CN113432555B - 一种汽车主销内倾角的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车主销内倾角的测量方法，包括以下步骤；首先，采用对称的相对测量法测得主销后倾角γ；然后，在非对称条件下，依据主销与车轮之间的几何关系，反推出车轮转向角δ、广义外倾角λ以及主销后倾角γ与主销内倾角β的函数公式，并整合传统测量步骤，得出相应的测量流程，从而间接测量出主销内倾角β。本发明可与主销后倾角共用一套检测设备，且在同一套流程中完成测量，从而简化了测量步骤并降低了测量成本。

Description

一种汽车主销内倾角的测量方法

技术领域

本发明涉及汽车检测技术领域，特别涉及一种汽车主销内倾角的测量方法。

背景技术

传统车轮定位参数检测方法主要有机械式、光学式、拉线式、激光式以及红外PSD(Position Sensitive Device)式等；目前则主要是基于机器视觉的三维成像(Visual 3Dimension，V3D)测量技术，并且迅速从接触式(最初引入视觉技术时仍需在车轮上安装反光模板等组件)发展到非接触式。V3D一般与激光技术相结合，具有操作简单、速度快、高精度等诸多优点，是车轮参数检测方法的技术发展方向。

由于很多汽车是虚主销(即存在但却是无形的)，而且即使是实主销也常常遮挡在车轮之后，是故在主要车轮定位参数中，主销参数(内倾角β和后倾角γ)一般需采用间接测量方法，成为测量的难点，同时也成为工程检测研究的焦点。传统上，主销后倾角与内倾角两个参数是分别测量的，相应地，需要两套硬件设施。对于主销后倾角，一般依据驱动轮左右转动(即车轮转向角δ)时主销后倾角与车轮广义外倾角λ(即转向节枢轴与支承车辆平面的所夹锐角，当其在基准位置也就是车轮转向角为0°时即为外倾角α)变化量的几何关系进行测量。可见，主销后倾角测量中，除需要获得车轮转向角外，可与车轮外倾角的测量共用一套设备。不过，对于另外一个主销参数——内倾角，现有方法是依据其与转向节枢轴滚动角ω的几何关系进行测量，这样，需额外增设一套水平仪组件(或采用其他方法)来测量转向节枢轴的滚动角，进而间接测出主销内倾角。

事实上，上述广义外倾角的变化量是由主销后倾角与内倾角共同引起的。为了消除测量过程中两者之间的相互影响，传统上采用了相对测量法，具体做法是在测量主销后倾角时，令车轮左右转动相同的角度，这样理论上主销内倾角的影响会因大小相等和方向相反而对冲，于是可间接测出主销后倾角。另一方面，在测量主销内倾角的过程中，同样令车轮左右转动相同的角度，以消除后倾角的影响，从而间接测出主销内倾角。这种做法本质上是在两个垂直的维度上分别测量主销后倾角与内倾角，并采用相对测量法消去两者之间的形成的相互干扰。这种分解开来的做法化解了在测量过程中后倾角与内倾角的相关性，但其代价是需要两套硬件设施通过不同的测量流程对两者分别进行测量，具有测量成本高和测量过程复杂等不足。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种汽车主销内倾角的测量方法，可与主销后倾角共用一套检测设备，且在同一套流程中完成测量，从而简化了测量步骤并降低了测量成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种汽车主销内倾角的测量方法，包括以下步骤：

首先，采用对称的相对测量法测得主销后倾角γ。

然后，在非对称条件下(即令车轮转动一个与相对测量法不同的转向角δ)，依据主销与车轮之间的几何关系，反推出车轮转向角δ、广义外倾角λ以及主销后倾角γ与主销内倾角β的函数公式，并整合传统测量步骤，得出相应的测量流程，从而间接测量出主销内倾角β。

进一步的，采用对称的相对测量法是为了在测量主销后倾角γ时消去主销内倾角β对其的影响。

进一步的，所述对称的相对测量法是指在测量时，转向轮绕主销分别向左和向右转动相同的角度即δ′＝δ″＝δ^*(约定，上标单撇(′)表示车轮向右转，上标双撇(″)表示车轮向左转，下同)，且为了提高测量效度，δ^*尽可能取大一些，一般设定δ^*＝20°。

