專利名稱：平面參數(shù)的測(cè)量方法及新型車輪定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平面參數(shù)的測(cè)量方法和用于汽車維修車輪定位系統(tǒng)。
車輪定位最常見(jiàn)的是四輪定位，目前面世的有多種方法。
較一般的定位法是靜態(tài)激光加線陣圖象傳感(CCD)法，各傳感器上設(shè)置一個(gè)左右觀測(cè)的線陣CCD，一個(gè)前后觀測(cè)的線陣CCD；在一傳感器上設(shè)置若干固定的激光面射向相鄰傳感器，根據(jù)線陣CCD上亮點(diǎn)的位置計(jì)算各車輪的相互位置。
中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?9111663.1的文件介紹了一種動(dòng)態(tài)激光法，各傳感器上放置一個(gè)旋轉(zhuǎn)激光面掃描器，并設(shè)置若干固定的光敏管，根據(jù)光敏管輸出的感光脈沖到來(lái)的時(shí)刻計(jì)算光敏管在掃描器坐標(biāo)系內(nèi)的二維角坐標(biāo)，然后計(jì)算各車輪的相互位置。
以上都是帶傳感器的，傳感器都要用電，勢(shì)必連著電纜；要么用電池加無(wú)線聯(lián)絡(luò)措施。所以生產(chǎn)和使用都比較煩瑣。同時(shí)，傳感器為脆弱部件，在車輪上來(lái)回裝夾容易損壞。
專利號(hào)為EP0971205A2的文獻(xiàn)公開(kāi)了一種免傳感器的四輪定位系統(tǒng)，所謂免傳感器是指不用將傳感器裝夾在車輪上。測(cè)量部分使用高分辨率的面陣圖像傳感器(CCD)，原來(lái)的傳感器由一反光板代替，反光板上有規(guī)定的花紋，用CCD觀察反光板，根據(jù)其花紋的位置及大小計(jì)算各車輪的位置參數(shù)。實(shí)際上，它是一個(gè)平面參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。操作很簡(jiǎn)單，但要求CCD分辨率較高，否則，無(wú)精度可言，因而成本較高。售價(jià)在2002年達(dá)30萬(wàn)元人民幣。
本發(fā)明的裝置部分介紹的也是免傳感器的車輪定位系統(tǒng)，操作也很簡(jiǎn)單，且無(wú)須高分辨率的CCD，生產(chǎn)成本低。
本方法發(fā)明的基本思想為一參數(shù)(如出射方位)可測(cè)量或控制的光面或光束射向一個(gè)反光面再到達(dá)到光接收器，分析光接收器收到的光信息，再計(jì)算反光面的平面參數(shù)。
本發(fā)明的裝置的基本思想為用平面參數(shù)測(cè)量裝置測(cè)量固定在各車輪上的反光板的參數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算車輛的車輪定位參數(shù)。
本發(fā)明的目的是用廉價(jià)的部件做出高精度的車輪定位系統(tǒng)。
本發(fā)明追求的目標(biāo)是以成本不高于1萬(wàn)元人民幣的材料制成的產(chǎn)品要與時(shí)價(jià)30萬(wàn)元人民幣的產(chǎn)品比美。
本發(fā)明提出了一種高精度的、廉價(jià)的四輪定位系統(tǒng)的測(cè)量方案，以小的投入取得了好的效果。如果將該發(fā)明推廣，可提高汽車生產(chǎn)和維修的總體技術(shù)水平，又節(jié)省投資。本發(fā)明克服了一般四輪定位儀必須兩個(gè)種類的傳感器的弊病，用一種平面參數(shù)測(cè)量裝置可以組成一臺(tái)四輪定位儀，直接降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)也因此降低了備份成本和售后的維修成本。
本發(fā)明的方法之一的基本依據(jù)為“點(diǎn)的角坐標(biāo)的測(cè)量方法”，該方法公布在《一種點(diǎn)的角坐標(biāo)測(cè)量方法及新型車輪定位裝置》，其中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?9111663.1。
