专利名称：汽车侧滑检测仪及侧滑的检测方法
技术领域：
本发明涉及侧滑检测仪，特别的是涉及一种汽车侧滑检测仪及侧滑的检测方法。
背景技术：
在汽车设计时，转向轮大都设有很小的外倾角，其目的除了补偿独立悬架的弹性(或前 桥弹性)和主销间隙以及适应路面的横向拱度外，主要是为了减小主销轴线穿地点与轮 胎印迹中心的距离，改善汽车制动、驱动时的操纵稳定性和转向轻便性。但是，这种经常 存在的侧倾角，会使左右轮作用着方向相反的与侧倾角相对应的侧向力，使轮胎磨损增 加的同时，造成轮胎的偏磨，并产生额外的动力消耗，为了避免这种情况，设计时常用转 向轮的一定前束角来抵消侧倾角产生的侧向力。实践证明，车轮侧滑，会造成滚动阻力增 加、行驶方向稳定性变坏、轮胎加重磨损、运行油耗增加及转向沉重，影响汽车使用性能 和燃油经济性，易造成行车事故的潜在危险。
因此，世界各国都制定了相关的法规对汽车进行侧滑检验。我国现行的国家标准 GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》规定用侧滑仪检验前轮侧滑量，其值不得超 过5m/km。日本《公路运输安全标准》4条6款中规定四轮以上汽车转向轮的侧滑量， 行驶lm超过5mm为不合格。
汽车使用过程中，由于车架、车轴、转向机构的变形与磨损，改变了原有的几何角度 与尺寸数值，导致车轮定位失准。破坏了外倾角和前束这两个参数之间的最佳匹配关系， 只有采用动态测试方法，模拟汽车路面行驶过程来重新调整外倾角和前束的匹配关系。近 年来由于静态车轮定位仪大多采用光学式或电脑式四轮定位仪进行几何角度的测量，因此 由于轮胎的静态定位参数匹配失误、装配误差等初始原因造成的轮胎偏磨损已经较少，而 在高速公路上持续高速行驶的轿车轮胎出现偏磨损的情况较多，特别是发生在许多轮胎定 位参数设置正常的中高级轿车上。究其原因，就要考虑整车特别是轮胎悬架定位参数的动 态特性对轮胎偏磨损的影响。因此检测车辆行驶过程中外倾角和前束定位参数的动态变化, 是解决车辆轮胎偏磨损需要考虑的一个重要因素。
目前国内外在用的大多数侧滑试验台均是滑板式，检测时使汽车前轮在滑板上通过， 来检测滑板的横向位移量的方法来检验侧滑量。滑板式侧滑验台按其结构形式可分为单滑板式和双滑板式两种，双滑板式侧滑试验台一般都是双板联动的。双板联动式侧滑试验台， 由机械部分、侧滑量检测装置、侧滑量定量指示装置和侧滑量定性显示装置等几部分组成。 检测时使汽车前轮在滑板上通过，用左、右方向滑板的横向位移量的方法来检验侧滑
量。根据侧滑试验台的规格不同，滑板的纵向长度有500mm、 800mm和1000mm三种。
即前轮的实际检测距离为0.5m、 0.8m、 l.Om。由于滑板长度有限，它不可能很好的模拟
汽车在行驶过中的侧滑情况，在实际使用当中，检测结果的误差大、重复性较差，汽车经
过滑板的标准速度(4km/h)不易掌握，而速度的变化对测量结果影响很大。
侧滑是指由于前束与车轮外倾角配合不当，在汽车行驶过程中，车轮与地面之间产生 一种相互作用力，这种作用力垂直于汽车行驶方向，使轮胎处于边滚边滑的状态。根据侧 滑量的定义侧滑量是在直线行驶一段距离(X)时，车轮的横向位移(Y)。单位:m/km， 其计算公式侧滑量:Y/X，但是由于滑板式侧滑试验台的模拟行驶距离太短lm (或 0.5m，0.8m)，即测量距离太短，造成测量精度不高，误差很大。同时，车轮是固定在车 架上的，而轮胎橡胶具有很好的弹性。在直线行驶中，因为轮胎橡胶的弹性，可以存储部 分变形能量，当横向变形量达到一定值，横向力大于横向摩擦力时，回弹，横向变形减小。 这种周期性的变化，构成了转向轮的边滚动边滑动的现象。由于车轮每次滚上滑板时，轮 胎的变形量都不同，是造成滑板式侧滑仪重复性差的原因。
综上所述，误差大，不准确、重复性差，是由滑板式侧滑仪本身的结构所造成的。根
