的直线距离。

在上述的开启角度测量装置中，所述无线信号发射器包括分别依次连接的光电隔离电路、场效应管驱动电路和脉冲激励电路，所述光电隔离电路连接逻辑控制器的输出端。在逻辑控制器产生对应频率的脉冲信号后发送给光电隔离电路再通过场效应管驱动电路进行驱动最后通过脉冲激励电路发射对应频率的电磁波。

在上述的开启角度测量装置中，所述无线信号接收器包括分别依次连接的前置放大电路、带通滤波电路和自动增益控制电路，所述前置放大电路连接逻辑控制器的输入端。前置放大电路对接收的信号进行放大后进行滤波处理，然后经过自动增益控制电路进行解读接收的电磁波，实现无线通讯。

在上述的开启角度测量装置中，所述测量单元集成一体并包覆有薄膜外壳，在外壳的一面粘附有用于固定的磁铁。这里磁铁起到方便固定的作用，没有多余的接头可以使检测误差变最小。

在上述的开启角度测量装置中，所述主控制器还连接有输入测量指令的按键组件和电源开关。通过按键组件输入控制器发送指令，可以使测量和检测都能在控制和正确的时间进行测量。

一种开启角度测量方法，其特征在于，包括至少四个的测量单元、显示屏和主控制器，所述本角度测量方法的具体步骤如下：

A、固定测量单元：在用于开启连接固定作用的左铰链固定测量单元四、再右铰链处固定测量单元三、在开启的罩面内侧横向中轴线上取任意点固定测量单元二、在底面取在闭合时与测量单元二对称重叠的点；设置不同的测量点使测量更加的简单，测量值更加精准。

B、测量各测量单元到基准测量单元之间的距离值：首先，把测量单元一作为基准测量单元，所述主控制器通过线束发送控制指令给测量单元一，测量单元一接收到主控制器的指令后分别发送无线脉冲信号给测量单元二、测量单元三、所述测量单元四，测量单元二、测量单元三、测量单元四在接收到测量单元一的信号后分别通过线束反馈给主控制器，所述主控制器内设定有电磁波在空中的传播速度和电流在线束中的传播速度，所述主控制器到各测量单元的距离已知，则主控制器根据发出命令到接收反馈信息所需的时间分别计算出测量单元四、测量单元二、测量单元三到测量单元一之间的距离；其次，当把测量单元三作为基准测量单元，主控制器通过线束发送控制指令给测量单元三，测量单元三发送无线脉冲信号给测量单元四，测量单元四接收无线信号后通过线束反馈给主控制器，主控制器计算出测量单元三到测量单元四直接的距离；

根据无线脉冲在空气中的传播速度和无线脉冲从测量单元到基准测量单元所需的时间，则对应计算出开启角上下平面上对应的长度和开启角开口对应的竖直距离存在定的关系，能计算出开启角度值。

C、计算开启角度值：将测量单元二、测量单元三、测量单元四分别到测量单元一之间和测量单元三到测量单元四之间的距离值代入到主控制器内设定的计算模型中得出开启角度值；

D、显示计算得到的开启角度值。

主控制器通过已知的无线信号在空中的传播速度，电流在线束中的传播速度，已知线束的长度，则在对应线束上电流通过的时间成反比关系，根据主控制器发出指令给基准测量单元到正在测量的测量单元反馈信号被主控制器接收所需要的总时间减去电流在线束中传播的时间则剩下的为无线信号在空中对应的在两个测量单元之间的传播时间，得出无线信号在空中两个测量单元之间的传播时间乘以无线信号在空中的传播速度即得到了个测量单元到基准测量单元的距离。再把得到的测量单元到基准测量单元的距离放入到对应的计算模型中即能得到开启角度值。

在上述的开启角度测量方法中，所述步骤B中，设定电磁电磁波在空中的传播速度为v、电流在线束中的传播速度为v₁和主控制器到传感器线束长度均为L，则电流在线束中传播时间为t₁＝L/v₁。这里根据对应的计算公式计算得到电流在线束中传播的时间，则对应可知对应电磁波在空气中的传播速度，方便计算出测量单元和基准测量单元之间的距离。

