专利名称：具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车维修、检测技术领域，尤其涉及一种四轮定位仪。
背景技术：
四轮定位仪主要用于检测汽车车轮之间的相互位置和角度以确定汽车车轮定位参数，从而指导汽车维修机师调整车轮定位参数，以满足汽车设计要求，实现汽车行驶的平顺性、安全性，减少汽车油耗和轮胎磨损。四轮定位仪的核心测量角度为前束角(Toe)、外倾角、主销后倾角。前束角(Toe)定义为由上方看左右两个轮胎所成的角度，向内为正，向外为负。前束角的功用在于补偿轮胎因外倾角及路面阻力所导致向内或向外滚动的趋势，确保车子的
直进性。外倾角(Camber)定义为由车前方看轮胎中心线与垂直线所成的角度，向外为正，向内为负。其角度的不同能改变轮胎与地面的接触点及施力点，直接影响轮胎的附着力及磨损状况，并改变车重在车轴上的受力分布，避免轴承产生异常磨损。此外，外倾角的存在可用来抵消车身荷重后，悬架系统机件变形及活动面间隙所产生的角度变化。外倾角的存在也会影响车子的行进方向，这正如摩托车可利用倾斜车身来转弯。因此左右轮的外倾角必须相等，在力的平衡下不致影响车子的直进性，再与前束角(Toe)配合，提高直进稳定性及避免轮胎磨损不均。如果没有这个外倾角，满载时车轮就会过于向内侧倾斜，从而加速轮胎偏磨和车轮轴承磨损。因此，这个参数可以延长轮胎和车轮轴承的寿命。后倾角(Caster)定义为由车侧看转向轴中心线与垂直线所成的夹角，向前为负，向后为正。后倾角的存在可使转向轴线与路面的交会点在轮胎接地点的前方，可利用路面对轮胎的阻力让车子保持直进，其原理就如购物推车的前轮会自动转至你施力的方向并保持直进一般。后倾角越大车子的直进性越好，转向后方向盘的回复性也越好，但却会使转向变得沉重。四轮定位仪在测量上述角度时，一般过程是，先将轮夹安装在4个测试车轮轮毂上，再将探测杆安装于轮夹上，通过探测杆上的倾角传感器和光电荷耦合CCD传感器来测试车轮状态参数，通过计算得出定位角度。但由于车轮轮毂装夹面的不平以及本身平面与车轮旋转轴的不垂直性，轮夹及装夹误差等因素存在，在四轮定位过程中要得到准确的定位角度，必须做偏心补偿。现有四轮定位仪的偏心补偿一般是通过将车辆举起，使4个车轮离开举升机跑道，松开探测杆与轮夹之间的锁紧装置，轮夹与车轮一起旋转180°，锁紧探测杆与轮夹之间的锁紧装置，记录一组测试数据，再松开探测杆与轮夹之间的锁紧装置，轮夹与车轮一起再次旋转180°，转回原位，锁紧探测杆与轮夹之间的锁紧装置，记录另一组测试数据，两组测试数据相加除2，得到补偿后的测试值，用补偿后的测试值减去转回原位后的测试值得到偏心补偿值，照此方法4个车轮做完后，放下将车辆放下，再次测试，计算定位角度，并加上偏心补偿值。由于上述偏心补偿过程复杂，效率低，一种用推车代替将车辆举起做偏心补偿的方法在高档复杂定位仪上得到了应用。一种是3维空间成像的四轮定位仪(俗称3D四轮定位仪)，其原理是通过摄像机摄取安装于车轮上标靶图像，根据机器视觉系统原理得出车轮三维空间信息，在推车过程中根据车轮的运动轨迹求出车轮旋转轴角度，其原理复杂，技术难度高，且由于需要高精度的面阵CCD摄像机及光学系统，成本高。另一种是安装有旋转编码器二维四轮定位仪，其原理是采集推车过程中至少3个不同位置点的倾角传感器角度数据及旋转编码器记录的相应旋转角度，通过优化计算得到偏心补偿值。这种安装有旋转编码器二维四轮定位仪，由于增加了旋转编码器，需要增加相应的电路处理，且其安装要求高，探测杆结构复杂，因而成本高，且由于需要采集推车过程倾角传感器角度数据，运动中的测试数据稳定性差，因而得到的偏心补偿值精度不高。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，原理简单，成本低，偏心补偿值精度高，数据稳定。为实现上述目的，本实用新型提供一种具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，包括主机、一二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座、设于二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座上的第一、第二水平泡、及与主机通信连接的数个探测杆，测量时，所述二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座安装于车辆的车轮上，所述探测杆固定于车辆的车轮上并测试车轮角度数据，并将该车轮角度数据传送到主机。