本的原因是前轮在滑板上所行驶的距离太短，造成滑板式侧滑试验台的保有量很大，然而 实际使用率确很低。
专利号为ZL200720106503.2的实用新型专利公开了带轮胎侧向力释放机构的汽车侧 滑试验台，该试验台是对滑板式侧滑仪的改进。包括设置在地面上的横向滑动的检测滑板， 所述的检测滑板沿汽车行进方向的始端设有轮胎侧向力释放机构，所述的轮胎侧向力释放 机构包括横向滑动的释放板和释放板的复位装置。由于在检测滑板前增设轮胎侧向力释放 机构，当车轮前进到此机构上时，轮胎的侧向弹性形变得到释放，此时并未开始检测，就 把轮胎的侧向弹性形变排除在检测之外。而且当压扁段的前端接触到检测滑板时，检测 即开始；当压扁段的前端接触到地面时，检测即结束，这样就把不定量的轮胎压扁段也排 除在检测量之外。
虽然，专利Z1200720106503.2对滑板式侧滑仪进行了一定的改进，但是，由于前轮经 过滑板的距离(最长lm)太短，对于被测对象而言，采样的数据太少；对检测车辆的车 速要求(4km/h)太苛刻，因为车辆进出滑板时的速度，会对测试滑板产生很大的冲击， 也严重影响侧滑的准确性和重复性。
在汽车转向轮侧滑检测项目中，影响检测结果的因素主要有以下几方面(1) 车速对侧滑的影响两辆技术状况良好的汽车，可能由于车型不同，侧滑和车速 的函数关系将不向，在同一车速下两辆车的侧滑量也不同。对于同一辆车，车速不同也会 导致不同的检测结果。在实际侧滑检测中，由于多种原因很难控制车速在要求范围之内， 很容易造成测量误差，导致对车轮定位状态判定失准。目前，在利用汽车侧滑试验台对转 向轮侧滑进行检测时，规定车辆以低速(4km/h)缓慢通过试验台，这一车速要求是否合理， 值得进一步探讨和研究。
(2) 载荷对侧滑的影响转向轮的外倾角是随着汽车装载量的变化而变化的，转向桥装
载负荷越大则转向轮外倾角越小，但前束变化不大。尤其对于转向桥为独立悬架车辆来说，
载荷对车轮外倾角的变化影响较大。有资料表明:偏载与空载时相比，转向轮外倾角有的 相差0.70 ;相反，汽车前排左右各坐一人与空载时的转向轮外倾角基本相差不大。转向 轮外倾角的变化必然引起车轮侧滑的变化。汽车载荷不同，转向轮侧滑也必然不相同。因 此，在检测汽车转向轮侧滑时，驾驶位上仅坐一位驾驶员会使车辆偏载，转向轮外倾角发 生变化，侧滑检测结果不能正确反应车轮外倾角与前束值的匹配情况。因此，良好的外倾 和前束的匹配关系，不仅与空车静态下的调整数值有关，而且与车辆的结构参数和使用条 件有关。
(3) 轮胎气压对侧滑的影响通常轮胎气压增大可使车轮侧滑量增大。但对于载货汽车
轮胎而言，这种情况不明显，甚至某些载货汽车轮胎的气压增大时侧滑量反而减小。
(4) 汽车行驶状态的影响汽车在不同的行驶状态下车轮受地面的作用力不同，尤其是
轮胎的侧向力会发生变化。因此，当汽车以加速、减速等不同行驶状态驶过侧滑台时，其 检测结果就不同。
(5) 汽车其他技术状况的影响汽车车轮、轴及悬架的间隙也会影响侧滑量的检测结果。 比如，汽车主销胶套磨损会使每次检测时主销在胶套里的位置随机变化，造成侧滑量检测 结果的离散性比较突出。
综上所述，误差大，不准确、重复性差，是由滑板式侧滑仪本身的结构所造成的，其
原因是将前轮的行驶距离，微縮到lm (或0.5m,0.8m)的滑板上，进行侧滑的模拟测量。 虽然国内外采用了许多改进滑板式动态试验台的新技术和新方法，但都无法动态模拟汽车 在直线行驶过程中速度、载荷对车辆动态侧滑的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可精确测试在不同车速、不同载荷 条件下、转向轮的横向侧滑值的汽车侧滑检测仪及侧滑的检测方法。
6提供一种模拟汽车运行时，汽车的实际运行状态，从而使所检测的结果更合理、更符 合汽车实际运行情况的装置，为汽车检测站和汽车维护、维修企业，提供精确的侧滑量检
