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一種采用姿態(tài)傳感器實現(xiàn)汽車四輪定位及檢測方法
【專利摘要】一種采用姿態(tài)傳感器實現(xiàn)汽車四輪定位及檢測方法，四輪定位由二部分組成，第一部分為車輪姿態(tài)采集器，主要由3只MEMS微機(jī)械慣性導(dǎo)航模塊、微處理器、無線藍(lán)牙發(fā)送模塊、電源組成，第二部分為四輪定位計算機(jī)主機(jī)儀表，主要由無線藍(lán)牙車輪信號接收模塊、計算機(jī)、3G/GPRS通信模塊、顯示器、打印機(jī)和電源組成。本發(fā)明的有益效果是：該儀表的研發(fā)可以方便地對汽車四輪定位進(jìn)行全方位測量，適用于乘用車、客車、中型客貨車、高速客運(yùn)，公交車、重型貨車、特種車等。它在使用上具有靈活、準(zhǔn)確、方便、高效顯著特點(diǎn)。
【專利說明】一種采用姿態(tài)傳感器實現(xiàn)汽車四輪定位及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于汽車電子技術(shù)中的車載故障診斷系統(tǒng)，具體是機(jī)動車在道路試驗過程中，通過慣性導(dǎo)航技術(shù)，測量出汽車四輪定位的儀表。
【背景技術(shù)】:
[0002]隨著四輪定位技術(shù)的不斷發(fā)展，各種各樣的四輪定位儀器不斷推出，根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)，目前市場上常見的四輪定位儀可以細(xì)分為前束尺和光學(xué)水準(zhǔn)定位儀、拉線式定位儀、CCD定位儀、靜態(tài)激光定位儀、靜態(tài)激光大車定位儀、動態(tài)激光定位儀、3D影像定位儀和3D激光定位儀等幾種，其發(fā)展趨勢逐漸向激光與影像測量靠攏，3D影像定位儀和3D激光定位儀逐步成為主流機(jī)型。以3D影像定位儀為列，其原理主要是利用計算機(jī)三維圖像處理技術(shù)和用CCD圖像傳感器拍攝裝在車輪上的多點(diǎn)反光板隨車輪滾動和轉(zhuǎn)向的空間運(yùn)動圖像，由計算機(jī)對時間運(yùn)動圖像進(jìn)行處理和坐標(biāo)變換，計算出車輪前束角、車輪外傾角、主銷后傾角和主銷內(nèi)傾角。實現(xiàn)了非接觸測量。
[0003]隨著微電子技術(shù)的飛快發(fā)展，慣性導(dǎo)航技術(shù)就是用陀螺儀和加速度計提供的測量數(shù)據(jù)確定所在運(yùn)載體的位置的過程。通過這兩種測量的組合，就可以確定該運(yùn)載體在慣性坐標(biāo)系里的平移運(yùn)動并計算它的位置，目前市場上出現(xiàn)了價格低廉的姿態(tài)傳感器，姿態(tài)傳感器是基于MEMS技術(shù)的高性能三維運(yùn)動姿態(tài)測量系統(tǒng)。它包含三軸陀螺儀、三軸加速度計，三軸電子羅盤等運(yùn)動傳感器，通過內(nèi)嵌的低功耗ARM處理器得到經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)娜S姿態(tài)與方位等數(shù)據(jù)。利用基于四元數(shù)的三維算法和特殊數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實時輸出以四元數(shù)、歐拉角表示的零漂移三維姿態(tài)方位數(shù)據(jù)。姿態(tài)傳感器可廣泛嵌入到航模無人機(jī)，機(jī)器人，機(jī)械云臺，車輛船舶，地面及水下設(shè)備，虛擬現(xiàn)實，人體運(yùn)動分析等需要自主測量三維姿態(tài)與方位的產(chǎn)品設(shè)備中。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種采用姿態(tài)傳感器實現(xiàn)四輪定位及檢測方法，采用MEMS微機(jī)械慣性導(dǎo)航，卡爾曼濾波等技術(shù)，通過對機(jī)動車每一個車輪固定安裝一個車輪姿態(tài)采集器，分別測量每一個車輪的空間狀態(tài)，計算出四輪定位的各種數(shù)據(jù)，提供了一種采用姿態(tài)傳感器實現(xiàn)汽車四輪定位測量儀表。