在上述的开启角度测量方法中，所述步骤C中，主控制器内设定的计算模型为 $\mathrm{\α}=\arccos [\frac{1}{2}{\left(\frac{L_2}{L_4\sin \left(\arccos \frac{L_3^2-L_4^2-L_5^2}{2L_4{L}_5}\right)}\right)}^2-1],$ 其中α为需测量的开启角，L₂测量单元二到测量单元一的直线距离，L₃为测量单元三到测量单元的直线距离，L₄为测量单元四到测量单元的直线距离，L₅为测量单元四到测量单元三的直线距离。这里在主控制器把计算得到L₂、L₃、L₄、L₅值代入公式中得到开启角度值。

在上述的开启角度测量方法中，所述测量单元二到测量单元一的直线距离L₂＝(t₂-2t₁)v，测量单元三到测量单元一的直线距离L₃＝(t₃-2t₁)v，测量单元四到测量单元一之间的直线距离L₄＝(t₄-2t₁)v，测量单元四到测量单元三的直线距离L₅＝(t₅-2t₁)v，其中t₂、t₃、t₄分别为测量单元一为基准测量单元时主控制器从发出指令到接收测量单元二、测量单元三、测量单元四反馈信号所需时间，t₅为测量单元为基准测量单元时主控制器从发出指令到接收测量单元四反馈信号所需时间。

与现有技术相比，本开启角度测量装置及其方法具有以下优点：该装置及方法不受检测环境和空间的影响能够高效准确的获得角度值。同时该开启角度的计算方法误差小，角度计算原理简单。

附图说明

图1是本发明的控制模块示意图；

图2是本发明的主控制器示意图。

图中，1、测量单元一；2、测量单元二；3、测量单元三；4、测量单元四；5、主控制器；6、显示屏；7、按键组件；8、电源开关。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、2所示，本开启角度测量装置包括用于根据测量数据计算开启角度值的主控制器5、连接主控制器5的显示屏6和至少四个的测量单元，测量单元通过线束分别连接于主控制器5，单个测量单元之间实现相互之间无线通讯，主控制器5通过线束发送控制指令给一基准测量单元，由基准测量单元根据主控制器5的控制指令发送无线信号给指定的测量单元，接收基准测量单元发送的无线信号后的测量单元通过线束反馈给主控制器5，主控制器5根据预设的无线信号在空中的传播速度、电流在线束中的传播速度、线束的已知长度结合主控制器5从发出控制指令到接收反馈信号所用的时间得出各测量单元到基准测量单元之间的距离值，将各测量单元到基准测量单元之间的距离值代入到设定的计算模型中得出开启角度值。主控制器5还连接有输入测量指令的按键组件7和电源开关8。

单个测量单元包括逻辑控制器、无线信号发射器和无线信号接收器，无线信号发射器连接逻辑控制器的输出端，无线信号接收器连接逻辑控制器的输入端。无线信号发射器包括分别依次连接的光电隔离电路、场效应管驱动电路和脉冲激励电路，光电隔离电路连接逻辑控制器的输出端。无线信号接收器包括分别依次连接的前置放大电路、带通滤波电路和自动增益控制电路，前置放大电路连接逻辑控制器的输入端。测量单元集成一体并包覆有薄膜外壳，在外壳的一面粘附有用于固定的磁铁。

本开启角度测量方法，包括至少四个的测量单元、显示屏6和主控制器5，具体步骤如下：

A、固定测量单元：在用于开启连接固定作用的左铰链固定测量单元四4、再右铰链处固定测量单元三3、在开启的罩面内侧横向中轴线上取任意点固定测量单元二2、在底面取在闭合时与测量单元二2对称重叠的点；