测手段。可以迅速诊断出转向轮的定位失准状态，并加以调整和修复。
本发明的目的通过如下技术方案实现 这部分内容等权利要求确定后进行相应的复制即可 相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益技术效果
1. 放大了被检测车辆的滚动距离，检测准确。本发明可以使前驱转向轮汽车在平面链
板组成的链轮机构上模拟车辆的直线行驶，行驶距离可为10m或100m，也可以放大到 1000m，甚至更长的距离。从检测原理可知，放大被检车辆的直线行驶距离，被测对象的 采样数据越多，测量的准确性和重复性则越高。
2. 满足国标GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》中对侧滑检测要求，有很好 的检测结果和重复性。横向位移传感器(Y向)，采用"浮动零点"测量方式，通过选取 采样时间，可以过滤轮胎的初始弹性侧偏变形和机械传动部分的横向运动间隙。由于车辆 的轮胎有弹性变形，机械传动部分有运动间隙，通过选取采样时间来测量横向位移，可以 让车辆在平面链板组成的链轮机构中行驶一段初始距离后，再进行数据收集和采样，因此 需要采用"浮动零点"测量方式，使被测车辆的侧滑值结果重复性好。
3. 可以测量不同速度下、不同载荷下的测滑值和不同驱动力作用下前驱转向轮的测滑 值。本发明可以完全忽略车辆进出测试台对测量结果的冲击影响。由于可以无限放大被测 车辆的行驶距离，因此可以测量在不同速度、不同载荷下的侧滑值，可以用来准确匹配前 转向轮的悬架定位参数。
附图1是汽车侧滑检测仪机械部分结构示意附图2汽车侧滑检测示意附图3是汽车侧滑检测仪电器部分结构示意图。
具体实施例方式
以下通过实施例和附图对本发明作进一步说明，但需要说明的是具体实施方式
并不构 成对本发明要求保护范围的限制。如图l、 2所示，汽车侧滑仪由机械部分和电气部分组成。其中，机械部分由左测试 台15和右测试台16组成，左测试台15和右测试台16都安装在地坑14内，左测试台15 和右测试台16结构相同，都包括平面链板2、支撑滚筒3、轴承4、链轮5、链轮轴6、 底板7、定位板8、轴承座IO、滑板11和板式直线导轨13。链轮5固定在链轮轴6上， 链轮轴6通过滚动轴承4与轴承座10相连，轴承座10固定在底板7上；平面链板2与两 链轮5传动连接，平面链板2、链轮5、链轮轴6、轴承4和轴承座10组成链传动；支撑 滚筒3位于平面链板2下方，支撑平面链板2，平面链板2侧面用定位板8固定，定位板 8下端与底板7连接，支撑滚筒3通过滑动轴承与定位板8相连接，定位板8和轴承座10 通过螺栓联接都固定在底板7上；底板7通过螺栓联接设置在滑板11上，滑板11与板式 直线导轨13通过滚珠相连，滑板11可以在板式导轨13上横向往复移动。平面链板2与 地平面处与一个水平面内，左、右两侧的汽车转向轮1分别与左、右两台装置上的平面链 板2相接触。
旋转编码器9的转动轴与链轮轴6同轴安装，用来检测，平板链转动时的转动速度和 转动距离；左位移传感器12和右位移传感器17选用差动变压器式直线位移传感器，包括 活动铁芯和固定部分，活动铁芯分别与滑板ll固接，随着滑板一起移动，固定部分通过 螺栓安装在板式直线导轨13上，当滑板11在导轨13上产生横向位移时，可通过检测电 压/电流的变化来确定滑板11的位移量大小。
所述旋转编码器的转动轴与链轮轴同轴安装，用来检测，平板链转动时的转动速度和 转动距离；左位移传感器和右位移传感器为差动变压器式直线位移传感器，包括活动铁芯 和固定部分，活动铁芯分别与滑板相固接，随着滑板一起移动，固定部分安装在板式直线 导轨上；当滑板在导轨上产生横向位移时，通过检测电压/电流的变化确定滑板的位移量 大小。
