CN202119423U - 主销后倾角/内倾角测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种主销后倾角/内倾角测量装置，包括：第一传感器，用于检测并输出轮胎在转盘外转状态下的第一外倾角信号及轮胎在转盘内转状态下的第二外倾角信号；第二传感器，用于检测并输出转盘在转盘外转状态下的第一水平角信号及在转盘内转状态下的第二水平角信号；处理器，连接第一传感器及第二传感器，用于接收第一外倾角信号、第二外倾角信号、第一水平角信号、第二水平角信号，计算第一外倾角与第二外倾角之间的差值、第一水平角与第二水平角之间的差值及设定转盘转角值，据此获得主销后倾角/内倾角计算结果。通过实时检测轮胎外倾角信号及水平角信号，可以直接、精准地获取主销后倾角/内倾角。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车四轮定位系统，尤其涉及主销后倾角/内倾角测量装置。
背景技术
车轮定位的作用是使汽车保持稳定直线行驶和转向轻便，并减少汽车在行驶中轮胎和转向机件的磨损。由于各汽车厂家对四轮定位原设计的不同和制造的不同，使得各种车型各车轮的各种倾角和束值就各有不同，而且这些因素并非单独发挥作用，而是相互间有着密切联系。以下对其中的主要倾角定义简要进行说明。
从侧面看车轮，车轮转向的旋转中心——转向主销向后倾倒，这个角度称为主销后倾角。设定很大的主销后倾角可提高直线行驶性能，同时主销纵倾移距也增大。主销纵倾移距过大，会使转向盘沉重，且由于路面干扰而加剧车轮的前后颠簸。
从车前后方向看车轮，主销向车身内侧倾斜，这个角度称为主销内倾角。销内倾角也不宜过大，否则转向时车轮绕主销偏转的过程中轮胎与路面将产生较大的滑动，因而增加轮胎与路面间的摩擦阻力，这不仅使转向变得沉重，而且会加速轮胎的磨损。
从前后方向看车轮时，轮胎并非垂直安装，而是稍微倾倒呈现八字形张开，称为负外倾，这个角度即车轮外倾角；朝反方向张开时称为正外倾。大外倾角会使轮胎磨偏，降低轮胎摩擦力。另外，由于助力转向机构的不断使用，也使外倾角不断缩小，但设定少许的外倾角可对车轴上的车轮轴承施加适当的横推力。
从俯视的方向观看轮胎，轮胎中心线与车体中心线之间的夹角就是前束，目的是修正上述前轮外倾角引起的车轮向外侧转动。
外倾角及前束都可以根据定义，利用各自定位仪的原理直接得到测量数据。而前轮主销的两个角度只能利用置于转盘上的轮胎，在水平方向上先外转20度(不考虑先后顺序)，测量外倾角的数据及水平方向传感器的数据；再内转20度，测量外倾角的数据及水平方向传感器的数据；两个传感器各自两组数据的的差值，将反映主销后倾角及内倾角数值。简而言之，主销角度的测量是通过这种间接方式计算得到的。但现有的主销角度计算公式来源于近似的推导，导致测量过程不够直观，而且测量结果也不够精确。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种主销后倾角/内倾角测量装置，可以直接、精准地得到主销后倾角/内倾角的数据。
为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是，一种主销后倾角/内倾角测量装置，包括：
第一传感器，用于检测并输出轮胎在转盘外转状态下的第一外倾角信号及轮胎在转盘内转状态下的第二外倾角信号；
第二传感器，用于检测并输出转盘在转盘外转状态下的第一水平角信号及在转盘内转状态下的第二水平角信号；
处理器，连接第一传感器及第二传感器，用于接收第一外倾角信号、第二外倾角信号、第一水平角信号、第二水平角信号，计算第一外倾角与第二外倾角之间的差值、第一水平角与第二水平角之间的差值及设定转盘转角值，据此获得主销后倾角/内倾角计算结果。
较优地，包括显示器，连接处理器，用于显示主销后倾角/内倾角计算结果。
较优地，包括存储器，连接端口连接处理器，用于存储主销后倾角/内倾角计算结果。
较优地，包括报警器，设置有报警控制模块及报警信号模块，其中：报警控制模块连接处理器，用于将主销后倾角/内倾角计算结果与预设主销后倾角/内倾角阀值比较，在主销后倾角/内倾角超出预设主销后倾角/内倾角阀值时，输出报警提示信号；报警信号模块连接报警控制模块，用于根据报警提示信号生成报警信号。
较优地，报警控制模块为声和/或光报警模块。
与现有技术相比，本实用新型主销后倾角/内倾角测量装置通过第一传感器实时检测轮胎外倾角信号，通过第二传感器(水平方向传感器)测量转盘的水平角信号，由此可以根据预定策略获取主销后倾角/内倾角，其计算结果更为直观、快捷、准确。
附图说明
图1a为轮胎与转盘的装配示意图；
图1b为轮胎外转及内转状态下的示意图；
图1c表示主销后倾角与转盘转角的几何关系；
图1d表示主销处于一定后倾角及内倾角状态；
图1e表示主销后倾角/内倾角与轮胎外倾角、转盘水平角之间的关系；
图2为本实用新型主销后倾角/内倾角测量装置的组成框图。
具体实施方式
