专利名称：一种测量车辆轮胎外倾角的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量技术领域，特别涉及测量车辆轮胎外倾角的装置。
背景技术：
随着电子技术的发展，底盘集成控制技术成为研究的热点，而轮胎决定着整个系 统的控制精度和整体性能。车轮外倾角是指车轮中心平面与汽车垂直平面的夹角(如图1中所示Y)。当车 轮顶部向汽车外部倾斜时角度为正，反之为负。车轮外倾角主要作用是使车轮与地面的动 态承载中心得到合理的分配，对轮胎力学特性有显著影响，同时达到提高机械零件的使用 寿命，减少轮胎的磨损等效果。若车轮外倾角不正确，轮胎会出现异常的磨损，汽车在行驶 时也会发生偏驶的现象。到目前为止，由于轮胎在行驶过程中高速旋转，路面状况变化复杂，造成轮胎外倾 角变化快，变化量微小等特点，对传感器和测量方法提出了较高要求。随着试验设备及测量 传感器技术的不断进步，给满足高频、微变的轮胎外倾角动态特性的监测提供了可能。
发明内容本实用新型专利的主要目的在于提供一种装置，通过该装置和方法能够很容易在 行驶过程中确定车辆轮胎的外倾角，解决车辆轮胎外倾角动态变化监测困难的问题。实现本实用新型装置发明目的的技术方案是一种测量车辆轮胎外倾角的装置， 该装置包括上激光发射器，安装在轮毂上侧边缘处靠近轮胎，用于发射定位信号；下激光发射器，安装在轮毂上侧边缘处靠近轮胎，用于发射定位信号；激光接受器，安装在轮胎旋转轴线所在平面与翼子板相交处，用于捕捉上激光发 射器和下激光发射器的激光信号；步进电机，安装在翼子板顶部，输出旋转力矩，用于对激光接受器位置进行调节；变速箱，安装在轮胎旋转轴线所在平面与翼子板相交处，输入轴与步进电机相连， 输出轴与激光感受器相连，用于对步进电机减速增扭，驱动激光感受器的旋转运动；控制器，安装在车身内，用于根据激光接受器的信号对步进电机实施控制。本发明的有益效果在于通过在车轮上设置激光发射器、下激光发射器和激光接 受器发送和接收轮胎定位信号，通过控制器根据激光接受器的信号控制步进电机调整激光 接受器的位置，解决了车辆轮胎外倾角动态变化监测困难的问题。
图1是测量车辆轮胎外倾角的装置的结构和原理示意图，用来说明测量车辆轮胎 外倾角的装置组成和工作原理。图2是驱动器SH-3F075M的接线图，用于说明三相反应式步进电机、驱动器以及控 制器的连接方式。[0015]图3是激光接收芯片电路框图。图4是互阻放大器RGC结构图。图5是有源电感作负载的差分放大器结构图，用于说明DA的内部结构。图6是S3C44B0X芯片的连接方式图，用来说明控制器在系统中的连接方式。图7是直流电压变换器连接图。图8是测量系统程序流程图，用来说明测量系统的工作原理。
具体实施方式
下面结合相应附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细描述。如图1所示，一种用于测量车辆轮胎外倾角的装置，包括上激光发射器5，安装在轮毂上侧边缘处靠近轮胎，用于发射定位信号；采用美国 邦纳工程国际有限公司生产的QS186LE14型激光发射器，干电池供电。下激光发射器6，安装在上激光发射器垂直下方距离D处，位于上激光发射器和 轮胎旋转中心的连线上，保证上激光发射器和下激光发射器连线的延长线经过轮胎旋转中 心，用于发射定位信号；同样采用美国邦纳工程国际有限公司生产的QS186LE14型激光发 射器，干电池供电。激光接受器4采用狭长条板状CMOS传感器，安装在轮胎旋转轴线所在平面与翼子 板相交处，一端与变速箱输出轴相连，可随同变速箱输出轴360度旋转，另一端悬置，用于 捕捉上激光发射器和下激光发射器的激光信号；步进电机，安装在翼子板顶部，输出旋转力矩，用于对激光接受器4位置进行调 节；变速箱，安装在轮胎7旋转轴线所在平面与翼子板相交处，输入轴与步进电机相 连，输出轴与激光感受器相连，用于对步进电机减速增扭，驱动激光感受器的旋转运动；控制器，安装在车身内，用于根据激光接受器4的信号对步进电机实施控制。