B、测量各测量单元到基准测量单元之间的距离值：首先，把测量单元一1作为基准测量单元，所述主控制器5通过线束发送控制指令给测量单元一1，测量单元一1接收到主控制器5的指令后分别发送无线脉冲信号给测量单元二2、测量单元三3、所述测量单元四4，测量单元二2、测量单元三3、测量单元四4在接收到测量单元一1的信号后分别通过线束反馈给主控制器5，所述主控制器5内设定有电磁波在空中的传播速度和电流在线束中的传播速度，所述主控制器5到各测量单元的距离已知，则主控制器5根据发出命令到接收反馈信息所需的时间分别计算出测量单元四4、测量单元二2、测量单元三3到测量单元一1之间的距离；其次，当把测量单元三3作为基准测量单元，主控制器5通过线束发送控制指令给测量单元三3，测量单元三3发送无线脉冲信号给测量单元四4，测量单元四4接收无线信号后通过线束反馈给主控制器5，主控制器5计算出测量单元三3到测量单元四4直接的距离；

设定电磁电磁波在空中的传播速度为v、电流在线束中的传播速度为v₁和主控制器5到传感器线束长度均为L，则电流在线束中传播时间为t₁＝L/v₁。这里根据对应的计算公式计算得到电流在线束中传播的时间，则对应可知对应电磁波在空气中的传播速度，方便计算出测量单元和基准测量单元之间的距离。

C、计算开启角度值：将测量单元二2、测量单元三3、测量单元四4分别到测量单元一1之间和测量单元三3到测量单元四4之间的距离值代入到主控制器5内设定的计算模型中得出开启角度值；

测量单元二2到测量单元一1的直线距离L₂＝(t₂-2t₁)v，测量单元三3到测量单元一1的直线距离L₃＝(t₃-2t₁)v，测量单元四4到测量单元一1之间的直线距离L₄＝(t₄-2t₁)v，测量单元四4到测量单元三3的直线距离L₅＝(t₅-2t₁)v，其中t₂、t₃、t₄分别为测量单元一1为基准测量单元时主控制器5从发出指令到接收测量单元二2、测量单元三3、测量单元四4反馈信号所需时间，t₅为测量单元为基准测量单元时主控制器5从发出指令到接收测量单元四4反馈信号所需时间。主控制器5内设定的计算模型为 $\mathrm{\α}=\arccos [\frac{1}{2}{\left(\frac{L_2}{L_4\sin \left(\arccos \frac{L_3^2-L_4^2-L_5^2}{2L_4{L}_5}\right)}\right)}^2-1],$ 其中α为需测量的开启角，L₂测量单元二2到测量单元一1的直线距离，L₃为测量单元三3到测量单元的直线距离，L₄为测量单元四4到测量单元的直线距离，L₅为测量单元四4到测量单元三3的直线距离。这里在主控制器5把计算得到L₂、L₃、L₄、L₅值代入公式中得到开启角度值。

D、显示计算得到的开启角度值。

通过测量各传感器之间的距离，计算开启角度。

以下是本装置开启角度测量装置的工作原理：

本实施例特别适用于发动机机盖和背门开启角度的测量，下面工作原理举例本装置应用于发动机机盖开启角度的测量。首先把测量单元一1通过磁铁固定在机盖锁上，测量单元二2通过磁铁固定在机盖铰链上，测量单元三3通过磁铁固定在左侧机盖开启铰链中心处，测量单元四4通过磁铁固定在右侧机盖开启铰链中心处。本装置可以直接由一开启开关键进行开启，然后，主控制器5开始分步以测量单元一1和测量单元3作为测量基准的自动发射控制指令进行测量。同时按键组件7可以由多个按键组成，按一下主控制单元上链接的的触发键，主控制器5通过线束发送控制指令给基准测量单元，首先以测量单元一1为基准测量单元，则主控制器5发送控制指令给测量单元一1，测量单元一1在接收到主控制器5的发来的控制指令后发射电磁波信给测量单元二2、测量单元三3和测量单元四4。测量单元二2、测量单元三3和测量单元四4在接收到测量单元一1的电磁波信号后分别通过线束反馈一个高电平给主控制器5，主控制器5在接收到测量单元的反馈信号后，计算主控制器5在发送控制指令到接收到反馈信号所需要的间隔时间，则得到测量单元二2、测量单元三3、测量单元四4的反馈时间分别为t₂、t₃、t₄。再按下另一个按键，以测量单元三3为测量基准，主控制器5发送控制指令给测量单元三3，测量单元三3发射电磁波信号给测量单元四4，测量单元四4反馈信号给主控制单元，则主控制单元从发出控制指令给测量单元三3到接收反馈测量单元四4的信号所用时间为t₅。