如图3所示，汽车侧滑仪电气部分由旋转编码器9、左位移传感器17、右位移传感器 12、采样信号处理电路、微处理器、显示/输出、通讯设备等组成；实现各种控制、显示、 数据采集、处理等功能。左移传感器12和右移传感器17分别与放大器19连接，放大器 19通过A/D转换器20与微处理器21连接;旋转编码器9通过计数电路18与微处理器21 连接；微处理器21分别与显示、存贮和通讯设备连接；具体是微处理器21通过I/0接口 22与显示/报警装置23连接；微处理器21还通过光电隔离装置24与串行通讯装置25连 接；微处理器21与存贮设备26连接。微处理器21选用MCS-51微处理器。在微处理器 21上设置3个功能键(复位键、手动/自动键和状态键)，通过它们的闭合可以改变微处
8理器输入口的状态，从而决定检测方式和检测状态。通过复位键可使仪表内的程序从头开 始执行，使侧滑检测仪处于正常的工作状态。手动/自动键用来设定测量的方式，处于自 动状态时，车轮在检测台上行驶一定距离(例如10米)时，开始采样检测，横向位移(Y 向)采用"浮动零点"测量方式，采样距离一定(例如20米)。处理数据，计算，最后显 示侧滑量值。状态键用来判断汽车是否驶离检测台。
旋转编码器选用SZKT-40型旋转编码器；左移传感器12和右移传感器17可选用差动 变压器式直线位移传感器(FX81型)。计数电路18选用74LS161型计数电路，显示装置 选用4位LED数码管组成，报警装置选用峰鸣器;光电隔离装置24选用光电耦合器(4N35 型)，通过RS-232 口与微处理器相连；存贮设备26可选用RAM2764，运算放大器选用 ICL7650, A/D变换采用AD574型12位转换器。D/A变换采用DAC0832。
检测时，被检车辆的左、右转向轮驶上检测台，当汽车前轮驱动的转向轮l在链板上 滚动时，带动平面链板2在链轮上滚动，模拟汽车处于行驶状态。如果存在侧滑，轮胎与 平面链板2之间会产生横向摩擦力，带动平面链横向移动，由于链板受到侧向定位板和链 轮的共同约束作用，无法横向移动，横向力则通过侧向定位板、轴承座传递给滑板io， 滑板10将在横向力的作用下在板式直线导轨6上产生横向移动。以轮胎的滚动距离为X 轴，以滑板的位移为Y轴，通过检测在采样时间内车辆的位移(即链轮的转动距离)AX 和滑板的位移量AY,因此有侧滑量-AY/AX。
应用上述汽车侧滑检测仪进行侧滑检测的方法包括如下步骤
(1) 前驱转向轮汽车的前轮(左、右轮)驶上检测台；汽车的前轮以3-30KM/h直线 行驶，带动平面链板2和链轮4运动，在轮胎与平面链板2之间产生的侧向力的作用下， 滑板11带动滑块以上的传动机构在板式直线导轨上滑动；
(2) 左、右直线导轨上的位移传感器的输入信号分别经过放大，送A/D转换器，进 微处理器，检测出左、右滑板的横向位移量AY;
(3) 旋转编码器脉冲信号经过计数器，分别转换成车速值(KM/h)行驶距离(M)， 检测链轮的转动速度v和链轮的转动距离AX (等于车辆前轮的直线行驶距离)；
(4) 微处理器计算，
<formula>formula see original document page 9</formula>式中Zg为左转向轮的侧滑量；单位可为腿/m; 为左侧滑台滑板的横向位移量(mm)，可规定左、右滑板向内横向位移为"+ ",向外横向位移为"-"。AX为侧滑台链轮的转动
距离(m)，即等于车辆前轮的直接行驶距离，同理，也可经过采样信号处理，就计算出 Z^， Z;e为右转向轮的侧滑量。最后，显示、存储、输出左、右车轮侧滑量的检测结果。
如果检测到^2 5m/km或Zs2 5m/km，则侧滑量超限报警。通过串行通讯口和PC机
可以实时对动态测量数据进行监控。
本发明侧滑仪，与滑板式侧滑仪相比，由于放大被测车辆的检测行驶距离X，检测更 准确；可以测量在不同速度、不同载荷下的侧滑值，用来准确匹配前转向轮的悬架定位参 数。