步进电机采用北京斯达特公司的三相反应式步进电机以及与之配套的驱动器 SH-3F075M,图2所示为其接线图。SH-3F075M驱动器的输入信号共有三路，它们是步进脉冲信号CP、方向电平信号 DIR、脱机信号FREE，它们在驱动器内部分别通过限流电阻接入光耦的负输入端。1)步进脉冲信号CP步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度。驱动器每接受一个CP脉冲就 驱动步进电机旋转一个步距角，CP脉冲的频率与步进电机的转速成正比，控制CP脉冲的个 数，就可以使步进电机精确定位。因此，用微控制器PORTA 口控制步进脉冲信号输入以驱动 步进电机。2)方向电平信号DIR方向电平信号WR用于控制步进电机的旋转方向。高电平时，步进电机顺时针旋 转，低电平时，步进电机逆时针旋转。以微控制器PORTA 口控制步进电机的旋转方向。3)脱机信号FREE此信号为选用信号，低电平有效。当此信号为低电平时，电机处于自由无力矩状 态，当此信号为高电平或悬空不接时，取消脱机状态。OPTO端为三路信号的公共正端，即三路光耦的正输入端。OPTO端用+5V电源通过稳压电路供电。SH-3F075M型步进电机驱动器可用于驱动三相步进电机，采用三相六根线步进电 机，步进电机直接与驱动器相连(图2中A、A、B、B、C、C)。SH-3F075M型驱动器需外部提供 直流电源(图2中DC)，电源电压范围为+24V。激光发射器通过镜头将可见红色激光射向激光接受器，被内部的CMOS线性相机 接收，CMOS线性相机可以测得不同的激光落点位置。根据这个位置的预先标定数字信号处 理器就能计算出落点和激光接收器旋转中心之间的距离。光束在接收元件的位置通过模拟 和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口 内，按比例输出标准数据信号给ECU。图3为激光接收芯片电路框图，I接触端和D接触端分别连接一个互阻放大器 TIA(Tran-Impedance Amplifier)，并连接三级差分放大器 DA(Differential Amplier)，以 及输出缓冲OB (OutputBuffer)来实现阻抗匹配，电路中4个电阻R与外加电容C组成了直 流负反馈网络，以稳定直流点和交流增益。由于光接收芯片电路采用了差分输出，而且响应 度较小，因此后续的放大器应当采用差分形式，并提供足够大的增益以克服噪声的影响。如图4所示，互阻放大器采用了 RGC(Regulated Cascade)结构，其中Rl, RS, Ml, Mb，Rb构成RGC结构，它具有稳定的直流偏置及非常小的输入阻抗。电源电压为5V。DA采 用了有源电感作负载的差分放大器结构(如图5)，利用并联峰化技术来拓宽带宽。控制器采用S3C44B0X，目前，以32位处理器作为高性能嵌入式系统开发的核心已 是嵌入式技术发展的必然趋势。ARM处理器因其突出的优点在32位微控制器领域里得到非 常广泛的应用，因此，ARM处理器在汽车电子领域有着良好的应用前景。S3C44B0X微处理器 片内集成ARM7TDMI核，采用0. 25umCM0S工艺制造，并在ARM7TDMI核基本功能的基础上集 成了丰富的外围功能模块，便于低成本设计应用系统。S3C44B0X芯片的连接方式如图6所示，输入端ΑΙΝΟ、AINl分别接CMOS的高电平 Vout+和低电平Vout-。输出端GPF0、GPFO, GPFO, GPFO分别接步进电机驱动器的CP、DIR、 FREE、OPTO 端。如图7所示，电源采用直流电压变换器，将汽车蓄电池电压12伏转换为5伏供控 制器S3C44B0X和COMS使用，同时提供M伏给驱动器SH-3F075M。