则此时机盖开启角度与各测量单元之间的距离存在如下逻辑关系：

设：电磁波在空中传播速度为υ，电流在线束传播的速度为υ₁,主控制单元至测量单元的线束长度均为L，则电流在线束中传播所需时间为t₁＝L/υ₁。

按下触发按钮键，以测量单元一1为基准，由测量单元一1发射电磁波信号给其他测量单元，如上述所述主控制单元收集测量单元二2、测量单元三3、测量单元四4反馈的时间为t₂、t₃、t₄，则测量单元二2、测量单元三3、测量单元四4与测量单元一1的直线距离分别为：

L₂＝(t₂-2t₁)υ；L₃＝(t₃-2t₁)υ；L₄＝(t₄-2t₁)υ；

再一次按下触发键，测量单元三3为基准测量单元时，如上所述则主控制单元收集测量单元四4反馈的时间为t₅，则测量单元三3与测量单元四4的距离为：L₅＝(t₅-2t₁)υ；

则机盖开启角度α与上述各距离值存在以下关系： $\mathrm{\α}=\arccos [\frac{1}{2}{\left(\frac{L_2}{L_4\sin \left(\arccos \frac{L_3^2-L_4^2-L_5^2}{2L_4{L}_5}\right)}\right)}^2-1].$ 通过把上述得到的距离L₂、L₃、L₄、L₅值代入到上述的计算模型中，则主控制器5能够计算出对应的开启角α，主控制器5把计算的最终开启角度值进行存储并在显示屏6上显示。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了基准测量单元一1、测量单元二2、测量单元三3、测量单元四4、主控制器5、显示屏6、按键组件7、电源开关8等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种开启角度测量装置，其特征在于，本装置包括用于根据测量数据计算开启角度值的主控制器(5)、连接主控制器(5)的显示屏(6)和至少四个的测量单元，所述测量单元通过线束分别连接于主控制器(5)，所述单个测量单元之间实现相互之间无线通讯，所述主控制器(5)通过线束发送控制指令给一基准测量单元，由基准测量单元根据主控制器(5)的控制指令发送无线信号给指定的测量单元，接收基准测量单元发送的无线信号后的测量单元通过线束反馈给主控制器(5)，主控制器(5)根据预设的无线信号在空中的传播速度、电流在线束中的传播速度、线束的已知长度结合主控制器(5)从发出控制指令到接收反馈信号所用的时间得出各测量单元到基准测量单元之间的距离值，将各测量单元到基准测量单元之间的距离值代入到设定的计算模型中得出开启角度值。

2.根据权利要求1所述的开启角度测量装置，其特征在于，所述单个测量单元包括逻辑控制器、无线信号发射器和无线信号接收器，所述无线信号发射器连接逻辑控制器的输出端，所述无线信号接收器连接逻辑控制器的输入端。

3.根据权利要求2所述的开启角度测量装置，其特征在于，所述无线信号发射器包括分别依次连接的光电隔离电路、场效应管驱动电路和脉冲激励电路，所述光电隔离电路连接逻辑控制器的输出端。

4.根据权利要求3所述的开启角度测量装置，其特征在于，所述无线信号接收器包括分别依次连接的前置放大电路、带通滤波电路和自动增益控制电路，所述前置放大电路连接逻辑控制器的输入端。