为便于理解本实用新型的工作原理，先对本实用新型主销后倾角/内倾角测量装置的原理进行说明。
实际上，传感器两组数据的差值与主销角度之间，由于结构的原因存在直接的几何关系。这是因为主销轴线直接通过转向节，使转向轮回绕主销轴线转动的缘故。设想车轮处于转盘上可以自由左右转动，并且分别在主销后倾角为零及主销后倾角不为零的条件下让车轮在转盘上做同样的转动，那么两种情况下(代表轮胎中心平面倾斜程度的参数)外倾角的变化是不同的：前者外倾角没有变化；后者外倾角会产生变化，而变化的数量关系不受具体的悬挂结构设计参数影响，只取决于“转向轮回绕主销轴线转动”这一几何关系。为此，这里通过直观而简洁的方式，来推算外倾角两组数据的差值与主销后倾角/内倾角之间关系的计算公式。
如图1a所示，设轮胎处于转盘上，轮胎中心平面显示轮胎所处的转角位置。
如图1b所示，表示存在主销后倾角的情况下，轮胎分别处于内转20度及向外转20度状态。将轮胎绕主销轴线的转动简化为轮胎中心平面绕主销轴线转动，因此形成2个中心平面(设为平面I、平面II)沿主销轴线相交的情形，在各自轮胎中心平面上，主销轴线与垂线(连接中心点和中心平面与水平面交点)的夹角即为主销后倾角。
如图1c所示，设轮胎平面中心点O，轮胎半径R，主销后倾线与水平面交点A，轮胎平面与水平面交点B、C：连接AB、AC，OB、OC，则OB＝R，OB⊥AB，OC⊥AC；过OB、OC分别作中心平面I、中心平面II的垂直面，在ABC平面上交于D点；连接OD、BD、AD、DC，由空间几何关系可以确定：直线OD⊥平面ABC。∠BOD为平面I的外倾角，∠COD为平面II的外倾角，且∠BOD＝∠COD。即：轮胎平面由位置I转到位置II，外倾角的变化(Δθ)为两倍于∠BOD。
设后倾角α，内倾角β，外倾角θ，水平传感器Φ(表征转盘与水平面的夹角)，转盘转角δ，则：转盘转角δ1时，外倾角θ1，水平传感器Φ1；转盘转角δ2时，外倾角θ2，水平传感器Φ2；轮胎由位置I到位置II，外倾角变化Δθ；水平传感器变化ΔΦ；轮胎在转盘上2个位置的夹角2δ(传统δ为20度)；轮胎中心点O，轮胎半径R。
由图1c可知：∠BAD＝δ；∠BOA＝α；∠BOD＝Δθ/2；OB＝R；
在直角ΔOAB中，OB＝R，AB＝R*tg(α)；
在直角ΔABD中，BD＝AB*tg(δ)＝R*tg(α)*tg(δ)；
在直角ΔOBD中，BD＝OB*sin(Δθ/2)＝R*sin(Δθ/2)；
因此，可以得到：tg(α)*tg(δ)＝sin(Δθ/2)；
即：tg(α)＝sin(Δθ/2)/tg(δ)；或α＝arctg[sin(Δθ/2)/tg(δ)]。
参见图1d～图1d，在上述的描述中，主销后倾角α在YOZ平面，轮胎转动的角度δ在XOZ平面，得到的外倾角变化Δθ在XOY平面。换句话说，当轮胎在XOZ平面中转动δ时，由于YOZ平面上主销后倾角α的存在，使得在XOY平面上体现出外倾角变化Δθ。那么，同样的情况下，由于在XOY平面上有内倾角β的存在，势必将会在YOZ平面上出现角度变化ΔΦ。因此，根据对等的原理，β＝arctg[sin(ΔΦ/2)/tg(δ)]。
现行经验公式为：α＝(θ2-θ1)/(2*sin(δ))，式中：α——主销后倾角/内倾角；θ2——第二次外倾角；θ1——第一次外倾角；δ——转盘的转动角度。表1、表2列出在转盘角度分别为20°及10°的情况下的主销后角度计算结果：
表1 转盘角度分别为20°情况下的主销后角度
| 测量变化值 | 计算的主销后角度(α) | 实际比值 经验比值：1.461902 |
| θ2-θ1 | arctg[sin(Δθ/2)/tg(20°)] | α/(θ2-θ1) 相对误差(％) |
| 1 | 1.373458138 | 1.373458138 6.43951639 |
| 2 | 2.745235263 | 1.372617632 6.504693405 |
| 3 | 4.113662395 | 1.371220798 6.613187444 |
| 4 | 5.477094408 | 1.369273602 6.764798348 |
| 5 | 6.833921426 | 1.366784285 6.959248509 |
| 6 | 8.182579601 | 1.363763267 7.196185417 |
| 7 | 9.521561108 | 1.360223015 7.475184844 |
| 8 | 10.84942319 | 1.356177899 7.795754596 |
| 9 | 12.16479617 | 1.351644019 8.157338757 |
| 10 | 13.46639025 | 1.346639025 8.559322358 |
| 11 | 14.7530012 | 1.341181927 9.001036361 |
| 12 | 16.02351473 | 1.335292894 9.481762899 |