进一步的，所述主销后倾角采用现有测量方法，也就是常用的利用广义外倾角变化量与转向轮转动角的大小，以及主销后倾角的关系，测出主销后倾角γ(注，该测量进行了近似，所以测量方法具有系统误差)。

进一步的，所述非对称条件测量，指为了测量主销内倾角β，将转向轮转动一个与采用相对法测量γ时不同的角度δ′₁，取δ′₁＝δ^*/2，这样测量点均匀分布，测量效度高。

进一步的，所述反推出车轮转向角δ、广义外倾角λ以及主销后倾角γ与主销内倾角β的函数公式，是指

所述相应的测量流程，具体包括一下测量步骤：

(1)系统初始化及测量准备；

测试前输入车型数据，并据此进行轴距调整；然后车辆进入测量位置；接下来对中电机回参考点，滚筒电机制动，开启激光阵列，转角编码器归零，浮动盘松开；

(2)车轮向右依次转动角度δ′₁和δ′，分别测量广义外倾角λ′₁和λ′；

测试人员启动主销参数测量；然后依次转动角度δ′₁和δ′，其中，δ′取值为δ^*(一般令δ^*＝20°)，δ′₁取值则为δ^*/2；这一动作通过PLC控制浮动盘转动实现，角度由转角编码器测得；接下来计算广义外倾角λ′₁和λ′，采用与车轮外倾角同样的测量方法实现；

(3)车轮向左依次转动角度δ″₁和δ″，分别测量广义外倾角λ″₁和λ″；

测量过程与方法与步骤(2)相同，其中，δ″取值也为δ^*，δ″₁取值同样为δ^*/2，只是车轮转动方向相反，变为向左；

(4)采用相对测量法，依据式γ＝(λ′-λ″)/(2sinδ^*)(1)测得主销后倾角γ

依据相对测量法原理，将δ′＝δ″＝δ^*、λ′和λ″等数据代入式(1)，可间接测量主销后倾角γ；

(5)利用非对称条件，依据γ和式(10)测得主销内倾角β；

利用非对称条件，将δ′＝δ″＝δ^*、δ′₁＝δ″1＝δ^*/2、λ′₁和λ′、λ″₁和λ″、以及步骤(4)中测得的γ数据代入式(10)，可间接测量主销内倾角β；

(6)系统复位，关闭激光阵列，机械及电气系统复位，测试人员驾车离开检测台，或转入其他参数测量。

本发明的有益效果。

1)降低测量成本。传统的主销参数测量方法中，主销内倾角β与后倾角γ是分别测量的，虽然共用相同的基础设施，但却各自直接使用不同的硬件系统；但本发明中，β与γ的测量完全共用同一套基础设施和硬件系统，区别只在于采用了不同的算法及软件来实现。

2)提高测量效率。主销内倾角β与后倾角γ是的测量中，两套硬件系统分开工作，某些设备需先后进行两次设置或调整，测量过程复杂，整个系统工作效率低；而本发明中，结合所提出的新测量技术，整合了测量流程，所有测量准备工作只需进行一次，测量步骤也更加科学高效。

附图说明：

图1是主销后倾角测量原理图。

图2是主销后倾角测量几何模型图。

图3是主销后倾角测量流程图。

图4为装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1所示，点划线OF为转向轮(不失一般性，假定为左前轮)的主销中心线，以点O为原点、驾驶员左向为X轴、后向为Y轴、上向为Z轴建立三维坐标系OXYZ。相应地，OF在平面OYZ的投影OE与OZ轴的夹角为主销后倾角γ，而OF在平面OXZ的投影OG与OZ轴的夹角为主销内倾角β。为便于说明测量原理，假定车轮外倾角α＝0。OH为转向节枢轴，在前述假设下，车轮处于直线行驶时，OH与OX轴重合。同样为便于说明测量原理，在转向节枢轴OH的H端固定一横杆IHJ，IHJ初始位于OXY面内，且IHJ⊥OH。