所述主机提供人机操作界面，包括微处理器、与微处理器电性连接的存储�？�、与微处理器电性连接的按钮�？�、与微处理器电性连接的显示模块及与微处理器电信连接的四轮定位通信�？椋鏊穆侄ㄎ煌ㄐ拍？橛胩讲飧私⑼ㄐ帕�。所述主机安装有可以利用最少两个位置测试数据计算出偏心补偿角度的四轮定位仪软件。所述四轮定位通信�？橛胩讲飧说耐ㄐ欧绞轿邢咄ㄐ欧绞交蛭尴咄ㄐ欧绞剑鑫尴咄ㄐ欧绞桨ɡ堆劳ㄐ�、红外通信、射频通信及ZigBee无线通讯。所述显示模块包括一显示屏及与该显示屏电性连接的驱动�？�。还包括数个轮夹及设于轮夹上的轮夹绑带，所述轮夹绑带用于将所述探测杆固定于轮夹上，所述轮夹夹紧固定于车辆的出轮上，从而将探测杆固定于车辆的车轮上。所述第一水平泡与第二水平泡成一定角度。所述第一水平泡与第二水平泡成的角度为120° -160°。还包括一方向盘固定架、刹车固定架及机械转盘，测量过程中，所述机械转盘设于车辆前方，用于定位车辆前轮，所述该方向盘固定架及刹车固定架安装于车辆上。本实用新型的有益效果本实用新型具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪利用探测杆测试车辆的车轮角度数据，通过空间坐标变换，在得到推车前的前束角、外倾角，推车后的前束角、外倾角，及推车角度Φ后求出前束、外倾偏心补偿角度，实现推车补偿，该具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪可同时对四个车轮进行测量，节省二次举升逐个转动轮胎作偏心补偿的时间，效果明显，且原理简单，成本低，偏心补偿值精度高，数据稳定。为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。以下结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式
详细描述，将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。附图中，
图1为本实用新型具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪的组成示意图；图2为本实用新型具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪主机系统图；图3A为本实用新型中二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座的侧视图；图3B为本实用新型中二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座的俯视图；图4为第一水平泡沫处于水平位置的示意图；图5为图4中A位置的放大示意图；图6为第二水平泡沫处于水平位置的示意图；图7为图6中B位置的放大示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及其效果，以下结合本实用新型的优选实施例及其附图进行详细描述。请参阅图1至4，本实用新型提供一种具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，其包括主机4、一二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座8、设于二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座8上的第一、第二水平泡82、84、及与主机4通信连接的数个探测杆2，测量时，所述二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座8安装于车辆3的车轮32上，所述探测杆4固定于车辆3的车轮32上并测试车轮32角度数据，并将该车轮32角度数据传送到主机4。所述主机4提供人机操作界面，主要包括微处理器42、与微处理器42电性连接的存储�？�46、与微处理器42电性连接的按钮�？�48、与微处理器42电性连接的显示�？�49及与微处理器42电信连接的四轮定位通信�？�44，所述四轮定位通信�？�44与探测杆2建立通信连接。所述主机4安装有可以利用最少两个位置测试数据计算出偏心补偿角度的四轮定位仪软件，能够对测量得到的车轮角度数据进行处理。所述四轮定位通信�？�44与探测杆2的通信方式为有线通信方式或无线通信方式，所述无线通信方式包括蓝牙通信、红外通信、射频通信及ZigBee无线通讯。所述按钮模块48用于进行功能选择及相关参数设定，所述显示�？�49用于辅助进行功能选择及显示测量结果，其包括一显示屏及与该显示屏电性连接的驱动�？�(未图示)，所述驱动�？橛胛⒋砥�42电性连接。所述存储模块46用于储存测量数据、历史测量数据及相关运算法则。所述具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪还包括数个轮夹6及设于轮夹6上的轮夹绑带9，所述轮夹绑带9用于将所述探测杆2固定于轮夹6上，所述二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座8具有一 U型卡86，所述二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座8通过该U型卡86固定于轮夹6上，所述轮夹6通过夹紧或螺丝锁附固定于车辆3的车轮32上，从而将探测杆2及二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座8固定于车辆3的车轮32上。