根據(jù)上述專利文獻(xiàn)所述，光接收器采用光敏管為一比較好的選擇，可使成本降到最低。將光接收器改為圖像傳感器當(dāng)然也能達(dá)到測(cè)量目的，因?yàn)閳D像傳感器相當(dāng)于眾多的光敏管，但成本會(huì)高很多。
根據(jù)上述專利文獻(xiàn)所述，掃描器上固定兩個(gè)分別與掃描軸線成±45°的光面為一比較好的選擇，可使待測(cè)平面各參數(shù)的測(cè)量誤差均勻一致。如果對(duì)某參數(shù)的測(cè)量精度要求較高，可以適當(dāng)改變光面與掃描軸線的角度。
根據(jù)上述專利文獻(xiàn)所述，掃描器以固定已知的角速度旋轉(zhuǎn)為一比較好的選擇，可方便測(cè)量掃描器的參數(shù)如角方位。
如

圖1所示，為本發(fā)明方法之一的原理圖。如果光面通過(guò)均勻介質(zhì)到達(dá)光敏管時(shí)，可測(cè)量該光敏管的理想二維角坐標(biāo)。而如果已知光敏管的二維角坐標(biāo)，而光面經(jīng)過(guò)反射后才到達(dá)光敏管，實(shí)際測(cè)量的二維角坐標(biāo)就不是理想的，它包含了反光面參數(shù)的信息，因而可以測(cè)量反光面的參數(shù)。一個(gè)平面的參數(shù)只有三個(gè)，而一個(gè)點(diǎn)的二維角坐標(biāo)含有兩份信息，所以至少需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)的二維角坐標(biāo)才能計(jì)算一個(gè)反光平面的參數(shù)，其中有一個(gè)參數(shù)是冗余的。
根據(jù)上述專利文獻(xiàn)所述，掃描器以固定已知的角速度旋轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)掃描器不是本發(fā)明的唯一選擇，掃描器以受控的方式掃描或以其它的某種規(guī)律自行掃描等都能達(dá)到測(cè)量的目的，但以固定已知的角速度旋轉(zhuǎn)掃描會(huì)給硬件設(shè)計(jì)和軟件計(jì)算帶來(lái)許多方便。
圖2為本發(fā)明方法之二的原理圖，設(shè)置三個(gè)光敏管，則任一個(gè)反光面的三個(gè)獨(dú)立參數(shù)在固定一個(gè)基本參數(shù)的一次掃描中都反映出來(lái)(如果光敏管少于三個(gè)，須經(jīng)多個(gè)基本參數(shù)不同的掃描，如兩個(gè)的情況實(shí)際上就是本發(fā)明的方法之一)。暫令發(fā)射光面繞Z軸旋轉(zhuǎn)，該光面的出射角可以通過(guò)測(cè)量掃描電機(jī)的某一起始相位再根據(jù)時(shí)間計(jì)算出來(lái)。為便于數(shù)學(xué)描述，認(rèn)定待測(cè)平面5為ρ，其參數(shù)為A、B和C，在測(cè)量部分設(shè)置接收點(diǎn)6、7和8，分別用Ps、Pt和Pu表示，在所有的旋轉(zhuǎn)光面簇3中有δs、δt和δu之反射面σs、σt和σu分別經(jīng)過(guò)接收點(diǎn)Ps、Pt和Pu，并測(cè)得δs、δt和δu的參數(shù)分別為s、t和u。選擇Ps、Pt和Pu的位置(如不在一條直線上，且沒(méi)有兩個(gè)在xOz平面內(nèi))，利用s、t和u必可計(jì)算出A、B和C。
計(jì)算方法如下設(shè)ρ不經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)(實(shí)際上就是)，可表示為Ax+By+Cz-1＝0發(fā)出的旋轉(zhuǎn)光面δ為kx-y＝0反射光面σ必為m(Ax+By+Cz-1)+kx-y＝0(1)其中，m隨待測(cè)平面的參數(shù)及接收點(diǎn)位置而變化，如果三接收點(diǎn)Ps、Pt和Pu的位置分別被選為(0，-1，1)，(0，0，0)和(0，1，0)，測(cè)量到的發(fā)射光面參數(shù)k分別為s、t和u，將它們分別代入σ的方程(1)對(duì)Pt這時(shí)反射面與發(fā)射面相同σt tx-y＝0發(fā)射面與待測(cè)平面ρ垂直，夾角的余弦為0tA-B＝0或B＝tA (2)對(duì)Psm(-B+C-1)+1＝0m=1B-C+1]]>代入(1)Ax+By+Cz-1+(B-C+1)(sx-y)＝0得σs(A+Bs-Cs+s)x+(C-1)y+Cz-1＝0與待測(cè)平面ρ的夾角的余弦為A(A+Bs-Cs+s)+B(C-1)+C2A2+B2+C2(A+Bs-Cs+s)2+(C-1)2+C2]]>而發(fā)射面與待測(cè)平面ρ的夾角的余弦為sA-BA2+B2+C21+s2]]>兩夾角相等，有sA-BA2+B2+C21+s2=±A(A+Bs-Cs+s)+B(C-1)+C2A2+B2+C2(A+Bs-Cs+s)2+(C-1)2+C2]]>sA-B1+s2=±A(A+Bs-Cs+s)+B(C-1)+C2(A+Bs-Cs+s)2+(C-1)2+C2---(3)]]>對(duì)Pum(B-1)-1＝0m=1B-1]]>代入(1)Ax+By+Cz-1+(B-1)(ux-y)＝0
得σu(A+Bu-u)x+y+Cz-1＝0與待測(cè)平面ρ的夾角的余弦為A(A+Bu-u)+B+C2A2+B2+C2(A+Bu-u)2+1+C2]]>而發(fā)射面與待測(cè)平面ρ的夾角的余弦為uA-BA2+B2+C21+u2]]>兩夾角相等uA-BA2+B2+C21+u2=±A(A+Bu-u)+B+C2A2+B2+C2(A+Bu-u)2+1+C2]]>uA-B1+u2=±A(A+Bu-u)+B+C2(A+Bu-u)2+1+C2---(4)]]>(2)、(3)和(4)聯(lián)立能解出A、B和C。
圖3為本發(fā)明方法之三的原理圖，掃描器2首先將光束3沿x軸射出，如果反光面5與x垂直，光束將原途返回在接收器的O點(diǎn)形成光斑；如果5前束不為0，光斑將離開(kāi)O沿y向移動(dòng)；如果5外傾不為0，光斑將離開(kāi)O沿z向移動(dòng)；如果5既有前束又有外傾，光斑將離開(kāi)O在yOz平面內(nèi)移動(dòng)。這樣，設(shè)置3的一個(gè)參數(shù)就能得到兩個(gè)等式，即測(cè)量出了平面5的兩個(gè)參數(shù)(如知道了平面5到O的距離，5的所有參數(shù)就可求出)。為了測(cè)量出5的所有參數(shù)，令3改變到另一個(gè)參數(shù)如轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，又將得到兩個(gè)等式。聯(lián)立3個(gè)等式就可求出5的所有參數(shù)。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方案為圖2所示原理做成的車輪定位系統(tǒng)。
就其成本來(lái)看，方法2為最低。但掃描精度要求高一些，計(jì)算也較復(fù)雜。如果讓光面繞z軸掃描，前束的計(jì)算誤差比外傾的計(jì)算誤差小，這正是車輛定位所要求的。
用方法2做成的平面參數(shù)測(cè)量裝置可組成完整的四輪定位儀，如圖4所示。4個(gè)平面參數(shù)測(cè)量裝置在安裝時(shí)要互相平行，左右距離要已知，最好一致，每一個(gè)平面參數(shù)測(cè)量裝置要水平。為了測(cè)量不同軸距的車輛，可使某兩個(gè)平面參數(shù)測(cè)量裝置便于移動(dòng)，且移動(dòng)后仍要達(dá)到上述要求。
只要讓各反光面與對(duì)應(yīng)車輪有固定的關(guān)系就能正確計(jì)算車輪的定位參數(shù)，但如果讓各反光面與對(duì)應(yīng)車輪軸線垂直，反光面的前束和外傾就與車輪的前束和外傾完全一致，計(jì)算更加簡(jiǎn)便，所以這是一個(gè)最好的選擇。
權(quán)利要求
1.一種平面參數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于在坐標(biāo)系(1)內(nèi)固定一個(gè)參數(shù)可測(cè)量或可控制的掃描器(2)，(2)上固定有兩片薄的光扇面(3)和(4)，描述(3)和(4)的方程已知，兩扇面不同時(shí)出現(xiàn)在給定的測(cè)量區(qū)域，如果人為將它們同時(shí)旋轉(zhuǎn)至某測(cè)量區(qū)域時(shí)，它們?cè)谠搮^(qū)域內(nèi)有唯一的交線；在(1)內(nèi)設(shè)置若干個(gè)已知點(diǎn)，放置光接收器，如(6)、(7)等；使(1)內(nèi)的待測(cè)平面(5)具有平面反光性；在測(cè)量范圍內(nèi)，(3)和(4)可通過(guò)(5)到達(dá)光接收器，而在該范圍內(nèi)不能直接到達(dá)光接收器；利用各光接收器的光接收信息，可計(jì)算(5)在(1)內(nèi)的平面參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于兩扇光面共平面，它們與掃描器軸線所成的角度分別為±45°。