对于传统测量法，令车轮偏离直线行驶位置，此处假定向右转动角度δ，由于γ和β的存在，必然形成OH与OXY面的夹角λ(即广义外倾角)，以及横杆IHJ与OXY面的夹角ω(即转向节枢轴的滚动角)。依据上述几个角度的几何关系，可通过直接测量λ而间接测得γ，其中，采用了相对测量法(即让车轮向左、右各转动相同角度δ)来消除因β的存在而导致对γ测量的影响；类似的方式，可通过直接测量ω而间接测得β，其中，同样采用了相对测量法来消除因γ的存在而导致对β测量的影响。显然，传统方法采用相对测量法解决了主销参数(γ和β)在测量过程中相互影响的问题，但因此使得测量系统需要分别测量γ和β，相应地需要两套设备和两套流程来分别测量λ和ω。

不同于传统做法，本发明先采用相对测量法消除β的影响，由测得的λ计算出γ，再采用非对称法恢复β的影响，在已知γ的条件下即可计算出β，实现两者的同一套硬件系统的联合测量。需要说明的是，虽然在计算γ和β时分先后顺序，但在测量实施时只需测量λ，省去了传统测量法中的对ω的测量。所以，本专利的做法本质上是一次性在测量γ的同时测出β。

如图2所示：

基于前面对测量原理的分析，引入辅助线和辅助面，可将原理图1细化为图2所示的测量几何模型图。坐标系与图1相同，点划线OR为主销轴线，实线OB为转向节枢轴(亦即车轮轴线)，角α为车轮外倾角，四边形DEFG表示水平面。四边形HIJK相对于水平面的夹角即为主销后倾角γ，根据主销参数的定义，该平面由平面DEFG以OX为轴旋转形成。四边形LMNP表示与主销OR垂直相交的平面，根据主销参数的定义，该平面由平面HIJK以OY为轴旋转β角形成。实线OB′为车轮向右转动δ′＝δ*(由前述测量原理，δ*值尽量取大一些，令δ*＝20°)时转向节枢轴的方向，根据对称测量法，实线OB″为车轮向左转动δ″＝δ*时转向节枢轴的方向。由于转动过程中半径不变，令OB＝OB′＝OB″＝r，虚线AB、A′B′、A″B″分别与水平面DEFG垂直相交于点C、Q、U，且取点D、E于OQ和OU各自的延长线上。实线LHD、MEI、FJN、KGP均与水平面DEFG垂直。

在传统测量方法中，采用相对测量法可获得主销后倾角如下：

γ＝(λ′-λ″)/(2sinδ^*) (1)

式(1)中，转向轮绕主销分别向左和向右转动相同的角度即δ′＝δ″＝δ^*，而λ′和λ″则是与δ′和δ″对应的广义外倾角。

接下来，可利用非对称模式获得主销内倾角β的值。

当车轮向右转动时，当δ′＝δ^*时，

sinλ′＝sinα+cosα×tanβ×(1-cosδ′)-cosα×sinδ′×tanγ (2)

为了使测量效度高，可尽可能使测量点分布均匀，故令δ′1＝δ^*/2，同理，

sinλ′₁＝sinα+cosα×tanβ×(1-cosδ′₁)-cosα×sinδ′₁×tanγ (3)

令(2)-(3)，并整理可得：

为了提高测量精度，可在另一侧进行相似测量，令车轮向左转动当δ″＝δ^*时，

类似可令δ″1＝δ^*/2，同理，

令(5)-(6)，并整理可得：

基于(4)和(7)，对tanβ做算术平均，并考虑到δ′＝δ″＝δ^*和δ′₁＝δ″₁＝δ^*/2，得：

由于角度α、β、λ′、λ′₁、λ″、λ″₁都很小，可作如下近似：

将(9)代入(8)，得到主销内倾角β的简化形式为：

本发明的测量流程：

以汽车厂家生产线上的通过式动态四轮定位仪为背景，参见图3，本发明实施例的测量步骤为：

(1)系统初始化及测量准备；

如图4所示的测量装置示意图，测试前输入车型数据，并据此进行轴距调整；然后车辆进入测量位置；接下来对中电机回参考点，滚筒电机制动，开启激光阵列，转角编码器归零，浮动盘松开。