权利要求
1、一种汽车侧滑仪，由机械部分和电气部分组成；其特征在于所述机械部分由左测试台和右测试台组成，左测试台和右测试台都安装在地坑内，其结构相同，都包括平面链板、支撑滚筒、轴承、链轮、链轮轴、底板、定位板、轴承座、滑板和板式直线导轨；链轮固定在链轮轴上，链轮轴通过滚动轴承与轴承座相连，轴承座固定在底板上；平面链板与两链轮传动连接并组成链传动机构；支撑滚筒位于平面链板下方，支撑平面链板，平面链板侧面用定位板固定，定位板下端与底板连接，支撑滚筒通过滑动轴承与定位板相连接，定位板和轴承座都固定在底板上；底板设置在滑板上，滑板与板式直线导轨通过滚珠相连，滑板可在板式导轨上横向往复移动；所述电气部分包括旋转编码器、左位移传感器、右位移传感器、采样信号处理电路、微处理器、显示/输出设备；左移传感器和右移传感器分别与放大器连接，放大器通过A/D转换器与微处理器连接；旋转编码器通过计数电路与微处理器连接；微处理器分别与显示、存贮和通讯设备连接；所述旋转编码器的转动轴与链轮轴同轴安装，用来检测，平板链转动时的转动速度和转动距离；左位移传感器和右位移传感器为差动变压器式直线位移传感器，包括活动铁芯和固定部分，活动铁芯分别与滑板相固接，随着滑板一起移动，固定部分安装在板式直线导轨上；当滑板在导轨上产生横向位移时，通过检测电压/电流的变化确定滑板的位移量大小。
2、 根据权利要求1所述的汽车侧滑仪，其特征在于所述的旋转编码器选用SZKT-40 型旋转编码器，计数电路为74LS161型计数电路。
3、 根据权利要求1所述的汽车侧滑仪，其特征在于所述的定位板和轴承座通过螺 栓联接都固定在底板上。
4、 根据权利要求1所述的汽车侧滑仪，其特征在于所述的底板通过螺栓联接设置在滑板上。
5、 应用权利要求1-4任一项所述的汽车侧滑仪进行侧滑检测的方法，其特征在于包括如下步骤(1)前驱转向轮汽车的左、右前轮驶上检测台；汽车的左、右前轮以3-30KM/h直线 行驶，带动平面链板和链轮运动，在轮胎与平面链板之间产生的侧向力的作用下，滑板带动传动机构在板式直线导轨上滑动；(2) 左、右直线导轨上的位移传感器的输入信号分别经过放大，通过A/D转换器变 换成数字信号，输入微处理器，检测出左、右滑板的横向位移量AY;(3) 旋转编码器脉冲信号经过计数器，分别转换成车速值和行驶距离，检测链轮的 转动速度v和链轮的转动距离AX;(4) 微处理器计算， AY左z z 、 Z七=——^(mm/m)式中Zs为左转向轮的侧滑量；AI^为左侧滑台滑板的横向位移量，AZ为侧滑 台链轮的转动距离,经过同样的处理计算出Z ^ Z s为右转向轮的侧滑量，如果检测到Z￡ 2 5m/km或Zs 2 5m/km，侧滑量超限报警。
6、根据权利要求5所述的应用汽车侧滑仪进行侧滑检测的方法，其特征在于所述 的侧滑台链轮的转动距离等于车辆前轮的直接行驶距离。
全文摘要
本发明公开了一种汽车侧滑检测仪及侧滑的检测方法。该汽车侧滑仪由机械部分和电气部分组成，机械部分的链轮固定在链轮轴上，平面链板与两链轮组成链传动连接；底板设置在滑板上，滑板与板式直线导轨通过滚珠相连，滑板可在板式导轨上横向往复移动；电气部分的左移传感器和右移传感器分别与放大器连接，放大器通过A/D转换器与微处理器连接；旋转编码器通过计数电路与微处理器连接；旋转编码器的转动轴与链轮轴同轴安装，左位移传感器和右位移传感器固定部分安装在板式直线导轨上。本发明侧滑仪由于放大了被测车辆的检测行驶距离X，检测更准确；可以测量在不同速度、不同载荷下的侧滑值，用来准确匹配前转向轮的悬架定位参数。
文档编号G01B7/02GK101592557SQ20091004070
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者东 陈 申请人:华南理工大学