5.根据权利要求1或2所述的开启角度测量装置，其特征在于，所述测量单元集成一体并包覆有薄膜外壳，在外壳的一面粘附有用于固定的磁铁。

6.根据权利要求5所述的开启角度测量装置，其特征在于，所述主控制器(5)还连接有输入测量指令的按键组件(7)和电源开关(8)。

7.一种开启角度测量方法，其特征在于，包括至少四个的测量单元、显示屏(6)和主控制器(5)，所述本角度测量方法的具体步骤如下：

A、固定测量单元：在用于开启连接固定作用的左铰链固定测量单元四(4)、再右铰链处固定测量单元三(3)、在开启的罩面内侧横向中轴线上取任意点固定测量单元二(2)、在底面取在闭合时与测量单元二(2)对称重叠的点；

B、测量各测量单元到基准测量单元之间的距离值：首先，把测量单元一(1)作为基准测量单元，所述主控制器(5)通过线束发送控制指令给测量单元一(1)，测量单元一(1)接收到主控制器(5)的指令后分别发送无线脉冲信号给测量单元二(2)、测量单元三(3)、所述测量单元四(4)，测量单元二(2)、测量单元三(3)、测量单元四(4)在接收到测量单元一(1)的信号后分别通过线束反馈给主控制器(5)，所述主控制器(5)内设定有电磁波在空中的传播速度和电流在线束中的传播速度，所述主控制器(5)到各测量单元的距离已知，则主控制器(5)根据发出命令到接收反馈信息所需的时间分别计算出测量单元四(4)、测量单元二(2)、测量单元三(3)到测量单元一(1)之间的距离；其次，当把测量单元三(3)作为基准测量单元，主控制器(5)通过线束发送控制指令给测量单元三(3)，测量单元三(3)发送无线脉冲信号给测量单元四(4)，测量单元四(4)接收无线信号后通过线束反馈给主控制器(5)，主控制器(5)计算出测量单元三(3)到测量单元四(4)直接的距离；

C、计算开启角度值：将测量单元二(2)、测量单元三(3)、测量单元四(4)分别到测量单元一(1)之间和测量单元三(3)到测量单元四(4)之间的距离值代入到主控制器(5)内设定的计算模型中得出开启角度值；

D、显示计算得到的开启角度值。

8.根据权利要求7所述的开启角度测量方法，其特征在于，所述步骤B中，设定电磁电磁波在空中的传播速度为v、电流在线束中的传播速度为v₁和主控制器(5)到传感器线束长度均为L，则电流在线束中传播时间为t₁＝L/v₁。

9.根据权利要求8所述的开启角度测量方法，其特征在于，所述步骤C中，主控制器(5)内设定的计算模型为

$\mathrm{\α}=\arccos [\frac{1}{2}{\left(\frac{L_2}{L_4\sin \left(\arccos \frac{L_3^2-L_4^2-L_5^2}{2L_4{L}_5}\right)}\right)}^2-1],$ 其中α为需测量的开启角，L₂测量单元二(2)到测量单元一(1)的直线距离，L₃为测量单元三(3)到测量单元的直线距离，L₄为测量单元四(4)到测量单元的直线距离，L₅为测量单元四(4)到测量单元三(3)的直线距离。

10.根据权利要求9所述的开启角度测量方法，其特征在于，所述测量单元二(2)到测量单元一(1)的直线距离L₂＝(t₂-2t₁)v，测量单元三(3)到测量单元一(1)的直线距离L₃＝(t₃-2t₁)v，测量单元四(4)到测量单元一(1)之间的直线距离L₄＝(t₄-2t₁)v，测量单元四(4)到测量单元三(3)的直线距离L₅＝(t₅-2t₁)v，其中t₂、t₃、t₄分别为测量单元一(1)为基准测量单元时主控制器(5)从发出指令到接收测量单元二(2)、测量单元三(3)、测量单元四(4)反馈信号所需时间，t₅为测量单元为基准测量单元时主控制器(5)从发出指令到接收测量单元四(4)反馈信号所需时间。