所述第一水平泡82与第二水平84泡成一定角度。在本实施例中，所述第一水平泡82与第二水平泡84成的角度为120° -160°。[0036]测量时，先让第一水平泡82保持水平，测量此时车辆3的车轮32角度数据，再向前推动车辆3，使得第二水平泡84保持水平，测量此时车辆3的车轮32角度数据。所述具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪还包括一方向盘固定架5、刹车固定架7及机械转盘10，测量过程中，所述机械转盘10设于车辆3前方，用于定位车辆3前轮，所述该方向盘固定架5及刹车固定架7安装于车辆3上，用于固定方向盘及安装刹车锁。请参阅图4至7，所述具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪是用推车方法来计算偏心补偿，具体原理如下先将车辆3停在前轮离机械转盘10 —定距离处，大约30cm左右，将轮夹6倾斜安装在四个车轮32上，如图4及5所示使轮夹6上安装的二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座8上的第一水平泡82水平，再将探测杆2安装在轮夹6上，测量并记录下此位置的车轮32定位角度，向前推动车辆3，使车辆3前轮停在机械转盘10上，并保持二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座8上的第二水平泡83水平，如图6及7所示测试记录下此位置的车轮32定位角度，并根据两种情况下的车轮32定位数据进行以下运算其中，因推车前后车轮32轴线只是作平移运动，可以建立推车前后以车轮32轴线与其垂直平面组成的三维统一坐标系，Z轴与车轴一致，向内为正，X轴为水平方向，车头方向为正，Y轴向下为正。记与车轮32轴线垂直的平面为A，可以假设推车前车轮32平面是由平面A绕平面A内一条与X轴成Θ角的直线N旋转δ角而成，记为平面Al，推车后车轮32平面是由平面Al绕车轮轴线旋转角度Φ后得到，记为平面Α2。角度Φ与推车角度相等，可以通过车辆移动的距离计算得到。因此，通过空间坐标变换，在得到推车前的前束角、外倾角，推车后的前束角、外倾角，及推车角度Φ后可求出前束、外倾偏心补偿角度。具体过程如下
直线N 的向量表示为(nl, n2, n3), nl = cos ( Θ ), n2 = sin ( Θ ), n3 = 0。将平面A绕直线N旋转δ角，其旋转矩阵，记为R。Rll = cos ( δ ) +cos2 ( θ ) * (1-cos ( δ ))R12 = cos ( θ ) *sin ( θ ) * (1-cos ( δ ))R13 = sin ( θ ) *sin ( δ )R21 = cos ( θ ) *sin ( θ ) * (1-cos ( δ ))R22 = cos ( δ ) +sin2 ( θ ) * (1-cos ( δ ))R23 = -cos ( θ ) *sin ( δ )R31 = -sin ( θ )*sin( δ )R32 = cos ( θ ) *sin ( δ )R33 =cos ( δ )平面Al上的点的坐标为(X，Y，Z)T = R*(x，y,0)TX = x* (cos ( δ )+cos2 ( θ )* (1-cos ( δ )))+y* (cos ( θ ) *sin ( θ )* (1-cos (δ))) —(I)Y = χ* (cos ( θ ) *sin ( θ )* (1-cos ( δ )))+y* (cos ( δ )+sin2 ( θ )* (1-cos (δ))) —(2)Z = -x*sin ( θ ) *sin ( δ ) +y*cos ( θ ) *sin ( δ )---(3)平面YOZ与平面Al的交线，记为LI，LI与Y轴夹角为A。[0057]LI上的点满足X = O ;选取LI上Y = I的点(0，1，Zl)，则有以下方程χ* (cos ( δ ) +cos2 ( θ ) * (1-cos ( δ ))) +y* (cos (0)*sin(9)* (1-cos ( δ )))=0(4)x* (cos (0)*sin(9)* (1-cos ( δ ))) +y* (cos ( δ ) +sin2 ( Θ ) * (1-cos ( δ )))=I(5)Zl = _x*sin ( Θ ) *sin ( δ ) +y*cos ( Θ ) *sin ( δ )---(6)由⑷、(5)可求得χ = - (cos ( θ ) *sin ( θ ) * (1-cos ( δ ))) /cos ( δ )---(7)y = (cos ( δ ) +cos2 ( θ ) * (1-cos ( δ ))) /cos ( δ )---⑶将(7)、(8)代入(6)得到Zl有夹角A= atan (Zl)---(9)平面XOZ与平面Al交线，记为L2，L2与X轴夹角为B。L2上的点满足Y = O ;选取L2上X= I的点`(1，0，Ζ2)，则有以下方程χ* (cos (0)*sin(9)* (1-cos ( δ ))) +y* (cos ( δ ) +sin2 ( θ ) * (1-cos ( δ )))=