| 13 | 17.27690967 | 1.328993052 10.00074066 |
| 14 | 18.51225998 | 1.322304284 10.55717035 |
| 15 | 19.72873555 | 1.315249037 11.15022016 |
表2 转盘角度分别为10°情况下的主销后角度
| 测量变化值 | 计算的主销后角度(α) | 实际比值 | 经验比：2.879385 |
| θ2-θ1 | arctg[sin(Δθ/2)/tg(10°) | α/(θ2-θ1) | 相对误差(％) |
| 1 | 2.83329321 | 2.83329321 | 1.626800606 |
| 2 | 5.652583269 | 2.826291634 | 1.878560813 |
| 3 | 8.444275756 | 2.814758585 | 2295992866 |
| 4 | 11.19556434 | 2.798891085 | 2.875930289 |
| 5 | 13.89475525 | 2.77895105 | 3.614104369 |
| 6 | 16.53151828 | 2.755253046 | 4.505292015 |
| 7 | 19.09705435 | 2.728150622 | 5.543484969 |
由此可见，上述推导的函数计算公式结果与经验公式比较发现：(1)使用经验算法的误差随着主销角度越大，误差增大；(2)设定转盘转动的角度减小，误差减小，但由此需增加倾角传感器(第一传感器)的精度。
在上述测量原理的基础上，可以相应涉及一套在线主销后倾角/内倾角测量装置。通过实时检测轮胎外倾角信号及水平角信号，可以获取主销后倾角/内倾角，其计算结果更为直观、快捷、准确。
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
参见图2，表示本实用新型的主销后倾角/内倾角测量装置的一较优实施例，其包括第一传感器1、第二传感器2、处理器3、显示器4、存储器5及报警器6等部件，其中：
第一传感器1，用于检测并输出轮胎在转盘外转状态下的第一外倾角信号及轮胎在转盘内转状态下的第二外倾角信号。
第二传感器2，用于检测并输出转盘在转盘外转状态下的第一水平角信号及在转盘内转状态下的第二水平角信号。
处理器3，连接第一传感器1及第二传感器2，用于接收第一外倾角信号、第二外倾角信号、第一水平角信号、第二水平角信号，计算第一外倾角与第二外倾角之间的差值、第一水平角与第二水平角之间的差值及设定转盘转角值，据此获得主销后倾角/内倾角计算结果显示器4连接处理器3，用于显示主销后倾角/内倾角计算结果。
存储器5连接端口连接处理器3，用于存储主销后倾角/内倾角计算结果。
报警器6设置有报警控制模块61及报警信号模块62，其中：报警控制模块61连接处理器3，用于将主销后倾角/内倾角计算结果与预设主销后倾角/内倾角阀值比较，在主销后倾角/内倾角超出预设主销后倾角/内倾角阀值时，输出报警提示信号；报警信号模块62连接报警控制模块61，用于根据报警提示信号生成报警信号，该报警控制模块62为声和/或光报警模块，可以及时发出声和/或光信号，提醒操作者及时采取措施，预防事故发生。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种主销后倾角/内倾角测量装置，其特征在于，包括：
第一传感器，用于检测并输出轮胎在转盘外转状态下的第一外倾角信号及轮胎在转盘内转状态下的第二外倾角信号；
第二传感器，用于检测并输出转盘在转盘外转状态下的第一水平角信号及在转盘内转状态下的第二水平角信号；
处理器，连接第一传感器及第二传感器，用于接收第一外倾角信号、第二外倾角信号、第一水平角信号、第二水平角信号，计算第一外倾角与第二外倾角之间的差值、第一水平角与第二水平角之间的差值及设定转盘转角值，据此获得主销后倾角/内倾角计算结果。
2.如权利要求1的主销后倾角/内倾角测量装置，其特征在于，包括显示器，连接处理器，用于显示主销后倾角/内倾角计算结果。
3.如权利要求1的主销后倾角/内倾角测量装置，其特征在于，包括存储器，连接端口连接处理器，用于存储主销后倾角/内倾角计算结果。
4.如权利要求1的主销后倾角/内倾角测量装置，其特征在于，包括报警器，设置有报警控制模块及报警信号模块，其中：报警控制模块连接处理器，用于将主销后倾角/内倾角计算结果与预设主销后倾角/内倾角阀值比较，在主销后倾角/内倾角超出预设主销后倾角/内倾角阀值时，输出报警提示信号；报警信号模块连接报警控制模块，用于根据报警提示信号生成报警信号。
5.如权利要求4的主销后倾角/内倾角测量装置，其特征在于，报警控制模块为声和/或光报警模块。
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