测量车辆轮胎外倾角的装置的测量过程包括下列步骤初始化获得起始角，狭长条状激光感受器4与车身3的夹角α从0度开始绕变速 箱1输出轴轴线顺时针旋转。上激光点5发射的激光照射在激光感受器上点距离变速箱输 出轴旋转轴线的的位置记为Li，下激光点6发射的激光照射在激光感受器上点距离变速箱 输出轴旋转轴线的的位置记为L2。两个激光照射点的距离差为Δ =L2-L1。激光发射器 5、6与轮胎7垂直安装，由平行四边形原理可知，如果激光感受器4位置与轮胎位置平行， 可得上下激光照射点在激光感受器上的距离Δ与上下激光发射器在轮胎上的距离D相等。 由控制程序记录下电机旋转过的角度，此时激光感受器与车身之间的夹角α与轮胎外倾 角Y互补，即α = 90° -γ。轮胎外倾角外倾正向变大，激光束在激光接收器上照射点的位置上移，Li，L2变 小，但两个激光照射点的距离差△变大，步进电机逆时针旋转，则缩小△的变化。当再次 达到△ =D时，步进电机停止工作。激光感受器再次与轮胎平行，由原有的外倾角减去步
5进电机旋转过的角度计算出此时轮胎外倾角。轮胎外倾角内倾负向变大，激光照射点的激光感受器上的位置下移，Li，L2变大， 两个激光照射点的距离差Δ变大，步进电机瞬时针旋转，则缩小Δ的变化。当再次达到Δ =D时，步进电机停止工作。激光感受器再次与轮胎平行，由原有的外倾角加上步进电机 旋转过的角度计算出此时轮胎外倾角。程序流程如图8所示，系统从初始位置启动，首次达到平衡位置获取初始轮胎外 倾角。如果轮胎外倾角发生变化，激光接收器获取激光束落点位置变动，则系统程序会计算 落点距离。程序根据评定规则决定电机的转向和步距角，进而改变激光接收器的角度。系 统程序再返回到监测激光束的落点变化重新进行计算判定，直到判得激光接收器与轮胎平 行，调节激光接收器程序终止，得出轮胎重新达到的外倾角。
权利要求1.一种用于测量车辆轮胎外倾角的装置，其特征是，该装置包括上激光发射器，安装在轮毂上侧边缘处靠近轮胎，用于发射定位信号； 下激光发射器，安装在轮毂上侧边缘处靠近轮胎，用于发射定位信号； 激光接受器，安装在轮胎旋转轴线所在平面与翼子板相交处，用于捕捉上激光发射器 和下激光发射器的激光信号；步进电机，安装在翼子板顶部，输出旋转力矩，用于对激光接受器位置进行调节； 变速箱，安装在轮胎旋转轴线所在平面与翼子板相交处，输入轴与步进电机相连，输出 轴与激光感受器相连，用于对步进电机减速增扭，驱动激光感受器的旋转运动； 控制器，安装在车身内，用于根据激光接受器的信号对步进电机实施控制。
2.根据权利要求1所述的用于测量车辆轮胎外倾角的装置，其特征在于，所述下激光 发射器位于在上激光发射器垂直下方距离D处，位于上激光发射器和轮胎旋转中心的连线 上。
3.根据权利要求1所述的用于测量车辆轮胎外倾角的装置，其特征在于，其中所述激 光接受器采用的是CMOS传感器，形状为狭长条板状，一端与变速箱输出轴相连，可随同变 速箱输出轴360度旋转，另一端悬置。
专利摘要本实用新型涉及一种测量车辆轮胎外倾角的装置，目的在于解决车辆轮胎外倾角动态变化监测困难的问题。该装置包括上激光发射器，安装在轮毂上侧边缘处靠近轮胎；下激光发射器，安装在上激光发射器垂直下方距离D处，位于上激光发射器和轮胎旋转中心的连线上；激光接受器，安装在轮胎旋转轴线所在平面与翼子板相交处，用于捕捉上激光发射器和下激光发射器的激光信号；步进电机安装在翼子板顶部，输出旋转力矩；变速箱安装在轮胎旋转轴线所在平面与翼子板相交处，输入轴与步进电机相连，输出轴与激光感受器相连，用于对步进电机减速增扭，驱动激光感受器的旋转；控制器安装在车身内，用于根据激光接受器的信号对步进电机实施控制。
文档编号G01B11/26GK201819675SQ201020149039
公开日2011年5月4日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者江浩斌, 王大冲, 陈龙, 黄晨 申请人:江苏大学