0------(10)及 χ* (cos ( δ ) +cos2 ( θ ) * (1-cos ( δ ))) +y* (cos (0)*sin(0)* (1-cos ( δ )))=
1------(11)Z2 = _x*sin ( Θ ) *sin ( δ ) +y*cos ( Θ ) *sin ( δ )---(12)由(10)、(11)可求得χ = (cos ( δ )+sin2 ( θ )* (1-cos ( δ )))/cos ( δ )---(13)y = - (cos ( θ ) *sin ( θ ) * (1-cos ( δ ))) /cos ( δ )---(14)将(13)、(14)代入(12)得到Ζ2有夹角B= atan (Z2) (15)平面Al绕Z轴旋转角度Φ，旋转后平面记为A2旋转矩阵为
权利要求1.一种具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，其特征在于，包括主机、一二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座、设于二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座上的第一、第二水平泡、及与主机通信连接的数个探测杆，测量时，所述二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座安装于车辆的车轮上，所述探测杆固定于车辆的车轮上并测试车轮角度数据，并将该车轮角度数据传送到主机。
2.如权利要求1所述的具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，其特征在于，所述主机提供人机操作界面，包括微处理器、与微处理器电性连接的存储�？�、与微处理器电性连接的按钮�？�、与微处理器电性连接的显示�？榧坝胛⒋砥鞯缧帕拥乃穆侄ㄎ煌ㄐ拍？椋鏊穆侄ㄎ煌ㄐ拍？橛胩讲飧私⑼ㄐ帕�。
3.如权利要求2所述的具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，其特征在于，所述四轮定位通信�？橛胩讲飧说耐ㄐ欧绞轿邢咄ㄐ欧绞交蛭尴咄ㄐ欧绞剑鑫尴咄ㄐ欧绞桨ɡ堆劳ㄐ�、红外通信、射频通信及ZigBee无线通讯。
4.如权利要求2所述的具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，其特征在于，所述显示�？榘ㄒ幌允酒良坝敫孟允酒恋缧粤拥那？�。
5.如权利要求1所述的具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，其特征在于，还包括数个轮夹及设于轮夹上的轮夹绑带，所述轮夹绑带用于将所述探测杆固定于轮夹上，所述轮夹夹紧固定于车辆的出轮上，从而将探测杆固定于车辆的车轮上。
6.如权利要求5所述的具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，其特征在于，所述第一水平泡与第二水平泡成的角度为120° -160°。
7.如权利要求1所述的具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，其特征在于，还包括一方向盘固定架、刹车固定架及机械转盘，测量过程中，所述机械转盘设于车辆前方，用于定位车辆前轮，所述该方向盘固定架及刹车固定架安装于车辆上。
专利摘要本实用新型提供一种具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪，包括主机、一二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座、设于二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座上的第一、第二水平泡、及与主机通信连接的数个探测杆，测量时，所述二维定位仪推车偏心补偿专用水平泡座安装于车辆的车轮上，所述探测杆固定于车辆的车轮上并测试车轮角度数据，并将该车轮角度数据传送到主机。通过空间坐标变换，利用推车前、后的前束角、外倾角及推车角度φ求出前束、外倾偏心补偿角度，实现推车补偿，该具有推车偏心补偿的二维四轮定位仪可同时对四个车轮进行测量，节省二次举升逐个转动轮胎作偏心补偿的时间，效果明显，且原理简单，成本低，偏心补偿值精度高，数据稳定。
文档编号G01C9/24GK202869830SQ20122031765
公开日2013年4月10日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者刘均, 吕光俊, 王青伟 申请人:深圳市元征科技股份有限公司
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