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。
[0006]一種采用姿態(tài)傳感器實現(xiàn)四輪定位由二部分組成，第一部分為車輪姿態(tài)采集器，如圖1所示，主要由3只MEMS微機(jī)械慣性導(dǎo)航模塊、微處理器、無線藍(lán)牙發(fā)送模塊、電源組成，微處理器連接無線藍(lán)牙發(fā)送模塊和3只MEMS微機(jī)械慣性導(dǎo)航模塊，微處理器連接電源，3只MEMS微機(jī)械慣性導(dǎo)航模塊安裝在四輪定位專用夾具上，將3只MEMS微機(jī)械慣性導(dǎo)航模塊相互120°且在同一水平面上，每一個車輪安裝一組車輪姿態(tài)采集器，其數(shù)量根據(jù)需要定位的車輪數(shù)量進(jìn)行增減。
[0007]第二部分為四輪定位計算機(jī)主機(jī)儀表，如圖2所示，主要由無線藍(lán)牙車輪信號接收模塊、計算機(jī)、3G/GPRS通信模塊、顯示器、打印機(jī)和電源組成，無線藍(lán)牙車輪信號接收模塊、3G/GPRS通信模塊、顯示器和打印機(jī)連接在計算機(jī)上，計算機(jī)連接電源。
[0008]一種采用姿態(tài)傳感器實現(xiàn)四輪定位檢測方法，具體包括以下方法步驟，
[0009]汽車完全四輪定位就是檢測汽車車架、懸掛構(gòu)件，車輪三者之間及四個車輪之間，在X.Y.Z軸方向的角度位置關(guān)系，前輪和后輪的外傾角，指輪胎與地球重力線的夾角，前輪和后輪的前束角，是指輪胎與汽車前后方向的夾角，前輪的內(nèi)傾角和后傾角，內(nèi)傾角是指主銷軸與輪胎的夾角，后傾角是指主銷軸與地球重力方向的夾角，首先，將測量車輛駛?cè)氲揭粋€專用平臺上，其平臺精度符合四輪定位測量精度的要求，將一組含有車輪姿態(tài)采集器的四輪定位夾具固定在每一個車輪的輪輞上，如圖3、4所示。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明適應(yīng)與各種4S店、汽車維修企業(yè)、汽車產(chǎn)生廠商和汽車研究單位對汽車四輪定位的檢測，利用價格低廉的姿態(tài)傳感器，研發(fā)一種利用慣性導(dǎo)航技術(shù)的對汽車四輪定位成為可能，該儀表的研發(fā)可以方便地對汽車四輪定位進(jìn)行全方位測量，適用于乘用車、客車、中型客貨車、高速客運(yùn)，公交車、重型貨車、特種車等。它在使用上具有靈活、準(zhǔn)確、方便、高效顯著特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0011]圖1車輪姿態(tài)采集器原理圖；
[0012]圖2四輪定位計算機(jī)主機(jī)儀表原理圖；
[0013]圖3車輪姿態(tài)采集器安裝示意圖；
[0014]圖4汽車四輪安裝姿態(tài)傳感器示意圖；
[0015]圖5測量大型車輛車輪姿態(tài)采集器安裝示意圖。
【具體實施方式】:
[0016]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0017]1.前輪外傾角、前輪前束、后輪外傾角、后輪前束測量方法
[0018]實例1:
[0019]汽車四輪定位的車輪姿態(tài)采集器安裝如圖4所示，各個姿態(tài)傳感器空間位置布局已確定，按四輪定位要求，將方向盤居中，并鎖死和固定，緩慢、均勻地向前或向后推車，使得車輛轉(zhuǎn)一圈以上，四輪定位計算機(jī)采集各個車輪姿態(tài)采集器發(fā)出的車輪狀態(tài)，即車輪的高性能三維運(yùn)動姿態(tài)，計算出各個車輪三維運(yùn)動空間位置，由四輪定位計算機(jī)對以上采集的數(shù)據(jù)用卡爾曼濾波器進(jìn)行處理，通過建立汽車運(yùn)動的卡爾曼濾波模型、系統(tǒng)狀態(tài)方程，得出前輪外傾角、前輪前束、后輪外傾角、后輪前束的測量值。
[0020]實例2:
[0021]用舉升機(jī)將汽車舉起，使得四輪懸空，汽車四輪定位的車輪姿態(tài)采集器安裝如圖4所示，各個姿態(tài)傳感器空間位置布局已確定，按四輪定位要求，將方向盤居中，并鎖死和固定，分別轉(zhuǎn)動每一個車輪，使得車輛轉(zhuǎn)一圈以上，四輪定位計算機(jī)采集各個車輪姿態(tài)采集器發(fā)出的車輪狀態(tài)，即車輪的高性能三維運(yùn)動姿態(tài)，計算出各個車輪三維運(yùn)動空間位置，由四輪定位計算機(jī)對以上采集的數(shù)據(jù)用卡爾曼濾波器進(jìn)行處理，通過建立汽車運(yùn)動的卡爾曼濾波模型、系統(tǒng)狀態(tài)方程，得出前輪外傾角、前輪前束、后輪外傾角、后輪前束的測量值。
[0022]實例3:
[0023]對二軸以上的大型車輛動態(tài)四輪定位測量，如載貨汽車、牽引車、掛車等如圖5所示，可根據(jù)需要定位車輪的多少，在每一個車輪安裝一組車輪姿態(tài)采集器，將測量車輛駛?cè)氲揭粋€專用平臺或平坦路面上，其平臺精度符合四輪定位測量精度的要求，方向盤轉(zhuǎn)到中心位置，并固定好方向盤，啟動車輛，緩慢駛?cè)雽Ｓ闷脚_，進(jìn)入平臺前，關(guān)閉發(fā)動機(jī)，車輛依靠慣性前進(jìn)，此時四輪定位計算機(jī)通過無線藍(lán)牙接收實時采集各個車輪姿態(tài)采集器數(shù)據(jù)，可計算出載貨汽車、牽引車、掛車之間的各個車輪三維空間狀態(tài)，通過計算，得出前輪外傾角、前輪前束、后輪外傾角、后輪前束的測量值；主銷后傾、主銷內(nèi)傾測量方法如上所述。
[0024]2.主銷后傾、主銷內(nèi)傾測量方法
[0025]將車輛后輪鎖緊，車輪位于轉(zhuǎn)盤的正中心，四輪定位計算機(jī)確定各姿態(tài)傳感器空間位置，按按四輪定位要求，操作方向盤向左轉(zhuǎn)動20°，輪姿態(tài)采集器采集數(shù)據(jù)，再將方向盤向右轉(zhuǎn)動20°，車輪姿態(tài)采集器采集數(shù)據(jù)，然后將方向盤擺正，同上述測量外傾角、前束方法一樣，四輪定位計算機(jī)將各個車輪姿態(tài)采集器通過無線藍(lán)牙接收，通過四輪定位計算機(jī)處理采集測量結(jié)果，得出主銷后傾、主銷內(nèi)傾的測量值。
[0026]采用激光測距儀作為配套測量儀器便可測量左右軸距、前后輪距，推算出汽車的推力角、退縮角等技術(shù)參數(shù)。
[0027]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種采用姿態(tài)傳感器實現(xiàn)汽車四輪定位，其特征在于:由二部分組成，第一部分為車輪姿態(tài)采集器，主要由3只MEMS微機(jī)械慣性導(dǎo)航模塊、微處理器、無線藍(lán)牙發(fā)送模塊、電源組成，微處理器連接無線藍(lán)牙發(fā)送模塊和3只MEMS微機(jī)械慣性導(dǎo)航模塊，微處理器連接電源，3只MEMS微機(jī)械慣性導(dǎo)航模塊安裝在四輪定位專用夾具上，將3只MEMS微機(jī)械慣性導(dǎo)航模塊相互120°且在同一水平面上，每一個車輪安裝一組車輪姿態(tài)采集器。 第二部分為四輪定位計算機(jī)主機(jī)儀表，主要由無線藍(lán)牙車輪信號接收模塊、計算機(jī)、3G/GPRS通信模塊、顯示器、打印機(jī)和電源組成，無線藍(lán)牙車輪信號接收模塊、3G/GPRS通信模塊、顯示器和打印機(jī)連接在計算機(jī)上，計算機(jī)連接電源。
2.一種采用姿態(tài)傳感器實現(xiàn)汽車四輪定位檢測方法，其特征在于:汽車完全四輪定位就是檢測汽車車架、懸掛構(gòu)件，車輪三者之間及四個車輪之間，在X.Y.Z軸方向的角度位置關(guān)系，前輪和后輪的外傾角，指輪胎與地球重力線的夾角，前輪和后輪的前束角，是指輪胎與汽車前后方向的夾角，前輪的內(nèi)傾角和后傾角，內(nèi)傾角是指主銷軸與輪胎的夾角，后傾角是指主銷軸與地球重力方向的夾角，首先，將測量車輛駛?cè)氲揭粋€專用平臺上，其平臺精度符合四輪定位測量精度的要求，將一組含有車輪姿態(tài)采集器的四輪定位夾具固定在每一個車輪的輪輞上。
【文檔編號】G01M17/013GK103884518SQ201410075620
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】程炎星, 麻偉民, 賀永平, 杜穎, 楊華西, 王金斌, 廖小鵬 申請人:合肥市強(qiáng)科達(dá)科技開發(fā)有限公司