(2)车轮向右依次转动角度δ′₁和δ′，分别测量广义外倾角λ′₁和λ′；

测试人员启动主销参数测量；然后依次转动角度δ′₁和δ′，其中，δ′取值为δ^*(一般令δ^*＝20°)，δ′₁取值则为δ^*/2；这一动作可通过PLC控制浮动盘转动实现，角度由转角编码器测得；接下来计算广义外倾角λ′₁和λ′，具体可采用与车轮外倾角同样的测量方法实现，区别之处在于参考基准的不同。

(3)车轮向左依次转动角度δ″₁和δ″，分别测量广义外倾角λ″₁和λ″；

测量过程与方法与步骤(2)相同，其中，δ″取值也为δ^*，δ″₁取值同样为δ^*/2，只是车轮转动方向相反，变为向左。

(4)采用相对测量法，依据式(1)测得主销后倾角γ；

依据相对测量法原理，将δ′＝δ″＝δ^*、λ′和λ″等数据代入式(1)，可间接测量主销后倾角γ。

(5)利用非对称条件，依据γ和式(10)测得主销内倾角β；

依据本专利的方法，利用非对称条件，将δ′＝δ″＝δ^*、δ′₁＝δ″₁＝δ^*/2、λ′₁和λ′、λ″₁和λ″、以及步骤(4)中测得的γ数据代入式(10)，可间接测量主销内倾角β。

(6)系统复位；

关闭激光阵列，机械及电气系统复位，测试人员驾车离开检测台，或转入其他参数测量。

Claims (1)

1.一种汽车主销内倾角的测量方法，其特征在于，包括以下步骤；

首先，采用对称的相对测量法测得主销后倾角γ；

然后，在非对称条件下，依据主销与车轮之间的几何关系，反推出车轮转向角δ、广义外倾角λ以及主销后倾角γ与主销内倾角β的函数公式，并整合传统测量步骤，得出相应的测量流程，从而间接测量出主销内倾角β；

所述非对称条件测量，为了测量主销内倾角β，将转向轮转动一个与采用相对法测量γ时不同的角度δ'₁，取δ'₁＝δ^*/2，其中，上标单撇表示车轮向右转，上标星表示相对测量法在测量过程中车轮左右转动的最大角度；

所述相应的测量流程，具体包括以下测量步骤：

(1)系统初始化及测量准备；

测试前输入车型数据，并据此进行轴距调整；然后车辆进入测量位置；接下来对中电机回参考点，滚筒电机制动，开启激光阵列，转角编码器归零，浮动盘松开；

(2)车轮向右依次转动角度δ'₁和δ'，分别测量广义外倾角λ'₁和λ'；

测试人员启动主销参数测量；然后依次转动角度δ'₁和δ'，其中，δ'取值为δ^*＝20°，δ'₁取值则为δ^*/2；这一动作通过PLC控制浮动盘转动实现，角度由转角编码器测得；接下来计算广义外倾角λ'₁和λ'，采用与车轮外倾角同样的测量方法实现；

(3)车轮向左依次转动角度δ"₁和δ"，分别测量广义外倾角λ"₁和λ"，其中，上标双撇表示车轮向左转；

测量过程与方法与步骤(2)相同，其中，δ"取值也为δ^*，δ"₁取值同样为δ^*/2，只是车轮转动方向相反，变为向左；

(4)采用相对测量法，依据式γ＝(λ'-λ")/(2sinδ^*)(1)测得主销后倾角γ；所述对称的相对测量法是指在测量时，转向轮绕主销分别向左和向右转动相同的角度即δ'＝δ"＝δ^*＝20°；依据相对测量法原理，将δ'＝δ"＝δ^*、λ'和λ"数据代入式(1)，间接测量主销后倾角γ；

(5)利用非对称条件，测得主销内倾角β：利用非对称条件，将δ'＝δ"＝δ^*、δ'₁＝δ"₁＝δ^*/2、λ'₁和λ'、λ"₁和λ"、α＝0、以及步骤(4)中测得的γ代入式

或式间接测得主销内倾角β，且β的计算进一步简化近似为/>

(6)系统复位，关闭激光阵列，机械及电气系统复位，测试人员驾车离开检测设备或转入其他参数测量。