3.一種平面參數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于在坐標(biāo)系(1)內(nèi)固定一個(gè)參數(shù)可測(cè)量或可控制的掃描器(2)，(2)上固定有一片薄的光扇面(3)，描述(3)的方程已知；在(1)內(nèi)設(shè)置若干個(gè)已知點(diǎn)，放置光接收器，如(6)、(7)、(8)等；使(1)內(nèi)的待測(cè)平面(5)具有平面反光性；在測(cè)量范圍內(nèi)，(3)可通過(guò)(5)到達(dá)光接收器，而在該范圍內(nèi)不能直接到達(dá)光接收器；利用各光接收器的光接收信息，可計(jì)算(5)在(1)內(nèi)的平面參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于在測(cè)量時(shí)掃描器以一已知的角速度如勻角速度旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其特征在于光接收器為光敏管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其特征在于光接收器為圖像傳感器。
7.一種平面參數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于在坐標(biāo)系(1)內(nèi)固定一個(gè)參數(shù)可測(cè)量或可控制的掃描器(2)，(2)上固定有一個(gè)束光源(3)；在(1)內(nèi)設(shè)置若干個(gè)已知點(diǎn)，放置圖像傳感器，如(6)等；使(1)內(nèi)的待測(cè)平面(5)具有平面反光性；在測(cè)量范圍內(nèi)，(3)可通過(guò)(5)到達(dá)圖像傳感器，而在該范圍內(nèi)不能直接到達(dá)圖像傳感器；利用各圖像傳感器的光接收信息，可計(jì)算(5)在(1)內(nèi)的平面參數(shù)。
8.一種車輪定位裝置，其特征在于在車輛的車輪(9)外側(cè)固定上反光平板(5)，該反光平板與相應(yīng)車軸有固定的位置關(guān)系，在離開(kāi)各車輪一定距離處固定一個(gè)平面參數(shù)測(cè)量裝置(0)，分別測(cè)量各車輪上反光平板的參數(shù)，就能計(jì)算車輛的車輪定位參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位裝置，其特征在于其平面參數(shù)測(cè)量裝置為權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述方法制成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的車輪定位裝置，其特征在于其反光平板(5)與相應(yīng)車輪軸線垂直。
全文摘要
本發(fā)明涉及幾種平面參數(shù)的測(cè)量方法和一種車輪定位裝置。其測(cè)量方法的基本思想為一參數(shù)(如出射方位)可測(cè)量或可控制的光面或光束射向一個(gè)反光面再到達(dá)到光接收器，分析光接收器收到的光信息，再計(jì)算反光面的平面參數(shù)。使用上述方法制成的平面參數(shù)測(cè)量裝置可組成四輪定位儀，該四輪定位儀生產(chǎn)成本低，維修成本低，使用方便。
文檔編號(hào)B60B37/00GK1428595SQ0214560
公開(kāi)日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2002年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月12日
發(fā)明者胡修泰 申請(qǐng)人:胡修泰